Microarray Analysis – Analytical Techniques in Biotechnology

00:00 Das analytische Werkzeug, über das ich hier sprechen möchte, wird eigentlich in der Disziplin der Transkriptomik verwendet und das nennt man eine Microarray-Analyse.

00:09 Die Microarray-Analyse ist eine erstaunlich leistungsfähige Technik, die es dem Forscher erlaubt zu messen, wie viel von jeder bestimmten Boten-RNA hergestellt wird, okay? Nun, Microarray, im Allgemeinen, kann DNA und Proteine analysieren. Es kann RNA und andere Dinge analysieren.

00:26 Aber diese Analyse der Transkriptomik über die ich jetzt sprechen werde, bezieht sich auf die Boten-RNAs, die in einer Zelle gebildet werden.

00:34 Wie funktioniert das? Nun, du siehst vor dir ein Gitter und dieses Gitter hat kleine Punkte darauf und diese kleinen Punkte sind Ziele für Moleküle, die wir herstellen und dort anbringen wollen, okay? Wir können hier sehen, dass das Raster jetzt ein wenig mehr mit Farbe definiert wird.

00:52 Wir kennen zum Beispiel die Sequenz des menschlichen Genoms.

00:54 Wir kennen jede Base darin. Wir kennen jedes Gen darin.

00:58 Und wir würden gerne verstehen, wie viel von jedem Gen im menschlichen Genom in diesem bestimmten Zelltyp, sagen wir dem Muskel, ist.

01:08 Und was würde ich tun? Ich würde die Sequenz nehmen, die ich kenne und ich würde zu einem Chemiker gehen und ich würde den Chemiker die Sequenz synthetisieren lassen und ja, es ist möglich, chemisch die Sequenz eines jeden Gens zu synthetisieren.

01:25 Sagen wir also, ich habe ein Gen für Hämoglobin als Beispiel und ich nehme diese Sequenz für Hämoglobin und sage dem Chemiker "Mach mir ein paar tausend Kopien von dieser Sequenz dieses Gens." Und dann nimm die Sequenz eines eines anderen Gens, sagen wir Hexokinase und mache ein paar tausend Kopien davon.

01:45 Jetzt behandele ich jede getrennt.

01:48 Ich könnte also das Hämoglobin als Beispiel nehmen und es chemisch an dieses erste linke obere Quadrat binden, das Sie auf dem Raster sehen.

01:57 Ich könnte die Hexokinase nehmen und sie mit einem anderen Quadrat verbinden.

02:00 Es ist eigentlich egal, in welcher Reihenfolge ich sie anordne, solange ich mir merken kann, welches Gen sich an welcher Stelle befindet.

02:06 Gen 1 wird also Tausende von Kopien der DNA haben Gen 2 wird Tausende von Kopien einer anderen DNA und Gen 3 wird usw. haben. Wir könnten das mit einem Microarray für jedes Gen von 30.000 Genen machen, die menschliche Zellen herstellen, okay? Dies ist eine Miniaturisierung der Leistung.

02:28 Damit haben wir nun ein Raster, das die Sequenz jedes Gens im menschlichen Genom enthält.

02:37 Wir wollen damit, sagen wir mal, Krebs untersuchen.

02:40 Wir nehmen also eine gesunde Zelle, sagen wir wieder, wir haben Muskeln.

02:45 Wir nehmen einen gesunden Satz von Muskelzellen.

02:48 Wir isolieren die Boten-RNAs aus diesem und dann haben wir einen Krebs, der aus einer Muskelzelle entstanden ist und wir isolieren alle Boten-RNAs daraus. Wir halten sie im Moment noch getrennt.

03:01 Hier haben wir also eine Kopie aller Boten-RNAs jedes Zelltyps, normal und krebsartig.

03:10 Anschließend kopieren wir jede Boten-RNA mit Hilfe der reversen Transkriptase.

03:13 Über die reverse Transkriptase habe ich in einer anderen Präsentation gesprocheb. Es ist ein Enzym, das RNA kopiert und daraus DNA herstellt.

03:24 Der Grund für die Verwendung von DNA ist, dass sie ein wenig einfacher zu handhaben ist als die Handhabung von Boten-RNA, und das ist der Grund, warum wir das tun.

03:32 Wir nehmen dann diese cDNAs, eine cDNA bedeutet einfach, dass es eine Kopie der RNA ist.

03:38 Wir nehmen die cDNAs und fügen ihnen fluoreszierende Markierungen hinzu.

03:44 An alle cDNAs, die sich in den gesunden Zellen befinden, bringen wir eine grüne Markierung an. Das ist einfach eine Chemikalie.

03:51 Auf den Krebszellen, die wir entnommen haben, fügen wir eine rote Markierung hinzu.

03:55 Wir haben jetzt also zwei Stapel von Boten-RNA, die jeweils mit einer entsprechenden Farbe markiert wurden.

04:02 Dann tun wir etwas Überraschendes. Wir nehmen diese Proben, die wir so sorgfältig auseinandergehalten haben, und mischen sie.

04:10 Und der Grund, warum wir sie mischen, ist wir wollen jedem dieser Proben die gleiche Chance geben, sich auf dieser Platte zu mischen.

04:18 Wir nehmen sie also und schütten die Probe auf die Platte, auf der sich nun alle möglichen Gene befinden.

04:23 Wir erlauben die Hybridisierung und das bedeutet einfach, dass die Basenpaare zueinander finden, so wie die Primer der DNA die Stränge im PCR-Prozess finden.

04:33 Wir lassen eine Hybridisierung zu, sodass nur Stränge, die wirklich zueinander passen, sich miteinander paaren werden.

04:41 Wenn also zum Beispiel Boten-RNAs für Hämoglobin enthalten sind, gehen sie zu der Stelle, wo das Hämoglobin ist und verbinden sich mit ihm.

04:48 Okay...

04:50 Wir nehmen dann die Platte und waschen alles weg, was was nicht hybridisiert wurde; denn an allem, was nicht hybridisiert wurde, sind wir nicht wirklich interessiert.

04:58 Und dann bringen wir die Platte zu einer Plattenanalyse und analysieren, was wir erhalten haben.

05:02 Erinnern Sie sich nun daran, dass die gesunden Zellen eine grün fluoreszierende Markierung hatten und die Krebszellen hatten eine rot fluoreszierende Markierung.

05:11 So könnte eine Microarray-Analyse aussehen.

05:14 Die Intensität der Farbe des Flecks, den wir hier sehen, ist zunächst einmal ein Maß für die Menge der Boten-RNA, die in jeder Zelle vorhanden war.

05:23 Die Schattierung der Farbe zeigt uns die relative Expression dieser Boten-RNA in jedem Zelltyp.

05:30 Schauen wir mal, was das bedeutet. Wir erhalten beispielsweise helles Grün.

05:34 Hell bedeutet, dass reichlich Boten-RNA vorhanden ist und grün würde bedeuten, dass die Boten-RNA in gesunden Zellen, aber nicht in Krebszellen vorkommt.

05:44 Helles Rot bedeutet, dass ein Gen in Krebszellen reichlich vorhanden ist, aber nicht in gesunden Zellen vorkommt.

05:51 Hellgelb bedeutet, dass es in beiden Zelltypen reichlich vorhanden ist, denn bei dieser Art von Analyse, wenn man beide Zelltypen vorliegen hat, also Grün und Rot, bekommst du, ob du es glaubst oder nicht, Gelb.

06:01 Schwarz bedeutet, dass es in beiden Zelltypen nicht vorhanden ist; weil nicht jedes Gen in jeder Zelle vorkommt.

06:06 Das Schöne an dieser Analyse ist, man kann sie sehr schnell auf nur einer Platte machen.

06:12 Man kann nicht nur sehen, welche Gene gebildet werden, sondern auch wo die Unterschiede zwischen zwei verschiedenen Zelltypen liegen.

06:20 Sie können so verstehen, warum dieses Protein in einer Krebszelle und nicht in einer normalen Zelle hergestellt wird, vielleicht ist das ein Protein, für das ich ein Medikament entwickeln kann und eine Krebszelle ausschalten kann.

06:33 Diese Technik ist also unglaublich mächtig, denn sie erlaubt es uns, diese Informationen zu nutzen, um Therapien zu entwickeln und besser zu verstehen, wie die Zelle funktioniert.