Η μικροσυστοιχία γονιδιώματος, επίσης γνωστή ως μικροσυστοιχία δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA), είναι ένας τύπος γενετικής τεχνολογίας που επιτρέπει στους επιστήμονες να προσδιορίζουν τα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης. Σε ζωντανούς οργανισμούς, ένα γονίδιο εκφράζεται όταν το DNA αυτού του γονιδίου αποκωδικοποιείται μέσω μιας σειράς διεργασιών σε μια πρωτεΐνη, η οποία εξυπηρετεί μια συγκεκριμένη λειτουργία σε ένα κύτταρο. Μετρώντας τα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης σε ένα δεδομένο δείγμα, οι ερευνητές μπορούν να ανακαλύψουν ποια γονίδια είναι πιο ενεργά. Η τεχνολογία μικροσυστοιχιών χρησιμοποιείται ιδιαίτερα στην ιατρική για την εκμάθηση σχετικά με τις γενετικές πτυχές ασθενειών όπως ο καρκίνος.
Όταν ένα γονίδιο εκφράζεται σε έναν οργανισμό, το DNA αποκωδικοποιείται σε πρωτεΐνη μέσω μιας σειράς βημάτων. Τμήματα του γονιδίου μεταγράφονται σε ένα εκμαγείο αγγελιαφόρου ριβονουκλεϊκού οξέος (mRNA), ένα μονόκλωνο μόριο που είναι συμπληρωματικό σε έναν κλώνο του αρχικού μορίου DNA. Αυτό το mRNA μεταφέρει τη γενετική πληροφορία από τον πυρήνα του κυττάρου στη θέση της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Μια μικροσυστοιχία γονιδιώματος αποκαλύπτει ποια γονίδια δημιουργούν το περισσότερο mRNA — και, κατ’ επέκταση, ποια γονίδια λειτουργούν στο υψηλότερο επίπεδο έκφρασης.
Η μικροσυστοιχία γονιδιώματος είναι ένα τσιπ γυαλιού ή πυριτίου με μια σειρά από μικροσκοπικές κουκκίδες DNA προσαρτημένες στην επιφάνειά του. Οι συγκεκριμένες αλληλουχίες του DNA, που ονομάζονται ανιχνευτές, επιλέγονται με βάση τα γονίδια που επιθυμούν να μελετήσουν οι ερευνητές. Μια μικροσυστοιχία ολόκληρου του γονιδιώματος περιέχει αλληλουχίες από ολόκληρο το γονιδίωμα, ενώ μια εστιασμένη μικροσυστοιχία περιέχει DNA από ορισμένα μόνο γονίδια.
Στην έρευνα ασθενειών, η μικροσυστοιχία θα χρησιμοποιηθεί με τον ακόλουθο τρόπο. Αρχικά, ένα δείγμα υγιούς ιστού και άρρωστου ιστού θα ληφθεί από το άτομο. Το MRNA και από τα δύο δείγματα θα απομονωθεί μέσω μιας σειράς χημικών τεχνικών. Κάθε δείγμα θα συνδυαζόταν με ένα διαφορετικό διάλυμα σήμανσης που αποτελείται από υπομονάδες γνωστές ως νουκλεοτίδια, τροποποιημένες για να περιλαμβάνουν φθορισμό, ο οποίος στη συνέχεια θα δεσμευόταν στα μόρια mRNA για να δημιουργήσει φθορίζον συμπληρωματικό DNA (cDNA). Για παράδειγμα, το άρρωστο δείγμα μπορεί να επισημανθεί με κόκκινο φθορισμό και το υγιές δείγμα με πράσινο φθορισμό.
Όταν κάθε δείγμα ξεπλένεται σε μια μικροσυστοιχία γονιδιώματος, μέρος του cDNA από τα δείγματα υβριδοποιείται ή συνδέεται με το DNA στο τσιπ. Αυτό προκαλεί την εμφάνιση διαφορετικών χρωμάτων και επιπέδων φθορισμού. Εάν ένα γονίδιο σε ένα δείγμα ήταν πολύ ενεργό, για παράδειγμα, θα παρήγαγε πολλά mRNA, τα οποία θα εμφανίζονταν στη μικροσυστοιχία ως ένα έντονο φθορίζον χρώμα. Με τη συγχώνευση των δεδομένων οπτικού δείγματος χρησιμοποιώντας έναν σαρωτή, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν εάν ένα συγκεκριμένο γονίδιο εκφράζεται περισσότερο στον πάσχοντα ιστό ή στον υγιή ιστό.
Στο παραπάνω παράδειγμα, μια πράσινη κουκκίδα θα έδειχνε ότι το γονίδιο εκφραζόταν περισσότερο σε υγιή ιστό, καθώς η κυριαρχία του πράσινου φθορισμού δείχνει ότι τα υγιή δείγματα mRNA ήταν περισσότερα από τα ανθυγιεινά. Μια κόκκινη κουκκίδα δείχνει ότι το γονίδιο παρήγαγε περισσότερα mRNA στον άρρωστο ιστό και ήταν πιο ενεργό υπό συνθήκες ασθένειας. Οι κίτρινες κουκκίδες θα σημαίνουν ότι το γονίδιο εκφράζεται εξίσου σε υγιή και άρρωστο ιστό. Οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να προσδιορίσουν ποια γονίδια είναι πιο ενεργά σε ένα άρρωστο κύτταρο και πώς αυτές οι αλλαγές επηρεάζουν άλλα γονίδια στο κύτταρο. Οι μικροσυστοιχίες γονιδιώματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για την έρευνα και τη διάγνωση ασθενειών όπως ο καρκίνος και οι καρδιακές παθήσεις, αλλά και για να μάθουν πώς να τις αντιμετωπίζουν μέσω στοχευμένης θεραπείας.