Microarray di DNA: differenze tra le versioni

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[[Immagine:Microarray2.gif|upright=1.4|thumb|Microarray]]

Un '''timicroarray amodi MaraDNA''' "(comunemente conosciuto come '''''[[gene]] chip''''', ''chip a DNA'', ''biochip'' o '''matrici ad alta densità''') è un insieme di microscopiche sonde di [[DNA]] attaccate ad una superficie solida come vetro, plastica, o chip di silicio formanti un array (matrice). Tali array permettono di esaminare simultaneamente la presenza di moltissimi geni all'interno di un campione di DNA (che spesso può rappresentare anche tutto il [[genoma]] o il [[trascrittoma]] di un organismo). Un utilizzo tipico è quello di confrontare il profilo di espressione genica di un individuo malato con quello di uno sano per individuare quali geni sono coinvolti nella malattia.

I '''microarray''' sfruttano una tecnica di ibridazione inversa, che consiste nel fissare tutti i segmenti di DNA (detti [[probe]]) su un supporto e nel marcare invece l'acido nucleico che vogliamo identificare (detto ''target''). È una tecnica che è stata sviluppata negli anni '90 e oggi permette l'analisi dell'espressione genica monitorando in una sola volta gli RNA prodotti da migliaia di geni.

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==Produzione==

I microarray possono essere fabbricati usando diverse tecnologie, come la stampa di micro solchi, con un particolare microspillo appuntito su una lastrina di vetro dove verrà attaccata covalentemente la sonda (probe) di materiale genetico ottenuta per clonazione sfruttando la tecnica PCR, ([[Litografia (elettronica)|fotolitografia]]).

Ogni singolo clone viene posizionato nell'esatta posizione sul vetrino da un robot. È evidente che questa tecnica richiede apparecchiature robotiche molto sofisticate.

Il nucleo dell'apparecchiatura è costituito da un "gruppo scrivente" che preleva uno o più campioni di cDNA mediante l'utilizzo di pennini e li trasferisce su vetrini per microscopio, il movimento è ovviamente controllato da un computer. Durante la deposizione il sistema di controllo del robot registra automaticamente tutte le informazioni necessarie alla caratterizzazione ede alla completa identificazione di ciascun punto della matrice. Una volta che la sonda è sul vetrino si effettua il ''processing'', il passaggio cioè in cui la sonda viene legata covalentemente al supporto attraverso una reazione innescata dall'irraggiamento con luce ultravioletta o incubando il vetrino a 80 °C per 2 h. Infine il cDNA viene reso a singola catena attraverso una [[denaturazione del DNA|denaturazione]] termica o chimica. Con questa tecnica però era possibile creare solo microarray a bassa densità (ovvero con poche sonde per mm quadrati).

I DNA microarray possono essere usati per individuare l'RNA che può essere o non essere tradotto in proteine. Gli scienziati chiamano questa analisi [[espressione genica|"analisi dell’espressione"]] o [[profilo d'espressione]]. Con la tecnologia dei microarray si possono avere decine di migliaia di risultati in pochissimo tempo. Per questo motivo questa tecnologia ha permesso notevoli accelerazioni in diversi campi di investigazione biochimico e biotecnologico.

L'uso di microarray per lo studio del profilo d'espressione genetica è stato pubblicato per la prima volta nel 1995 (''[[Science (journal)|Science]]'') e il primo genoma eucariotico completato con analisi di microarray fu quello del ''[[Saccharomyces cerevisiae]]'' nel 1997 (''Science'').

===Array per fotolitografia===

In questo caso gli oligonucleotidi sono sintetizzati in sito, questa tecnica è stata utilizzata per la prima volta dall'Affymetrix, che ne detiene il brevetto. La tecnica per la produzione di questi chip è detta [[Litografia (elettronica)|fotolitografia]], con la quale è possibile sintetizzare molte migliaia di differenti oligonucleotidi sulla superficie di un vetrino.

Anche se questa tecnica di sintesi è molto accurata, la massima lunghezza degli oligonucleotidi che è possibile raggiungere è di 25 nucleotidi, ma oligonucleotidi di queste dimensioni non sono sufficienti a dare specificità al microarray, per questo servono almeno 3 oligonucleotidi che legano un gene, e altri 3 oligonucleotidi che presentano un mismatch che serviranno da controllo negativo. Per cui le analisi di un singolo gene richiedono lo studio di sei spot che devono avere come risultato: i tre oligonucleotidi corretti, positivi, mentre i tre oligonucleotidi con il mismatch, negativi.

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[[Immagine:Affymetrix-microarray.jpg|thumb|upright=0.9|Due Affymetrix chips]]

Nei '''Microarray di oligonucleotidi''' (o '''single-channel microarrays'''), i probe sono progettati per riconoscere parti di sequenze di mRNA conosciute o predette. Vi sono matrici microarray di tal specie commercializzate da numerose ditte specializzate come [[GE Healthcare]], [[Affymetrix]], or [[Agilent]], esse contengono oligonucleotidi importanti per alcune analisi di routine o addirittura grosse parti di genomi di vari esseri viventi; inoltre possono essere prodotte matrici ad hoc a richiesta al fine di soddisfare qualsiasi bisogno, per la ricerca o la diagnostica.

Array oligonucleotidici possono essere prodotti o per deposizione piezoelettrica dell'intera lunghezza dell'oligo, o per sintesi in situ ([[Litografia (elettronica)|fotolitografia]]).

Array di oligonucleotidi lunghi sono composti da 60-meri (oligo costituiti da 60 basi) e sono prodotti con la tecnologia ink-jet printing su substrati di silicio. Array di oligonucleotidi corti sono composti da 25-meri or 30-meri e sono prodotti per sintesi fotolitografica su substrati di silicio (Affymetrix) o per deposizione piezoelettrica su matrici acrilammidiche (GE Healthcare). Più recentemente, la NimbleGen Systems ha sintetizzato nuove matrici, dette Maskless Array, che possono essere utilizzate in modo flessibile con numerosissimi oligonucleotidi test (probe): i nucleotidi che formeranno gli oligonucleotidi sono dei nucleotidi modificati che presentano un gruppo protettore fotolabile che, finché è presente, ne impedisce il legame all'oligonucleotide in crescita. Questo gruppo può essere allontanato con una fonte luminosa che permette ai nucleotidi di reagire. Si usano delle "maschere" per determinare quali nucleotidi in quale posizione devono essere attivati dalla luce. In questa maniera sequenze oligonucleotidiche specifiche possono essere costruite in posizioni predeterminate. Questa tecnica permette di preparare microarray ad alta densità.

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DNA microarray possono essere usati per lo studio di genotipi.

Gli '''SNP microarray''' sono particolari DNA microarray che sono usati per identificare i così detticosiddetti tratti ipervariabili, ovvero quelle sequenze che variano da individuo a individuo nell'ambito della stessa specie adesso o in sottopopolazioni isolate geograficamente o socialmente. Array di oligonucleotidi corti sono usati per identificare il [[polimorfismo di un singolo oligonucleotide|polimorfismo di un singolo nucleotide]] ([[single nucleotide polymorphisms]]) (SNPs), che si pensano responsabili della variazione genetica e della suscettibilità individuale a manifestare determinate malattie. I DNA microarray possono essere usati anche per la genotipizzazione ([[genotyping]]), che trova impiego nella medicina forense ([[esame del DNA]]), nella diagnostica e in una nuova branca della farmacologia, la [[farmacogenomica]], che si propone di studiare la relazione tra diversità genetica e risposta ai farmaci, intendendo per risposta sia gli effetti terapeutici che quelli collaterali o avversi.

Questi SNP microarray sono usati per tracciare i profili di mutazione somatica nelle cellule tumorali. L'amplificazoneinserzione e la delezione a cui vanno soggette queste cellule possono essere investigate contemporaneamente ai microarray l'[[ibridazione genomica comparativa]].

==Microarray e [[bioinformatica]]==

=== Standardizzazione ===

La mancanza di standardizzazione negli array presenta un problema interoperativo nella [[bioinformatica]], che non può prescindere dallo scambio di dati ottenuti con tale tecnica. Diversi progetti [[open source|open-source]] si prefiggono di facilitare l'interscambio di dati ottenuti da array. Il "Minimum Information About a Microarray Experiment" ([[MIAME]]), standard XML base per la descrizione di esperimenti di microarray, è stato adottato da molti [[giornali scientifici]] come standard richiesto per l'accettazione di lavori che contengono risultati ottenuti attraverso analisi di microarray.

=== Analisi statistica ===

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* [[Affymetrix]]

* [[Agilent Technologies]]

* [[Applied Biosystems]] ([http://www.appliedbiosystems.com/ external link])

* [["ArrayIt" TeleChem International Inc.]] ([http://www.arrayit.com/ external link])

* [[BioMicro Systems, Inc.]] ([http://www.biomicro.com/ external link for the MAUI (MicroArray User Interface) Hybridization System])

* [[Biotecgen s.r.l.]] ([http://www.biotecgen.it external link])

* [[CombiMatrix]]

* [[Dolomite Microfluidics]] ([http://www.dolomite-microfluidics.com/ external link])

* [[Eppendorf (companyazienda)|Eppendorf]] ([http://www.eppendorf.com/int/index.php external link])

* [[Febit Biotech gmbh]]

* [[febit biotech gmbh]] ([http://www.febit.de/ external link])

* [[GE Healthcare]] (and formerly [[Amersham plc]])

* [[Genetix]]

* [[Genetix]] ([http://www.genetix.com/microarray/ external link])

* [[Greiner Bio-One]] ([http://www.greiner-bio-one.it/ external link])

* [[Illumina, Inc.]] ([http://www.illumina.com/ external link])

* [[Kreatech]] ([http://www.kreatech.com/ external link])

* [[Microgem s.r.l]] ([http://www.microgem.it])

* [[Micronit Microfluidics]] ([http://www.micronit.com external link])

* [[Micronit Microfluidics]]

* [[Nanogen, Inc.]] ([http://www.nanogen.com/ external link])

* [[Nanogen, Inc.]]

* [[NimbleGen]] ([http://www.nimblegen.com/ external link])

* [[NimbleGen]]

* [[Ocimum Biosolutions]] (and formerly [[MWG ARRAYS]]) ([http://www.ocimumbio.com/ external link])

* [[Roche Diagnostics]]

* [[SCHOTT Nexterion]] ([http://www.schott.com/nexterion/ external link])

* [[STMicroelectronics]] ([http://www.st.com/ external link])

* [[F.LLI GALLI G. &/ P.]]

* [[Microgem s.r.l]] ([http://www.microgem.it])

== Voci correlate ==

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== Collegamenti esterni ==

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* [http://www.scq.ubc.ca/?p=272 The Science Creative Quarterly's overview of Microarrays] - also excellent free hi-res schematic images available on the technique itself.

* {{cita web|http://www.reactionbiology.com/|'''From DNA microarray to Chemical Compound Microarray'''.}}

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* {{cita web|http://www.arraymining.net|Arraymining.net - Website for online analysis of microarray data}}

{{Biologia molecolare}}

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|Biologia}}