유전자 칩이란 무엇인가요?

분류: 과학 및 공학

분석:

DNA 칩이라고도 불리는 유전자 칩은 1990년대 중반에 개발된 첨단 제품입니다. 유전자 칩의 크기는 손톱 크기 정도이며, 그 매트릭스는 일반적으로 가공된 유리 시트입니다. 각 칩의 베이스 표면은 수만에서 수백만 개의 셀로 나눌 수 있습니다. 지정된 영역에는 특정 기능과 약 20개의 염기 서열을 가진 다수의 핵산 분자(분자 프로브라고도 함)가 고정될 수 있습니다.

고정화된 분자 프로브는 매트릭스에 서로 다른 프로브 배열을 형성하기 때문에 분자 혼성화 및 병렬 처리 원리를 이용하여 유전자 칩은 유전 물질의 분자 검출을 수행할 수 있으므로 유전 연구 및 법의학에 사용될 수 있습니다. 의학 식별, 질병 탐지 및 약물 검사 등 유전자 칩 기술은 비교할 수 없는 효율성, 속도 및 다중 매개변수 특성을 가지고 있습니다. 이는 검출, 혼성화, 타이핑 및 DNA 시퀀싱 기술과 같은 전통적인 생명공학의 주요 혁신이자 도약입니다.

유전자 칩은 생명 과학, 의학 연구, 환경 보호 및 농업 분야에서 매우 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다. 유전자칩을 중심으로 인류는 새로운 생물학적 정보시대를 맞이하고 있습니다.

유전자 해독

현재 세계 각국의 과학자들이 참여하는 '인간 게놈 프로젝트'는 21세기 초 완전한 인간 염색체 배열 지도를 그리려고 노력하고 있다. 우리 모두 알고 있듯이 염색체는 DNA의 운반체이고, 유전자는 유전적 영향을 미치는 DNA 조각입니다. DNA를 구성하는 기본 단위는 4가지 염기입니다. 각 사람은 30억 개의 염기쌍을 가지고 있기 때문에 모든 DNA의 염기서열을 해독하는 것은 의심할 여지 없이 거대한 프로젝트입니다. 기존의 유전자 염기서열 분석 기술과 비교하여 유전자 칩은 인간 게놈을 해독하고 유전자 돌연변이를 수천 배 더 빠르게 감지할 수 있습니다.

유전자 칩의 감지 속도가 이렇게 빠른 이유는 유전자 칩에 수천 개의 마이크로젤이 동시에 존재하기 때문입니다. 차원적으로, 단백질과 DNA를 고정하고 분석할 수 있는 3차원 검출 플랫폼을 제공하는 것과 같습니다.

미국은 유전자 칩에 대한 연구를 진행 중인데, 유전자 코드를 빠르게 해독할 수 있는 '유전자 칩'을 개발해 현재보다 인간 유전자의 해독 속도가 1000배 빨라졌다. 그림 1은 유전자 칩이 내장된 유전자 검출 장치를 보여줍니다.

그림 1 유전자 칩이 내장된 유전자 검출 장치

유전자 진단

유전자 칩을 이용해 인간 게놈을 분석하면 질병을 일으키는 유전 유전자를 찾아낼 수 있다 . 암, 당뇨병 등은 모두 유전적 결함으로 인해 발생하는 질병입니다. 의학 및 생물학 연구자들은 궁극적으로 암 등을 유발하는 돌연변이 유전자를 단 몇 초 만에 식별할 수 있습니다. 의사는 소량의 검사액을 사용하여 약물이 환자에게 얼마나 잘 작용할지 예측하고, 치료 중 약물 부작용을 진단하고, 환자가 어떤 종류의 박테리아, 바이러스 또는 기타 미생물 감염을 앓고 있는지 즉석에서 확인할 수 있습니다. 유전자칩을 이용해 유전자 유전자를 분석하면 10년 내 당뇨병 진단율이 50% 이상에 이를 수 있다.

앞으로는 사람들이 신체검사를 받을 때 유전자칩을 장착한 진단로봇이 피험자의 혈액을 채취해 신체검사 결과를 컴퓨터 화면에 순식간에 표시하게 된다. 유전자진단을 활용하면 의료는 획일적인 '대량의료' 시대에서 개인의 유전적 유전자에 따라 달라지는 '맞춤의료' 시대로 발전하게 된다.

유전적 환경 보호

유전자 칩은 환경 보호 측면에서도 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 유전자 칩은 미생물이나 유기물로 인한 오염을 효율적으로 감지할 수 있으며, 연구자들이 오염물질을 해독하고 소화할 수 있는 천연 효소 유전자를 찾아 합성하는 데에도 도움을 줄 수 있습니다. 이런 친환경 유전자가 발견되면 연구자들은 이를 일반 박테리아에 이식한 뒤, 유전자 변형 박테리아를 활용해 오염된 강이나 토양을 정화할 예정이다.

유전자 컴퓨팅

DNA 분자는 '컴퓨터 디스크'와 유사하며 정보를 저장하고 복사하고 다시 쓰는 기능을 가지고 있습니다. 나선 DNA 분자를 곧게 펴면 그 길이가 사람 키를 훌쩍 넘겠지만, 접으면 지름이 수 마이크론에 불과한 작은 공으로 줄어들 수 있다. 따라서 DNA 분자는 초고밀도, 대용량 분자기억장치로 간주된다.

유전자 칩이 개선되어 다양한 생물학적 상태를 이용해 다양한 숫자를 표현함으로써 생물학적 컴퓨터를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

유전자 칩과 유전자 알고리즘을 기반으로 미래의 생물정보학 분야에는 오늘날의 컴퓨터 산업 하드웨어 거대 기업인 인텔사와 소프트웨어 거대기업인 마이크로소프트사와 경쟁할 수 있는 생물정보학 기업들이 있을 것입니다.

정확히 말하면 유전자 칩(또는 좁은 의미의 유전자 칩)은 DNA 칩을 의미하며, 그 원리는 최신 프로브 고체상 현장 합성 기술 및 마이크로 전자 기술을 사용하는 것을 의미합니다. 특히 리소그래피 기술 및 고분자 합성 기술과 특정 작은 공간에서 다수의 분자생물학 기술(North-South blotting 기술, 프로브 하이브리드화 기술, PCR 등 포함)을 미세 고정하여 고속 및 높은 처리량을 달성합니다. 집중적이고 저렴한 분석 기술. 유전자 칩의 개념은 이제 바이오칩, 마이크로어레이, DNA 칩, 심지어 단백질 칩까지 확장되었습니다.

유전자 칩은 고속, 높은 처리량, 집적화 및 저렴한 비용이라는 특성으로 인해 트랜지스터 회로가 집적 회로로 발전한 것처럼 탄생부터 과학계의 광범위한 관심을 받아 왔습니다. , 분자생물학 기술의 통합은 생명과학의 연구와 응용에 혁명을 일으키고 있습니다.