DNA Microarray technology & Applications

           สิ่งมีชีวิตจะมีข้อมูลทางพันธุกรรมซึ่งถูกเก็บไว้ในรูปแบบของดีเอ็นเอหรือยีนเพื่อใช้ในการส่งถ่ายข้อมูลทางพันธุกรรม (Transcription) นำไปสู่การสร้างอาร์เอ็นเอแล้วจึงถูกแปลรหัสไปสู่โปรตีน (Translation) เพื่อทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถสร้างโปรตีนที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตได้ โดยสิ่งมีชีวิตจะมีการแสดงออกของยีนที่ทำงานร่วมกันอย่างจำเพาะในแต่ละเซลล์ ทำให้กระบวนการตอบสนองของสิ่งมีชีวิตติ่สิ่งแวดล้อมแตกต่างกันด้วย ดังนั้นการศึกษาการแสดงออกของยีนทั้งหมดจะช่วยให้อธิบายถึงกลไกของสิ่งมีชีวิตนั้นได้

รูปที่ 1 กระบวนการ Central Dogma (Created using BioRender.com)

         ปัจจุบันมีเทคนิคไมโครอาร์เรย์ (Microarray technique) ซึ่งเป็นเทคนิคที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในการศึกษาการแสดงออกของยีน โดยใช้อาศัยหลักการจับกันอย่างจำเพาะของสายดีเอ็นเอที่เข้าคู่กัน (Complementary) ยีนที่รู้ข้อมูลการแสดงออกจะถูกติดอยู่บนแผ่นไมโครอาร์เรย์ ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมต่อการจับของสายดีเอ็นเอและสามารถบรรจุดีเอ็นเอได้เป็นจำนวนมาก ซึ่งเมื่อนำตัวอย่างดีเอ็นเอ ไม่ว่าจะเป็น Genomic DNA หรือ Complementary DNA (cDNA) มาทำปฏิกิริยาเข้าคู่กัน (Hybridization) จะทำให้ตัวอย่างดีเอ็นเอที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์เข้าคู่กับดีเอ็นเอที่ติดอยู่บนแผ่นไมโครอาร์เรย์สามารถเข้าคู่กันได้ การผลิตแผ่นไมโครอาร์เรย์จะต้องนำข้อมูลลำดับเบสในฐานข้อมูล เช่น Genbank, dbEST, RefSeq มาใช้ในการออกแบบโพรบ (Probe) เนื่องจากการผลิตแผ่นไมโครอาร์เรย์จำเป็นต้องทราบข้อมูลลำดับเบสของยีนที่ต้องการตรวจสอบ นักวิจัยจึงจะสามารถออกแบบหรือสั่งผลิตแผ่นไมโครอาร์เรย์เพื่อตรวจสอบยีนที่สนใจได้ แต่ละโพรบ (Probe) จะถูกสังเคราะห์อยู่ตรงบริเวณสี่เหลี่ยม (Probe cell) บนแผ่นไมโครอาร์เรย์จำนวนล้านๆโมเลกุลบนพื้นที่ขนาดเพียง 11x11 ตารางไมโครเมตร แผ่นไมโครอาร์เรย์โดยทั่วไปจะมีขนาด 1.28 ตารางเซนติเมตร สามารถบรรจุโพรบ (Probe) ที่มีลำดับเบสที่จำเพาะได้มากกว่า 1.4 ล้านโพรบ แต่ถ้าลดขนาดของ Probe cell ให้เหลือเพียง 5x5 ตารางไมโครเมตร ก็จะบรรจุโพรบจำเพาะได้มากกว่า 6.5 ล้านโพรบ จึงทำให้เทคนิคไมโครอาร์เรย์สามารถตรวจสอบการแสดงออกของยีนได้ครอบคลุมทั้งจีโนมในการทดลองเพียงครั้งเดียว

รูปที่ 2 ลักษณะของแผ่นไมโครอาร์เรย์ที่มีดีเอ็นเอเกาะอยู่ก่อนเข้าคู่จำนวนมาก
https://learn-genetics.b-cdn.net/labs/microarray/images/WhatIsMicroarray1.jpg

          การวิเคราะห์ด้วยเทคนิคไมโครอาร์เรย์ ดีเอ็นเอจะถูกติดฉลากสีฟลูออเรสเซนต์ไว้ ตัวอย่างเช่น ติดฉลากดีเอ็นเอกลุ่มควบคุม (Control group) ด้วยสารเรืองแสงสีเขียว และติดฉลากดีเอ็นเอของกลุ่มทดลอง (Unknown group) ด้วยสารเรืองแสงสีแดง ถ้าเกิดปฏิกิริยาการเข้าคู่กันบนแผ่นไมโครอาร์เรย์เมื่อนำไปเข้าเครื่องอ่าน จะปรากฏเป็นแสงสีต่างๆ บนแผ่นไมโครอาร์เรย์ โดยจุดที่เห็นแสงสีเขียวจะแสดงถึงการแสดงออกของยีนในกลุ่มควบคุม (Control group) และจุดที่เห็นเป็นแสงสีแดงจะแสดงถึงการแสดงออกของยีนในกลุ่มทดลอง (Unknown group) สำหรับยีนที่มีการแสดงออกในทั้งสองกลุ่มจะสามารถเข้าคู่บนแผ่นไมโครอาร์เรย์ (Hybridization) ได้ทั้งคู่ซึ่งจะปรากฏเป็นจุดสีผสมระหว่างสีเขียวและสีแดง ทำให้สามารถมองเห็นเป็นจุดสีเหลืองได้ นอกจากนี้อาจจะมียีนบางชนิดไม่แสดงออกเลยในช่วงที่ทำการทดลองจึงไม่ปรากฏสีใดเนื่องจากไม่มีการเข้าคู่กันของดีเอ็นเอ แสงเลเซอร์ในเครื่องอ่านจะส่งข้อมูลความเข้มสีไปยังส่วนประมวลผลแล้วคำนวณออกมาเป็นอัตราส่วนความเข้มสี ซึ่งสามารถนำมาแปลผลได้ว่ายีนที่ศึกษานั้นมีการแสดงออกมากน้อยเท่าใด

รูปที่ 3 ขั้นตอนการตรวจสอบการแสดงออกของยีนด้วยเทคนิคไมโครอาร์เรย์ (Microarray technique)
(Created using BioRender.com)

การประยุกต์ใช้เทคนิคไมโครอาร์เรย์                  
          ปัจจุบันการศึกษาทางด้านพันธุศาสตร์โมเลกุลได้มีการวิเคราะห์ถึงระดับจีโนม เพื่อมองภาพรวมของการทำงานในระดับยีนทั้งหมด ตัวอย่างการประยุกต์ใช้เทคนิคไมโครอาร์เรย์ ได้แก่                    
               • การแสดงออกของยีน (Genes expression)                    
               • การกลายพันธ์ของยีน แบบ Substitution, Insertion และ Deletion                    
               • การประยุกต์ใช้ทรานสคริปโตมิค (Transcriptomics)                    
               • การประยุกต์ใช้ด้านเภสัชวิทยา (Pharmacogenomics)                    
               • การวิเคราะห์จีโนไทป์ระดับจีโนม                     
               • การตรวจสอบตำแหน่ง Spicing                    
               • การตรวจสอบ Single Nucleotide Polymorphism, SNP                    
               • การตรวจสอบข้อมูลในระดับโมเลกุลเพื่อใช้ในการตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ (Precision Medicine)

ศึกษาข้อมูลเพิ่มเติม: https://www.thermofisher.com/th/en/home/life-science/microarray-analysis.html
หรือติดต่อแผนก Technical support e-mail: TAS@3nholding.com หรือฝ่ายงาน Life Science product โทร 02-274-8331

บทความโดย: สุมิตรา สุขพิทักษ์
ตำแหน่ง: Technical Application Specialist