¿Qué es un chip genético?
Categoría: Ciencia e Ingeniería
Análisis:
El chip genético, también llamado chip de ADN, es un producto de alta tecnología desarrollado a mediados de los años 90. El tamaño de un chip genético es aproximadamente del tamaño de una uña y su matriz suele ser una lámina de vidrio procesada. La superficie base de cada chip se puede dividir en decenas de miles o millones de células. En un área designada se pueden fijar una gran cantidad de moléculas de ácido nucleico (también llamadas sondas moleculares) con funciones específicas y una secuencia de aproximadamente 20 bases.
Dado que las sondas moleculares inmovilizadas forman diferentes conjuntos de sondas en la matriz, utilizando los principios de hibridación molecular y procesamiento paralelo, el chip genético puede realizar la detección molecular de material genético, por lo que puede usarse para investigación genética y Medicina forense Identificación, detección de enfermedades y detección de drogas, etc. La tecnología de chips genéticos tiene una eficiencia, velocidad y características multiparamétricas incomparables. Es una importante innovación y un salto en la biotecnología tradicional, como la tecnología de detección, hibridación, tipificación y secuenciación de ADN.
Los chips genéticos tienen un valor de aplicación extremadamente importante en los campos de las ciencias biológicas, la investigación médica, la protección del medio ambiente y la agricultura. Impulsada por chips genéticos, la humanidad está entrando en una nueva era de información biológica.
Descifrado de genes
Actualmente, el "Proyecto Genoma Humano", en el que participan científicos de muchos países, está intentando dibujar un mapa completo de disposición de los cromosomas humanos a principios del siglo XXI. Como todos sabemos, los cromosomas son los portadores del ADN y los genes son fragmentos de ADN que tienen efectos genéticos. Las unidades básicas del ADN son cuatro bases. Dado que cada persona tiene 3 mil millones de pares de bases, descifrar la secuencia de bases de todo el ADN es sin duda un proyecto enorme. En comparación con la tecnología tradicional de secuenciación genética, los chips genéticos pueden descifrar el genoma humano y detectar mutaciones genéticas miles de veces más rápido.
La razón principal por la que la velocidad de detección del chip genético es tan rápida es que hay miles de microgeles en el chip genético, que se pueden detectar en paralelo, porque el microgel es de tres; dimensional, equivale a proporcionar una plataforma de detección tridimensional que puede fijar proteínas y ADN y analizarlos.
Estados Unidos está llevando a cabo investigaciones sobre chips genéticos y ha desarrollado un "chip genético" que puede descifrar rápidamente códigos genéticos, haciendo que el descifrado de genes humanos sea 1.000 veces más rápido que en la actualidad. La Figura 1 muestra un dispositivo de detección de genes con un chip genético integrado.
Figura 1 Dispositivo de detección de genes con chip genético incorporado
Diagnóstico genético
Mediante el uso de chips genéticos para analizar el genoma humano, se pueden encontrar genes genéticos que causan enfermedades . El cáncer, la diabetes, etc. son enfermedades causadas por defectos genéticos hereditarios. Los investigadores médicos y biológicos podrán identificar, en segundos, genes mutados que en última instancia provocan cáncer y más. Con la ayuda de una pequeña gota de líquido de prueba, los médicos pueden predecir la eficacia de un fármaco en un paciente, diagnosticar reacciones adversas al fármaco durante el tratamiento e identificar en el acto qué tipo de infección bacteriana, viral o microbiana padece el paciente. sufriendo. El uso de chips genéticos para analizar genes genéticos permitirá que la tasa de diagnóstico de diabetes alcance más del 50% en 10 años.
En el futuro, cuando las personas se sometan a exámenes físicos, un robot de diagnóstico equipado con un chip genético extraerá sangre del sujeto y los resultados del examen físico se mostrarán en la pantalla de la computadora en un instante. Utilizando el diagnóstico genético, la atención médica avanzará de la era de la "atención médica masiva" uniforme a la era de la "atención médica personalizada" que varía según los genes genéticos individuales.
Protección genética del medio ambiente
Los chips genéticos también tienen un gran potencial en la protección del medio ambiente. Los chips genéticos pueden detectar eficazmente la contaminación causada por microorganismos o materia orgánica y también pueden ayudar a los investigadores a encontrar y sintetizar genes de enzimas naturales que pueden desintoxicar y digerir los contaminantes. Una vez que se descubran estos genes respetuosos con el medio ambiente, los investigadores los transferirán a bacterias comunes y luego utilizarán las bacterias genéticamente modificadas para limpiar ríos o suelos contaminados.
Computación genética
Las moléculas de ADN son similares a "discos de computadora" y tienen la función de almacenar, copiar y reescribir información. Si la molécula de ADN en espiral se endereza, su longitud excederá la altura de una persona, pero si se pliega, se puede reducir a una pequeña bola con un diámetro de sólo unas pocas micras. Por lo tanto, las moléculas de ADN se consideran memoria molecular de gran capacidad y densidad ultraalta.
Los chips genéticos se han mejorado y pueden usarse para crear computadoras biológicas utilizando diferentes estados biológicos para expresar diferentes números.
Basados en chips genéticos y algoritmos genéticos, en el futuro campo de la bioinformática habrá empresas de bioinformática que puedan competir con el gigante actual del hardware de la industria informática, Intel Corporation, y con el gigante del software, Microsoft Corporation.
Para ser precisos, Gene Chip (o chip genético en un sentido estricto) se refiere a DNA Chip. Su principio se refiere al uso de tecnologías microelectrónicas y de síntesis in situ de fase sólida con sondas modernas. como tecnología de litografía y tecnología de síntesis de polímeros específicamente y microfijar una gran cantidad de tecnologías de biología molecular (incluida la tecnología de transferencia Norte-Sur, tecnología de hibridación de sondas, PCR, etc.) en un espacio pequeño determinado para lograr alta velocidad y alto rendimiento. Técnicas analíticas intensivas y de bajo coste. El concepto de chips genéticos se ha extendido ahora a biochips, microarrays, chips de ADN e incluso chips de proteínas.
Debido a las características de alta velocidad, alto rendimiento, intensificación y bajo costo de los chips genéticos, los chips genéticos han atraído una amplia atención de la comunidad científica desde su nacimiento, al igual que el desarrollo de circuitos de transistores hasta circuitos integrados. , biología molecular La integración de la tecnología está revolucionando la investigación y aplicación de las ciencias de la vida.