Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

BİYOÇİPLER

---

Hayvan ve bitki hücreleri de biyosensörlerde tanıyıcı olarak kullanılır. Bu konu için karaciğer hücreleri ideal hücrelerdir çünkü fonksiyonları birçok biyokimyasalı başka türlere çevirmektir. İlk uygulama bu hücrelerle, karaciğer dokusu arjinin tanısında kullanılmıştır. Sensör yüzeyine konulan karaciğer hücreleri arjinini önce ornitin ve üreye çevirip, üre üreaz ile amonyağa dönüştürür, bu da amonyak elektrodu ile ölçülür.

Biyoçip teknolojisi ile binlerce gen analizi paralel olarak, etkin yüzey alanı yaklaşık birkaç cm 2 olan bir kredi kartı boyutlarında çip üzerinde yapılabilmektedir.

Biyoçip teknolojisi elektronik endüstrisinde yıllardır kullanılan çiplerden esinlenerek geliştirilmiştir. Dolayısıyla hazırlanmasında kullanılan malzemeler ve teknikler benzerlik göstermektedir. Biyoçip teknolojisinin ilk ticari ürünü GeneChip ® ticari adlı Affymetrix firmasının (Santa Clara, ABD) Lipshutz ve arkadaşlarının çalışması üzerine kurulan bir DNA çipidir. Bugün yalnız Kuzey Amerika’da hem DNA hem de protein çipi üreten 20 nin üzerinde firma vardır.

Çip malzemesi genellikle, elektronik çiplerde uzun yıllardır kullanılan silikondur. Ayrıca, cam, kuartz, plastik (naylon, polpropilen, polimetilmetakrilat, vb.) kullananlar da vardır. Çip yüzeyinde fonksiyonel grupların (OH, COOH, NH 2, SH, vb.) üzerinden prob moleküller yüzeye kovalent bağlarla sağlam olarak bağlanır. Bunların yaratılması için kimyasal (kimyasal ajanlarla etkileştirme) veya fiziksel (fonksiyonel gruplar taşıyan polimerik filmle kaplama veya örneğin plazma da kimyasal grup biriktirme) yöntemler kullanılmaktadır. Biyoçipin oluşturulması için, ikinci adım “prob” moleküllerin (DNA çiplerinde farklı dizilimlerde oligonükleotidler “oligolar”, protein çiplerinde farklı yapılarda polipeptidler, genellikle antibadiler, antibadi fragmanları veya farklı dizilimlerde oligopeptidler, peptidler) yüzeye yerleştirilmesidir. Bunun için çeşitli kimyasal ajanlar kullanılarak yüzeydeki fonksiyonel gruplar aktive edilir ve prob moleküllerinin kimyasal tepkimeyle yüzeye kovalent bağlanması sağlanır. Örneğin yüzeyde karboksilik asit (COOH) grupları varsa amino-oligolar (NH 2 takılmış) veya proteinler (NH 2 grupları taşıyor) yüzeye kovalent bağlarla bağlanabilir. Tiyol (SH)-oligoları alkilleme ajanları (örneğin iyodo asetamid veya maleimid kullanarak) yüzey amin gruplarına (NH 2) bağlamak mümkün dür. Burada dikkat edilecek en önemli husus, oligonükleotidleri yüzeye bir uçlarından bağlamaktır, yani yüzeyde dikey olarak durmalarıdır. Bu sekilde yüzeyde beklenen hibridizasyon olur.

Çip yüzeyinde yüzlerce bölge (“spot”) vardır. Herbir spotda binlerce aynı tür prob oligo yerleşmiştir. Oligo türü yalnızca spottan spota değişmektedir. Bir DNA çipinde böyle bir yapıyı oluşturmak üzere başlıca üç teknik kullanılır. Birinci yöntem fotolitografi. Elektronik mikroçiplerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. İkincisi mikrospotlama ve üçüncüsü ise ink jet yöntemidir.

Prob oligoları taşıyan çipler hazırlandıktan sonra sıra ölçüm yapmaya gelir. Bunun için tanısı yapılacak olan DNA moleküllerini önce tek sarmal zincirler haline getirmek ve işaretlemek gerekir. Lazere duyarlı fluorasan etiketler (maddeler) kullanmak en yaygın uygulanan yaklaşımdır. Tanısı yapılacak olan etiketli DNA karışımını çip üzerine koyup hibridizasyon olmasını sağlayacak koşullar yaratılır. Bu DNA yüzeyde eşleniğini bulursa tam hibridizasyon olur.

DNA çipleri ile “Genomics” kapsamındaki çalışmaların hemen hemen hepsini yapmak mümkündür. DNA’da genleri ve bunların dizilimleri bulunabilir. Özellikle kriminolojik çalışmalarda çok hızlı olarak DNA testi ile suçlu belirlemesi yapabilabilir. Hastalık durumunda ortaya çıkabilecek mutasyonları izleyip, hastalık tanısını koyup, gen ekspresyon profili zamanla nasıl değiştiğini bakıp hastalığın gelişmesi/gerilemesi izlenebilir. Yeni ilaç adaylarının olası toksik etkilerini çok hızlı bir şekilde izleyip eleminasyonu çok kolaylıkla yapılabilir. Potansiyal ilaçların farmakolojik etkilerin çip üzerinde bulunabilir.

“Proteomics” kapsamındaki araştırmalarda kullanılmak üzere protein çipleri geliştirilmekte. Bu çipleri oluştururken prob (“ligand”) olarak yüzeye yerleştirilen proteinlerin üç boyutlu yapıları bozulmamalıdır ve aktif yüzeyi dışa gelecek şekilde bağlanmalıdır. Ayrıca artık proteinin tamamının ligand olarak kullanılması yerine bunun aktif bölgelerinin, yani oligopeptidlerin sentetik olarak yapılması (protein sentezleyici cihazlar kullanılarak) , peptid kütüphanelerinin oluşturulması ve protein çiplerinde kullanılması söz konusudur. Peptid kütüphaneleri “faj display tekniği” ile virüs-bakteri sistemlerini kullanarak da sentezlenebilmektedir. “Protoemics” çalışmaları için peptidleri dahi prob olarak değerlendirmek mümkündür.

---