Tiểu luận ứng dụng các kỹ thuật array trong lĩnh vực môi trường

Đề tài tiểu luận: Ứng dụng kỹ thuật array lĩnh vực môi trường Mở đầu PHẦN I_ KỸ THUẬT DNA ARRAY Lịch sử đời Kỹ thuật DNA array 2.1 Cấu trúc chức DNA array 2.2 Quá trình thực DNA array 2.2.1 Chế tạo mảng 2.2.2 Tiến hành thí nghiệm Các vấn đề tồn kỹ thuật DNA array áp dụng lĩnh vực môi trường PHẦN II_ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT DNA ARRAY TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG Các cải tiến loại 1.1 Cải tiến mẫu dò 1.2 Cải tiến mảng Các cải tiến loại hai 2.1 PNA array 2.2 Nanowire array 2.3 Peptide array 2.4 Glycan array 2.5 Array hoá học (Chemical array) 2.6 Protein array PHẦN III_ KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN I_ KỸ THUẬT DNA ARRAY Lịch sử đời Còn sớm để nói lịch sử DNA array kỹ thuật tương đối thuộc tương lai khứ Đầu tiên kể đến mô tả cấu trúc DNA Watson & Crick (1953), cho thấy tách DNA thành hai mạch đơn (biến tính) xử lý nhiệt dung dịch kiềm Năm 1961, Marmur & Doty mô tả trình ngược lại, hồi tính, sở tất phương pháp PCR lai phân tử Các nghiên cứu gợi cách phân tích axit nucleotide dựa mối liên hệ trình tự chúng phương pháp lai phân tử phát triển nhanh chóng [1] Vào cuối năm 1960, Pardue & Gall; Jones & Roberson tìm phương pháp lai in situ (sau kết hợp với mẫu dò đánh dấu huỳnh quang gọi FISH) Phương pháp cố định nhiễm sắc thể nhân phiến kính, cho DNA tạo thành mạch kép với mẫu dò, ngày sử dụng để đặt DNA lên phiến kính phương pháp microarray Vào thời gian này, hoá học hữu phát triển, cho phép tổng hợp tự động mẫu dò oligonucleotide vào năm 1979 [1] Kỹ thuật phân tích sử dụng phương pháp gắn đồng thời nhiều trình tự đích lên màng lọc theo thứ tự, phương pháp thấm điểm (dot blot), Kafatos cộng (1979) đưa Trong kỹ thuật này, trình tự đích cố định giá thể lai với mẫu dò (thường trình tự axit nucleic đánh dấu) Saiki cộng (1989) đưa cách khác, dot blot ngược, gắn nhiều mẫu dò theo thứ tự màng đích để phân tích đánh dấu Cùng thời gian này, array với giá thể không thấm nước tạo phòng thí nghiệm Maskos (1991) Đầu năm 1990, kỹ thuật đánh dấu phát huỳnh quang đa màu Ried cộng sự; Balding & Ward giới thiệu để phân tích nhiều loại mẫu dò với phương pháp FISH Hiện nay, phương pháp sử dụng để phân tích so sánh mRNA từ nguồn khác [1] Vào năm 1993, array chứa oligonucleotide ngắn, 19 nucleotide tổng hợp in situ Năm 1994, Hoheisel cộng tăng mật độ chấm (spot) cách dùng robot để lấy đặt mẫu dò lên giá thể giúp tăng tốc độ trình, giảm sai sót chắn mắc phải thực thủ tục có tính lặp lại cao tay, tăng tính xác vị trí [1] Tất thí nghiệm tiên phong sở kỹ thuật array Kỹ thuật phát triển đến mức vài năm so sánh với kỹ thuật PCR thiếu sinh học Kỹ thuật DNA array DNA microarray thiết kế khám phá loại thuốc [2], phân tích biểu gen [3], tái giải trình tự DNA [4] Kỹ thuật ứng dụng lĩnh vực vi sinh môi trường vài năm gần [5] cho thấy tiềm vô to lớn phân tích quần xã vi sinh vật, xác định sinh vật gây bệnh kiểm soát trình khoa học khoa học ứng dụng môi trường [6] 2.1 Cấu trúc chức DNA array Trong kỹ thuật DNA array, người ta cố định axit nucleic có trình tự xác định (mẫu dò) giá thể (mảng) thích hợp theo thứ tự Axit nucleic cần nghiên cứu (đích) đánh dấu sau lai với mẫu dò mảng Ở điều kiện lý tưởng, axit nucleic có trình tự bổ sung bắt cặp xác với Hơn điều kiện này, cường độ phát tín hiệu tỷ lệ trực tiếp với lượng mẫu dò nên định lượng loại axit nucleic mẫu ban đầu [7] Đường kính chấm (mỗi chấm đại diện cho loại mẫu dò) macroarray thường ≥ 300 µm hình kỹ thuật gel thông thường máy quét dùng kỹ thuật blot trước Ngược lại, chấm microarray thường có đường kính 200 µm cần thiết bị ảnh đặc biệt máy quét laser tiêu điểm (confocal laser scanner) [8; 9] Các phương pháp tạo đường kính chấm 100 µm dùng phương pháp in quang hoạt (photolitho-graphy) để tổng hợp mẫu dò oligonucleotide in situ tạo chấm có đường kính 20 µm [8] Microarray mật độ thấp Trong ứng dụng này, axit nucleic gắn chặt với màng nylon phiến kính biến đổi hoá học Nếu cần, sử dụng tia cực tím để tạo liên kết đồng hoá trị mẫu dò với màng nilon Plasmid sản phẩm phản ứng PCR thường đặt màng phiến kính với mật độ 80 - 200 chấm/cm2 với microarray mật độ thấp 500 10.000 chấm/cm2 với microarray mật độ trung bình [10] Đó microarray có 10.000 mẫu dò/cm2 Ngày người ta tạo DNA microarray với 250.000 mẫu dò/cm2 gọi DNA chip Giá thể thường dùng thuỷ tinh silicon Trên chip chứa oligonucleotide dài từ 25 đến 60 base, sản phẩm PCR plasmid lớn từ 500 đến 5.000 base [7] 2.2 Quá trình thực DNA array Về bản, trình thực thí nghiệm DNA array gồm hai bước: (i) chế tạo mảng (ii) tiến hành thí nghiệm [1] ▲Hình 1: Sơ đồ thực kỹ thuật microarray 2.2.1 Chế tạo mảng Cơ chất dùng để chế tạo mảng cần có tính chất sau: gắn ổn định với mẫu dò, tín hiệu gây nhiễu thấp, tính chất hoá học bề mặt đồng chất lượng liệu cao [11] Một số chất đáp ứng điều kiện thường sử dụng thuỷ tinh, polypropylene, silicon [1], thuỷ tinh thường dùng [11] Giá thể thường biến đổi hoá học để dễ dàng gắn với mẫu dò Trong trường hợp chất thuỷ tinh, người ta phủ lên polymerase-lysine, amino silance silance có gốc amin hoạt hoá [3] để tăng tính kỵ nước khả bám dính mẫu dò [12] Thành phần thứ hai mảng mẫu dò Mẫu dò để gắn mảng cần lựa chọn kỹ theo đích sử dụng Hiện có nhiều phần mềm sở liệu giúp đơn giản hoá công đoạn Tuỳ mục đích sử dụng, mẫu dò oligonucleotide ngắn (15-25 nucleotide), oligonucleotide dài (50-120 nucleotide) cDNA (dài 100-3000 bp) [11] Sau chọn mẫu dò, gắn (hay gọi in) chúng bề mặt mảng hai cách: (i) cố định (cDNA) (ii) tổng hợp in situ (oligonucleotide) Cách thứ thường sử dụng robot với kỹ thuật in kim (contact-tip deposition printing), in vi tiếp xúc (micro-contact printing (µCP)), in vi kênh (micro-fluidics networks (µFN)) in mạ (electro capture) để đặt mẫu dò tổng hợp từ trước lên mảng Kỹ thuật in quang hoạt (photolithographic) dùng cho ứng dụng cách hai Ngoài ra, in áp điện (piezoelectric printing) in vi lỏng (micro wet printing (µWP)) sử dụng cho cố định tổng hợp in situ [7] In kim (Contact-tip deposition printing) Kỹ thuật có giá trị thương mại vào năm 1997 công ty Synteni, nhiều nhóm nghiên cứu sử dụng để chế tự tạo mảng DNA Đầu tiên người ta hoà tan axit nucleic sau nhúng kim nhọn vào để lấy lượng dung dịch xác định đầu Sau gắn dung dịch lên bề mặt chất (Hình 2) Trong thực nghiệm, dùng nhiều đầu kim lúc [13] ▲Hình 2: Sản xuất DNA microarray sử dụng contact tip deposition printing [Theo 7] Trong hầu hết trường hợp, kim nhọn có rãnh giống bút mực để giữ dung dịch Phương pháp tạo mảng mật độ cao chứa khoảng 10.000 cDNA khác có kích thước từ 500 đến 5.000 base bề mặt thuỷ tinh 3,6 cm2 [7] In vi tiếp xúc (µCP- Micro-contact printing) Phương pháp µCP có nguyên lý tương tự in kim Trong đó, dùng “con dấu” polydimethysilane (PDMS) để chuyển axit nucleic lên bề mặt giá thể (Hình 3) Trên thực tế, kỹ thuật không sản xuất thành công mảng mật độ cao [7] ▲Hình 3: Sản xuất DNA array sử dụng micro-contact printing [Theo 7] In vi kênh (µFN- Micro-fluidics network) µFN kỹ thuật µCP cải tiến Trong đó, dấu PDMS có kênh nhỏ đặt thuỷ tinh, vàng, polystyrene bề mặt silicone/silicone dioxide Dung dịch chất chứa đầy kênh gắn lên bề mặt mảng sức hút mao quản (Hình 4) ▲Hình 4: Sản xuất mảng kỹ thuật µFN [Theo 7] Giống µCP, tính khả thi µFN để sản xuất DNA array chứng minh [7] In mạ (Electro capture) Các array giống chip silicon Giá thể silicon có lớp bề mặt bị ôxi hoá nhiệt Ở vị trí xác định bề mặt có điện cực platin dày 500 nm Sau tiến hành loạt biến đổi hoá học có thứ tự để tạo chip gồm nhiều lớp Toàn chip trừ phần không gian điện cực platin phủ lớp lưỡng điện (dielectric) Si3N4 dày mm, cách thao tác với điện cực từ xuống xung quanh bảo vệ lớp Si3N4 Trên chip lớp streptavidin-agarose giúp cố định phân tử axit nucleic biotin hoá (Hình 5) ▲Hình 5: In mạ [Theo 7] Gắn mẫu dò lên chip cách phủ lên bề mặt dung dịch chứa oligonucleotide biotin hoá [7] Chúng vận chuyển đặc hiệu tới chấm chứa strepta-vidin cách cho dòng điện chạy qua điện cực (Hình 6) Hiện tại, chip với 400 điện cực phát triển phân tích di truyền (http://www.nanogen.com) ▲Hình 6: Sơ đồ chip electric silicon (A) Sơ đồ chip có 25 điện cực platin, chiều dài cạnh cm Phần ngoại biên chip có điện cực platin (ô vuông màu sáng) để nối chip với nguồn điện Khi có dòng điện xuất đường sáng chạy điện cực ngoại biên điện cực nhỏ trung tâm (B) Mặt cắt vùng điện cực trung tâm Vùng chứa điện cực đường kính 160 µm bốn góc 25 điện cực khác xếp thành hình vuông (C) Vùng điện cực [Theo 7] In quang hoạt (Photolithography) Công ty Affymetrix phát triển phương pháp in quang hoạt để tổng hợp oligonu- cleotide in situ giá thể rắn [14] Quá trình dựa kỹ thuật công nghiệp bán dẫn [15] Đầu tiên, gắn phân tử có nhóm bảo vệ dễ phân huỷ tia cực tím bề mặt giá thể rắn Dùng mặt nạ để hoạt hoá chọn lọc vị trí bề mặt tia cực tím nhằm loại trừ nhóm bảo vệ nhạy sáng Sau ủ với nucleotide để chúng phản ứng với nhóm OH tự bề mặt vùng hoạt hoá, kết thúc chu kỳ (Hình 7) Lặp lại chu kỳ với mặt nạ nucleotide khác tạo “bãi chông dày đặc oligonucleotide có trình tự bất kỳ” vị trí xác định chất [14] Hiện tại, gắn 500.000 oligonucleotide khác diện tích 1,28x1,28 cm (http://www.affymetrix.com) In áp điện (Piezoelectric printing) In áp điện sử dụng công nghệ phát triển cho máy in đen trắng để phân phối lượng nhỏ dung dịch DNA thay mực in bình thường [16] Đầu áp điện tạo giọt nhỏ đầu phân phối (hình 8) Hiện dùng phương pháp để tạo mảng có 10.000 chấm/cm2 Cũng dùng kỹ thuật để chế tạo mảng oligonucleotide cách dùng đầu phân phối áp điện khác (mỗi đầu chứa loại phân tử phosphoramidite nucleotide cần để tổng hợp oligonucleotide, đầu thứ năm chứa chất khử trityn hoá, hình 9) [16] ▲Hình 7: Sơ đồ phương pháp in quang hoạt [Theo 16] ▲Hình 8: Sơ đồ ống phun áp điện Đơn vị sử dụng hình.|U|: giá trị tuyệt đối điện áp [Theo 7] ▲Hình 9: Tổng hợp oligonucleotide in situ sử dụng ống phân phối áp điện Thủ tục nhiều ống phun DMTr: nhóm phát dimethoxytrityl, DTR: chất khử trityl hoá [Theo 7] In vi lỏng (µWP - Micro wet printing) Kỹ thuật Ermantraut cộng (1998) phát triển, dùng hộp mực in khung silicon để định vị mặt nạ chắn bề mặt mảng Khung silicon kết hợp với đường ống phân phối thuỷ tinh tạo thành hệ thống kênh Kênh liên kết đường vào riêng biệt với mặt nạ hộp mực Mặt nạ đóng vai trò giao tuyến hộp mực bề mặt mảng đảm bảo số vùng định tiếp xúc với hộp mực chứa chất khử nhóm bảo vệ Khi dung dịch oligonucleotide dung dịch rửa qua chỗ khử nhóm bảo vệ bề mặt, mặt nạ bị tách kết thúc chu kỳ (hình 10) Tiếp tục chu kỳ thay đổi nucleotide thêm vào vị trí mặt Một khía cạnh quan trọng ảnh hưởng đến độ nhạy tính đặc hiệu kỹ thuật microarray khả gắn mẫu dò với đích Trong kỹ thuật microarray truyền thống tồn mâu thuẫn là: mẫu dò dài tính đặc hiệu cao mẫu dò gắn ổn định với đích độ nhạy giảm Còn dùng mẫu dò ngắn (oligonucleotide) độ nhạy cao tính đặc hiệu mức độ ổn định cấu trúc đích-mẫu dò lại giảm Như biết, mạch khung axit nucleic chuỗi nhóm phosphate tích điện âm nối với qua liên kết phosphodiester Vì vậy, tạo thành mạch kép hai chuỗi khung có xu hướng đẩy tích điện dấu làm giảm độ ổn định cấu trúc đích-mẫu dò Có thể dùng muối để trung hoà lực đẩy Muối làm ổn định cấu trúc xoắn kép ổn định hoá cấu trúc bậc hai bậc ba nội phân tử làm giảm hiệu lai [76] Các vấn đề dẫn tới nhu cầu phát triển loại mẫu dò vừa nhạy, vừa đặc hiệu Các oligomer peptide nucleic acid (PNA) đáp ứng yêu cầu PNA có cấu trúc giống DNA, khác chỗ nhóm phosphate liên kết phosphodiester DNA thay nhóm N-(2-aminoethyl)-glycine liên kết amide Các nucleobase gắn với khung liên kết ethylene carbonyl (Hình 20) Chúng ta có 50 năm khám phá chuỗi xoắn kép DNA, có 10 năm khám phá PNA [77] Tuy nhiên PNA phát triển cho nhiều ứng dụng khác Một số PNA array Sử dụng PNA làm mẫu dò có số thuận lợi lớn Thứ nhất, khung PNA không tích điện triệt tiêu lực đẩy hai mạch cấu trúc PNA-DNA Vì vậy, tính ổn định phân tử mạch kép PNA-DNA điều kiện sinh lý tăng xấp xỉ 1,5oC so với liên kết DNA-DNA [78] Thứ hai, tiến hành phản ứng lai điều kiện nồng độ muối đệm thấp chí không cần Thứ ba, liên kết bổ sung hai mạch PNA DNA đặc hiệu [79] Thứ tư, PNA không bị phân cắt protease nuclease thiết kế mẫu dò ngắn [80] Cuối cùng, ưu điểm quan trọng phát triển phương pháp phát ảnh tốt so phương pháp truyền thống nhắm vào cấu trúc khác biệt DNA PNA [76; 80] ◄Hình 20: Cấu trúc phân tử PNA Ở nhóm phosphate liên kết phosphodiester DNA thay nhóm N-(2-amino-ethyl)-glycine liên kết amide Các nucleobase gắn với khung liên kết ethylene carbonyl [Theo 76] Có hai cách chế tạo mảng PNA tổng hợp in situ gắn mẫu dò tổng hợp từ trước lên mảng [80] Ngoài việc thay mẫu dò oligonucleotide mẫu dò PNA, bước khác tiến hành giống DNA array truyền thống Gần đây, cách kết hợp PNA array với phương pháp phát TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry), Brandt cộng (2003) tạo phương pháp có độ nhạy cao để phát trực tiếp đích RNA DNA không cần đánh dấu Những tiến mặt kỹ thuật mở hướng ứng dụng vô to lớn PNA array quản lý môi trường [80] 2.2 Nanowire array Một vấn đề quan trọng lĩnh vực quản lý môi trường cần phát nhanh, nhạy có chọn lọc loại virus gây bệnh Các dây nano silicon tổng hợp gắn bề mặt giá thể silicon phương pháp in quang hoạt Sau gắn cộng hoá trị thụ thể kháng thể dây nano xử lý hoá học Mẫu virus phân phối tới thiết bị qua kênh dẫn lỏng, kênh polymer dẻo khe tạo thành lớp thuỷ tinh đặt trên bề mặt chip ►Hình 21: Sơ đồ thiết bị mảng dây nano dùng để phát virus đơn lẻ Bên trái sơ đồ thiết bị gồm dây nano Hai dây nano gắn thụ thể kháng thể khác Sự gắn đặc hiệu virus thụ thể dây nano tạo biến đổi độ dẫn (bên trái) điện tích bề mặt dây nano bị biến đổi Khi tách virus khỏi bề mặt, độ dẫn trở lại giá trị đường thẳng ban đầu [Theo 81] Ưu điểm loại array xác định tín hiệu lai hai cách Cách thứ đo độ dẫn điện thay đổi qua thời gian thí nghiệm Khi virus gắn đặc hiệu thụ thể dây nano làm cường độ dòng điện qua biến đổi điện tích bề mặt dây nano bị biến đổi Khi tách virus khỏi bề mặt, độ dẫn trở lại đường thẳng ban đầu (hình 21) Độ dẫn khác số lượng chủng loại virus gắn với thụ thể dây nano khác Cách thứ hai đo quang Khi cho dòng điện chạy qua, dây nano phát quang Có thể dùng thuốc nhuộm phát huỳnh quang để đánh dấu hạt virus Dùng hai loại kính hiển vi khác xác định đồng thời tín hiệu phát quang dây nano thuốc nhuộm Trong thực nghiệm, ảnh phát sáng, phát huỳnh quang liệu độ dẫn xác định đồng thời Dữ liệu phát sáng cho biết vị trí dây nano với màu phát huỳnh quang kết hợp với cho thấy vị trí tương đối dây nano di động hạt virus Độ dẫn giúp xác định loại virus định lượng chúng [81] Bằng cách Patolsky cộng (2004) xác định hai loại virus khác influenza A (kháng thể chúng nằm dây 1) adenovirus (kháng thể chúng nằm dây 2) Độ dẫn điện thu hai loại virus gắn với hai dây nano khác mật độ điện tích bề mặt hai virus khác [81] Như vậy, xác định trực tiếp virus với tính đặc hiệu cao mảng dây nano mà không cần bước tinh hay khuếch đại Loại mảng xác định virus nhiều virus đồng thời Bằng phương pháp kết hợp để tạo mảng dây nano lớn hơn, có tính tái sử dụng cao [82], phương pháp hứa hẹn nhiều chiển vọng xác định đồng thời 100 loại virus khác [81] 2.3 Peptide array Khái niệm peptide array đưa từ năm 1984 phương pháp tổng hợp hoá học kết hợp phát triển cao [83] Protein đóng vai trò quan trọng tất trình tế bào Vai trò chúng bao gồm thụ thể bề mặt tế bào, làm trung gian bám dính tế bào, yếu tố nhận biết phân tử protein adaptor xác định hoạt tính hoá sinh hoạt tính enzyme trải qua chức trao đổi chất chuyển hoá dấu hiệu Trong số trường hợp, hoạt tính sinh học protein khu trú thành peptide ngắn Các peptide có trình tự bậc (mặc dù thường phần hoạt tính) Hơn nữa, protein thường bị biến tính hoạt tính sinh học, peptide lại có chức tương đối ổn định, chúng giữ hoạt tính hầu hết điều kiện phản ứng Do peptide ưu tiên phát triển cho thí nghiệm sàng lọc, đặc biệt kỹ thuật microarray Vào thập kỷ trước, tiến hoá học sinh học phân tử cho phép tổng hợp nhiều loại peptide có cấu trúc hoạt tính sinh học khác [84] Những điều tiền đề đời peptide array Có thể sử dụng peptide array để sàng lọc nhiều tương tác khác gắn protein, hoạt tính enzyme, bám dính tế bào [85], gắn kim loại [86] … ▲Hình 22: Sơ đồ nguyên lý peptide array [Theo [87] Có nhiều phương pháp sử dụng để chế tạo peptide array Trong tổng hợp peptide in situ gắn peptide chức chip hai phương pháp thường dùng [87; 84] Hiện nay, hầu hết peptide array tạo để nghiên cứu kinase phosphoryl hoá protein kinase chế điều hoà chức tế bào quan trọng Một ứng dụng quan trọng khác peptide array phát chất/sự kìm hãm hydrolase bao gồm protease loại enzyme thuỷ phân khác lipase, esterase… [84] Duburcq cộng (2004) sử dụng peptide/protein microarray để xác định kháng thể gắn với mảng qua tín hiệu phát huỳnh quang ứng dụng phương pháp để nghiên cứu kháng thể kháng virus viêm gan B/C, virus suy giảm miễn dịch người, Epstein-Barr virus kháng nguyên bệnh giang mai (syphilis antigens) với độ nhạy tính đặc hiệu cao [88] Trong ví dụ thú vị khác, Gao cộng (2003) sử dụng peptide array để xác định phối tử gắn chọn lọc với muối Pb(II), mở hướng sử dụng peptide array làm điện cực kiểm soát kim loại độc môi trường [86] 2.4 Glycan array Với 50% protein mang chuỗi glycan (olygosaccharide), glycomics proteomics lên với vai trò hai lĩnh vực nghiên cứu phát triển sau kỷ nguyên genomics Các tương tác carbonhydrate-protein oligosaccharide liên kết protein đặc hiệu protein gắn bổ sung chúng thường liên quan trực tiếp đến nhiều trình sinh học khác Các tương tác xảy tế bào, bề mặt tế bào, chất (matrix) ngoại bào chất tiết (secrection) [89] Chúng tham gia vào trình gấp nếp protein sinh lưới nội chất, trình enzyme lysosomal tổng hợp hướng tới nơi đến xác chúng trình hoạt hoá tế bào chế viêm bám dính vi khuẩn với tế bào chủ Chính glycan đóng cai trò quan trọng nhiều trình sinh học mà người ta phát triển loại mảng glycan array Ở đó, sử dụng chất sử dụng chất phiến kính thuỷ tinh bọc nitrocellulose, nhựa plastic, phiến kính phủ vàng [90], phiến kính thuỷ tinh hoạt hoá thiol-, đĩa silica-gel hay giếng chuẩn nhỏ thuỷ tinh (plastic microtitre well) Mẫu dò glycoprotein, polysacchride, mono hay oligosaccharide [89] Dùng phương pháp hoá học để gắn mẫu dò tổng hợp từ trước với với mảng Sau cho dung dịch chứa protein đích qua xác định dấu hiệu lai phương pháp thích hợp (hình 23) ▲Hình 23: Sơ đồ trình chế tạo sử dụng glycan array [Theo 89] Blixta cộng (2004) sử dụng glyco array để phân tích hầu hết nhóm GBP (glycan binding protein) quan trọng bao gồm lectin động vật (lectin loại C, galectin, siglec), lectin thực vật, lectin vi khuẩn virus, virus nguyên vẹn [90] Kết cho thấy dùng glyco array để xác định virus HIV1, virus cúm (influenza virus) 2.5 Protein array Gần đây, số nhóm nghiên cứu phát triển protein microarray để phân tích đồng thời nhiều protein Protein microarray chứa lượng nhỏ protein tinh khiết mảng với mật độ lớn Các protein sàng lọc với hiệu suất cao cho hoạt tính hoá sinh, tương tác protein-protein, protein-DNA, protein-RNA protein-phối tử [91] Trong kỹ thuật protein array, phiến kính thuỷ tinh chất, gắn hàng ngàn mẫu dò protein Sau cho mẫu sinh học qua chip đánh giá hiệu gắn [92] Mặc dù kỹ thuật protein chip không phát triển mạnh DNA array, cải thiện chúng chắn xảy protein trung gian hầu hết chức tế bào Do protein chip công cụ dành để xác định sở phân tử bệnh, chế hoạt tính thuốc độc tính [92] Bảng 3: Các loại protein microarray [93] Một số thách thức quan trọng kỹ thuật protein chip là: - Tìm kiếm bề mặt hoá học thích hợp để cố định protein có cấu trúc chức khác lớn mà giữ cấu trúc bậc hai bậc ba có hoạt tính sinh học chúng [92] - Xác định phân lập chất bắt giữ thích hợp (như kháng thể) protein quan tâm [92] - Phương pháp phát đủ nhạy giám sát đánh giá rộng mức độ gắn protein [94; 92] - Khả thu lại protein phát từ chip phân tích cần [92] - Dải động học phát lớn để bao phủ dải rộng thể nồng độ protein khác [92] - Không có phương pháp khuếch đại kiểu PCR để khuếch đại protein [94; 92] Gắn protein mảng Giống DNA microarray, protein array tạo chất thuỷ tinh silicon xử lý với aldehyde chất khác để cố định protein bắt giữ kháng thể biến đổi hoá học Một số cách khác dùng để tạo mảng protein sử dụng lớp nhôm vàng, polyme ưa nước polyacrylamide gel để cố định chất bắt giữ [92] Các chất bắt giữ Các kháng thể cố định thường sử dụng chất bắt giữ Protein chip gồm mảng chứa kháng thể (đơn dòng, đa dòng, đoạn kháng thể) Các chất bắt giữ khác sử dụng aptamer (các axit nucleic mạch đơn tạo phức với protein) oligonucleotide gắn đặc hiệu với protein [92] Phát Phương pháp phát huỳnh quang sử dụng rộng rãi Tuy nhiên điều cần đánh dấu protein fluorochrome Rủi ro gắn với chất thay đổi tính ổn định gắn protein với chất bắt giữ cố định [92] ▲Hình 25: Gắn protein lên giá thể [Theo 11] Nettikadan cộng (2003) tạo ViriChip để xác định bacteriophage fd, loại canine parvovirus coxsackievirus B3 Nancy [95] Trong đó, miền kháng thể bắt giữ đặc hiệu vị trí xác định virus đặt mảng Phát virus gắn mảng kính hiển vi lượng nguyên tử (atomic force microscopy, ATM) Kỹ thuật cho phép xác định nhanh, không cần đánh dấu hay khuếch đại đích ViriChip có tính đặc hiệu cao dựa phản ứng kháng nguyên-kháng thể, độ nhạy cao với dải nồng độ phát virus 108 đến 1012 pfu/ml ViriChip xác định đồng thời loại virus thời gian chưa đến [95] PHẦN III_ KẾT LUẬN PHẦN III_ KẾT LUẬN Như vậy, thấy ngày có nhiều kỹ thuật array phát triển nhằm giải vấn đề phức tạp sinh học phân tử, y học, di truyền học Và việc áp dụng tiến vào quản lý môi trường không nằm vòng xoáy phát triển Trong viết này, cố gắng trình bày kỹ thuật array Mặc dù số kỹ thuật trình bày nên chưa ứng dụng nhiều lĩnh vực môi trường Tuy nhiên, khả giải vấn đề môi trường phức tạp đa dạng tương lai phủ nhận Có thể nhận định rằng, vài năm thôi, tốc độ phát triển tính khả dụng microarray không thua phát triển khả ứng dụng thần kỹ kỹ thuật PCR trước TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Rampal, J B 2001 DNA Arrays: Methods and Protocols ed Totowa, NJ: Humana Press Debouck, C., and P N Goodfellow 1999 DNA microarrays in drug discovery and development Nature genetics supplement 21:48-50 Schena, M., D Shalon, R Heller, A Chai, P O Brown, and R W Davis 1996 Parallel human genome analysis: microarray-based expression monitoring of 1000 genes Proc Natl Acad Sci USA 93:10614-10619 Hacia, J G 1999 Resequencing and mutational analysis using oligonucleotide microarrays Nature genetics supplement 21:42-47 Guschin, D Y., B K Mobarry, D Proudnikov, D A Stahl, B E Rittmann, and A D Mirzabekov 1997 Oligonucleotide Microchips as Genosensors for Determinative and Environmental Studies in Microbiology Appl Environ Microbiol 63:2397-2402 Small, J., D R Call, F J Brockman, T M Straub, and D P Chandler 2001 Direct detection of 16S rRNA in soil extracts by using oligonucleotide microarrays Appl Environ Microbiol 67:4708-4716 Lorkowski, S., and P Cullen 2004 Analysing Gene Expression: Possibilities and Pitfalls ed New York: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA 950 p Hasseman, J., and D Gershon 2002 Microarray technology-An array of opportunities Nature 416:885-891 Shi, L., W Hu, Z Su, X Lu, and W Tong 2003 Microarrays: technologies and applications App Mycol Biotech 3:3:1-27 10 Schena, M., and R W Davis Gene, genomes, and chips In: Lorkowski, S., P Cullen eds Analysing Gene Expression Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA: 2004:411-413 11 Stears, R L., T Martinsky, and M Schena 2003 Trends in microarray analysis Nature medicine 9:140-145 12 Gabig, M., and G Wegrzyn 2001 An introduction to DNA chips: principles, technology, applications and analysis Acta biochimia polonica 48:615622 13 Schena, M., D Shalon, R W Davis, and P O Brown 1995 Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray 14 Lipshutz, R J., S P A Fodor, T R Gingeras, and D J Lockhart 1999 High density synthetic oligonucleotide arrays Nature genetics supplement 21:2024 15 McGall, G., J Labadie, P Brock, G Wallraff, T Nguyen, and W Hinsberg 1996 Light-directed synthesis of high-density oligonucleotide arrays using semiconductor photoresists Proc Natl Acad Sci USA 93:13555-13560 16 Theriault, T P., S C Winder, and R C Gamble 1999 Application of inkjet printing technology to the manufacture of molecular arrays In: Lorkowski, S., P Cullen eds Analysing Gene Expression Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA: 2004:420-423 17 Hal, N L W V., O Vorst, A M M L v Houwelingen, E J Kok, A Peijnenburg, A Aharoni, A J v Tunen, and J Keijer 2000 The application of DNA microarrays in gene expression J Biotech 78:271-280 18 Gracey, A Y., and A R Cossins 2003 Application of microarray technology in environmental and comparative physiology Annu Rev Physiol 65:231-259 19 Hu, G K., S J Madore, B Moldover, T Jatkoe, D Balaban, J Thomas, and Y Wang 2001 Predicting splice variant from DNA chip expression data Genome research 11:1237-1245 20 Yang, Y H., S Dudoit, P Luu, D M Lin, V Peng, J Ngai, and T P Speed 2002 Normalization for cDNA microarray data: a robust compositemethod addressing single andmultiple slide systematic variation Nucleic Acids Research 30:e15 21 Kohane, I S., A T Kho, and A J Butte 2003 Microarray for an integrative genomics ed Massachusetts: MIT Press Cambridge 236 p 22 Mills, J C., K A Roth, R L Cagan, and J I Gordon 2001 DNA microarrays and beyond: completing the journey from tissue to cell Nature cell biology 3:175-178 23 Ochs, M E., and A K Godwin 2003 Microarrays in cancer: research and applications BioTechniques 34 24 Zhou, J Z., and D K Thompson 2002 Challenges in applying microarrays to environmental studies In: Cook, K L., G S Sayler eds Current Opinion in Biotechnology 2003 14:311-318 25 Cook, K L., and G S Sayler 2003 Environmental application of array technology: promise, problems and practicalities Current Opinion in Biotechnology 14:311-318 26 Wu, L., D K Thompson, G Li, R A Hurt, J M Tiedje, and J Zhou 2001 Development and evaluation of functional gene arrays for detection of selected genes in the environment Appl Environ Microbiol 67:5780-5790 27 Loy, A., A Lehner, N Lee, J Adamczyk, H Meier, J Ernst, K H Schleifer, and M Wagner 2002 Oligonucleotide microarray for 16S rRNA genebased detection of all recognized lineages of sulfate-reducing prokaryotes in the environment Appl Environ Microbiol 68:5064-5081 28 Cottrell, M T., and D L Kirchman 2000 Community composition of marine bacterioplankton determined by 16S rRNA gene clone libraries and fluorescence in situ hybridization Appl Environ Microbiol 66:5116-5122 29 Shalon, D., S J Smith, P O Brown 1996 A DNA microarray system for analyzing complex DNA samples using two-color fluorescent probe hybridization In: Cook, K L., G S Sayler eds Environmental application of array technology: promise, problems and practicalities Current Opinion in Biotechnology: 2003 14:311-318 30 Cho, J C., and J M Tiejde 2001 Bacterial species determination from DNA-DNA hybridization by using genome fragments and DNA microarrays Appl Environ Microbiol 67:3677-3682 31 Cho, J C., and J M Tiedje 2002 Quantitative detection of microbial genes by using DNA microarrays Appl Environ Microbiol 68:1425-1430 32 Urakawa, H., P A Noble, S E Fantroussi, J J Kelly, and D A Stahl 2002 Single-base-pair discrimination of terminal mismatches by using oligonucleotide microarrays and neural network analyses Appl Environ Microbiol 68:235–244 33 Blalock, E M 2003 A Beginner's Guide to Microarrays 1th ed New York: Kluwer 34 Rudi, K., O M Skulberg, R Skulberg, and K S Jakobsen 2000 Application of sequence-specific labeled 16S rRNA gene oligonucleotide probes for genetic profiling of Cyanobacterial abundance and diversity by array hybridization Appl Environ Microbiol 66:4004-4011 35 Reyes-Lopez, M A., A Mendez-Tenorio, R Maldonado-Rodriguez, M J Doktycz, J T Fleming, and K L Beattie 2003 Fingerprinting of prokaryotic 16S rRNA genes using oligodeoxyribonucleotide microarrays and virtual hybridization Nucleic Acids Research 31:779-789 36 Bodrossy, L., N S Pavese, J C Murrell, S Radajewski, A Weilharter, and A Sessitsch 2003 Development and validation of a diagnostic microbial microarray for methanotrophs Environmental Microbiology 5:566-582 37 Fukushima, M., K Kakinuma, H Hayashi, H Nagai, K Ito, and R Kawaguchi 2003 Detection and identification of Mycobacterium species isolates by DNA microarray J clinical microbiol 41:2605-2615 38 Gonzalez, S F., M J Krug, M E Nielsen, Y Santos, and D R Call 2004 Simultaneous detection of marine fish pathogens by using multiplex PCR and a DNA microarray J clinical microbiol 42:1414-1419 39 Valinsky, L., G D Vedova, A J Scupham, S Alvey, A Figueroa, B Yin, R J Hartin, M Chrobak, D E Crowley et al 2002 Analysis of bacterial community composition by oligonucleotide fingerprinting of rRNA genes Appl Environ Microbiol 68:3243-3250 40 Yuea, J., W Shia, J Xiea, Y Lia, E Zenga, L Liangc, and H Wang 2004 Detection of rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains by using a specialized oligonucleotide microarray Diagnostic Microbiology and Infectious Disease 48:47-54 41 Zhaohui, S., Z Wenling, Z Bao, S Rong, and M Wenli 2004 Microarrays for the detection of HBV and HDV J Biochem Mol Biol 37:546-551 42 Rudi, K., S L Flateland, J F Hanssen, G Bengtsson, and H Nissen 2002 Development and evaluation of a 16S Ribosomal DNA array-based approach for describing complex microbial communities in ready-to-eat vegetable salads packed in a modified atmosphere Appl Environ Microbiol 68:1146-1156 43 Chizhikov, V., M Wagner, A Ivshina, Y Hoshino, A Z Kapikian, and K Chumakov 2002 Detection and genotyping of human group a Rotaviruses by oligonucleotide microarray hybridization J clinical microbiol 40:2398-2407 44 Mikhailovich, V., S Lapa, D Gryadunov, A Sobolev, B Strizhkov, N Chernyh, O Skotnikova, O Irtuganova, A Moroz et al 2001 Identification of rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains by hybridization, PCR, and ligase detection reaction on oligonucleotide microchips J clinical microbiol 39:2531-2540 45 Lapa, S., M Mikheev, S Shchelkunov, V Mikhailovich, A Sobolev, V Blinov, I Babkin, A Guskov, E Sokunova et al 2002 Species-level identification of orthopoxviruses with an oligonucleotide microchip In: Blalock, E M ed Beginner's Guide to Microarrays New York: Kluwer 46 Koizumi, Y., J J Kelly, T Nakagawa, H Urakawa, S El-Fantroussi, S AlMuzaini, M Fukui, Y Urushigawa, and D A Stahl 2002 Parallel characterization of anaerobic toluene- and ethylbenzene-degrading microbial consortia by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis, RNA-DNA membrane hybridization, and DNA microarray technology Appl Environ Microbiol 68:3215-3225 47 Anthony, R M., T J Brown, and G L French 2000 Rapid diagnosis of bacteremia by universal amplification of 23S ribosomal DNA followed by hybridization to an oligonucleotide array J clinical microbiol 38:781-788 48 Behr, T., C Koob, M Schedl, A Mehlen, H Meier, D Knopp, E Frahm, U Obst, K Schleifer et al 2003 A nested array of rRNA targeted probes for the detection and identification of enterococci by reverse hybridization In: Blalock, E M ed A Beginner's Guide to Microarrays New York: Kluwer 49 Wilson, K H., W J Wilson, J L Radosevich, T Z DeSantis, V S Viswanathan, T A Kuczmarski, and G L Andersen 2002 High-Density Microarray of Small-Subunit Ribosomal DNA Probes Appl Environ Microbiol 68:2535-2541 50 Sengupta, S., K Onodera, A Lai, and U Melcher 2003 Molecular Detection and Identification of Influenza Viruses by Oligonucleotide Microarray Hybridization J clinical microbiol 41:4542-4550 51 Straub, T M., D S Daly, S Wunshel, P A Rochelle, R DeLeon, and D P Chandler 2002 Genotyping Cryptosporidium parvum with an hsp70 single- nucleotide polymorphism microarray Appl Environ Microbiol 68:1817-1826 52 Wang, R F., M L Beggs, L H Robertson, and C E Cerniglia 2002 Design and evaluation of oligonucleotide-microarray method for the detection of human intestinal bacteria in fecal samples FEMS Microbiol Lett 213:175-182 53 Wilson, W J., C L Strout, T Z DeSantis, J L Stilwell, A V Carrano, and G L Andersen 2002 Sequence-specific identification of 18 pathogenic microorganisms using microarray technology Mol Cell Probes 16:119-127 54 Wang, D., L Coscoy, M Zylberberg, P C Avila, H A Boushey, D Ganem, and J L Derisi 2002 Microarray-based detection and genotyping of viral pathogens Proc Natl Acad Sci USA 99:15687-15692 55 Bonch-Osmolovskaya, E A., M L Miroshnichenko, A V Lebedinsky, N A Chernyh, T N Nazina, V S Ivoilov, S S Belyaev, E S Boulygina, Y P Lysov et al 2003 Radioisotopic, culture-based, and oligonucleotide microchip analyses of thermophilic microbial communities in a continental high-temperature petroleum reservoir Appl Environ Microbiol 69:6143-6151 56 Volokhov, D., A Rasooly, K Chumakov, and V Chizhikov 2002 Identification of Listeria species by microarray-based assay J Clin Microbiol 40:4720-4728 57 Kakinuma, K., M Fukushima, and R Kawaguchi 2003 Detection and identification of Escherichia coli, Shigella, and Salmonella by microarrays using the gyrB gene Biotechnol Bioeng 83:721-728 58 Volokhov, D., V Chizhikov, K Chumakov, and A Rasooly 2003 Microarraybased identification of thermophilic Campylobacter jejuni, C coli, C lari, and C upsaliensis J Clin Microbiol 41:4071-4080 59 Zhou, J 2003 Microarrays for bacterial detection and microbial community analysis Current Opinion in Microbiology 6:Current Opinion in Microbiology 60 Jenkins, B D., G F Steward, S M Short, B B Ward, and J P Zehr 2004 Fingerprinting diazotroph communities in the Chesapeake Bay by using a DNA macroarray Appl Environ Microbiol 70:1767-1776 61 Steward, G F., B D Jenkins, B B Ward, and J P Zehr 2004 Development and testing of a DNA macroarray to assess nitrogenase (nifH) gene diversity Appl Environ Microbiol 70:1455-1465 62 Bavykin, S G., J P Akowski, V M Zakhariev, V E Barsky, A N Perov, and A D Mirzabekove 2000 Portable system for microbial sample preparation and oligonucleotide microarray analysis Appl Environ Microbiol 67:922-928 63 Landry, J P., and X D Zhu 2004 Label-free detection of microarrays of biomolecules by oblique-incidence reflectivity difference microscopy Optical Society of America 29:581-583 64 White, J 2004 The Future of Microarray Readers Pharmaceutical Discovery:30-34 65 Kumar, A., and Z Liang 2001 Chemical nanoprinting: a novel method for fabricating DNA microchips Nucleic Acids Research 29:e2 66 Reese, M O., R M v Dam, A Scherer, and S R Quake 2003 Microfabricated fountain pens for high-density DNA arrays Genome research 13:2348-2352 67 Eisen, M B., P T Spellman, P O Brown, and D Botstein 1998 Cluster analysis and display of genome-wide expression patterns Proc Natl Acad Sci USA 95:14863-14868 68 Dudley, A M., J Aach, M A Steffen, and G M Church 2002 Measuring absolute expression with microarrays with a calibrated reference sample and an extended signal intensity range Proc Natl Acad Sci USA 99:7554-7559 69 Fan, J B., P Tam, G V Woude, and Y Ren 2004 Normalization and analysis of cDNA microarrays using within-array replications applied to neuroblastoma cell response to a cytokine Proc Natl Acad Sci USA 101:11351140 70 Adamczyk, J., M Hesselsoe, N I M Horn, A Lehner, P H Nielsen, M Schloter, P Roslev, and M Wagner 2003 The isotope array, a new tool that employs substrate-mediated labeling of rRNA for determination of microbial community structure and function Appl Environ Microbiol 69:6875-6887 71 Steel, A., M Torres, J Hartwell, Y.-Y Yu, N Ting, G Hoke, and H Yang 2000 The Flow- Thru ChipTM: A Three-Dimensional Biochip Platform In: Prasad, P ed Introduction to biophotonics Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons 2003 pp 367-372 72 Zlatanova, J., and A Mirzabekov Gel-Immobilized Microarrays of Nucleic Acids and Proteins In: Rampal, J B ed DNA Arrays: Methods and Protocols Humana Press Totowa, NJ: 2001 pp 17-38 73 Vasiliskov, A V., E N Timofeev, S A Surzhikov, A L Drobyshev, V V Shick, and A D Mirzabekov 1999 Fabrication of microarray of gel-immobilized compounds on a chip by copolymerization In: Prasad, P ed Introduction to biophotonics John Wiley & Sons Hoboken, New Jersey: 2003 pp 367-372 74 McKendry, R., J Zhang, Y Arntz, T Strunz, M Hegner, H P Lang, M K Baller, U Certa, E Meyer et al 2002 Multiple label-free biodetection and quantitative DNA-binding assays on a nanomechanical cantilever array Proc Natl Acad Sci USA 99:9783-9788 75 Lutwyche, M I., M Despont, U Drechsler, U Durig, W Haberle, H Rothuizen, R Stutz, R Widmer, G K Binnig et al 2000 Appl Phys Lett 77:3299–3301 76 Weiler, J., H Gausepohl, N Hauser, O N Jensen, and J D Hoheisel 1997 Hybridisation based DNA screening on peptide nucleic acid (PNA) oligomer arrays Nucleic Acids Research 25:2792-2799 77 Demidov, V V 2002 New kids on the block: emerging PNA-based DNA diagnostics Expert Rev Mol Diagn 2:89-91 78 Egholm, M., O Buchardt, L Christensen, C Behrens, S M Freier, D A Driver, R H Berg, S K Kim, B Norden et al 1997 In: Weiler, J H., H Gausepohl, N Hauser, O N Jensen, J D Hoheisel eds 25: 2792-2799 79 Nielsen, P E 1995 Annu Rev Biophys Biomol Struct 24:167-183 80 Brandt, O., J Feldner, A Stephan, M Schoroder, M Schnolzer, H F Arlinghaus, J D Hoheisel, and A Jacob 2003 PNA microarrays for hybridisation of unlabelled DNA samples Nucleic Acids Research 31:e119 81 Patolsky, F., G Zheng, O Hayden, M Lakadamyali, X Zhuang, and C M Lieber 2004 Electrical detection of single viruses Proc Natl Acad Sci USA 101:14017–14022 82 Jin, S., D Whang, M C McAlpine, R S Friedman, Y Wu, and C M Lieber 2004 Scalable Interconnection and Integration of Nanowire Devices without Registration Nano Lett 4:915-919 83 Geysen, H M., R H Melven, and S J Barteling 1984 Use of Peptide Synthesis to Probe Viral Antigens for Epitopes to a Resolution of a Single Amino Acid In: Panicker, R C., X Huang, S Q Yao eds Recent advances in peptidebased microarray technologies Combinatorial chemistry & high throughput screening: 7:547-556 84 Panicker, R C., X Huang, and S Q Yao 2004 Recent advances in peptidebased microarray technologies Combinatorial chemistry & high throughput screening 7:547-556 85 Reimer, U., U Reineke, and J Schneider-Mergener 2002 Peptide arrays: from macro to micro Current Opinion in Biotechnology 13:315-320 86 Gao, X., X Zhou, and E Gulari 2003 Light directed massively parallel onchip synthesis of peptide arrays with t-Boc chemistry In: Min, D H., M Mrksich eds Current Opinion in Chemical Biology 2004 8: 554-558 87 Min, D H., and M Mrksich 2004 Peptide arrays: towards routine implementation Current Opinion in Chemical Biology 8:554-558 88 Duburcq, X., C Olivier, F Malingue, R Desmet, A Bouzidi, F Zhou, C Auriault, H Gras-Masse, and O Melnyk 2004 Peptide-protein microarrays for the simultaneous detection of pathogen infections In: Min, D H., M Mrksich eds Current Opinion in Chemical Biology 8: 554-558 89 Feizi, T., and W Chai 2004 Oligosaccharide microarrays to decipher the glyco code Nature review of molecular cell biology 5:582-588 90 Blixta, O., S Headd, T Mondalad, C Scanlane, M E Huflejtf, R Alvarezg, M C Bryanh, F Fazioh, D Calaresee et al 2004 Printed covalent glycan array for ligand profiling of diverse glycan binding proteins Proc Natl Acad Sci USA 101:17033-17038 91 Zhu, H., and M Snyder 2001 Protein arrays and microarrays Current Opinion in Chemical Biology 5:40–45 92 Prasad, P N 2003 Introduction to biophotonics ed New Jersey: John Wiley & Sons, Inc 593 p 93 Kambhampati, D 2004 Protein Microarray Technology ed Weinheim: Wiley-Vch Verlag GmbH & Co KGaA 94 Kusnezow, W., and J D Hoheisel 2002 Antibody Microarrays: Promises and Problems BioTechniques 33:S14-S23 95 Nettikadan, S R., J C Johnson, C Mosher, and E Henderson 2003 Virus particle detection by solid phase immunocapture and atomic force microscopy Biochemical and Biophysical Research Communications 311:540-545 [...]... hiện tất cả các vi khuẩn gây bệnh/có lợi/nhiễm tạp có thể có trong mẫu nghiên cứu [36] Kỹ thuật microarray mới ra đời vào đầu những năm 1990, thực sự phát triển từ năm 1995 và mới được ứng dụng trong lĩnh vực môi trường chỉ vài năm gần đây [6] nhưng đã phát triển rất mạnh mẽ Một trong các ứng dụng nổi bất nhất của microarray trong quản lý môi trường là xác định vi sinh vật (bảng 1) Các microarray này... nếu so sánh với các kỹ thuật trước đây thì những hạn chế của microarray không đáng kể và hoàn toàn có thể bù đắp bởi lợi ích của nó mang lại Hơn nữa, các hạn chế này đa phần đều có thể khắc phục bằng những cải tiến, phát triển mới trong kỹ thuật PHẦN II_ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT DNA ARRAY TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG PHẦN II_ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT DNA ARRAY TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG Vi sinh vật... array khi áp dụng trong lĩnh vực môi trường 3 Các vấn đề tồn tại trong kỹ thuật DNA array khi áp dụng trong lĩnh vực môi trường Mặc dù microarray ra đời mở ra một kỷ nguyên mới trong rất nhiều lĩnh vực, song khi ứng dụng trong môi trường nó gặp phải một số vấn đề Vấn đề kỹ thuật Tồn tại cố hữu của phương pháp microarray là các điều kiện lai (nhiệt độ, nồng độ muối…) không bao giờ tối ưu cho mọi phân tử,... trong môi trường tự nhiên [59] Bảng 2: Ứng dụng microarray để xác định các tập hợp gene chức năng trong môi trường Hầu hết các nghiên cứu đều hướng tới việc giải quyết độ nhạy và tính đặc hiệu của microarray để áp dụng trực tiếp với mẫu môi trường Một vấn đề khác là khả năng di động của thiết bị để có thể mang tới hiện trường phân tích [62] Các mối quan tâm này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng. .. kỹ thuật array mới được phát triển nhằm giải quyết các vấn đề phức tạp trong sinh học phân tử, y học, di truyền học Và việc áp dụng những tiến bộ đó vào quản lý môi trường cũng không nằm ngoài vòng xoáy phát triển Trong bài viết này, tôi đã cố gắng trình bày những kỹ thuật array mới nhất Mặc dù một số kỹ thuật tôi trình bày ở đây vì quá mới nên cho đến nay chưa được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực môi. .. phát hiện sớm các yếu tố biến đổi không biết trước bằng cách phân tích biến thiên quần thể hay nói cách khác, có thể sử dụng vi sinh vật để giám sát trạng thái và các biến đổi môi trường [34] Tuy nhiên, để có thể quản lý môi trường trên diện rộng, cần phân tích một lượng mẫu sinh học khổng lồ, điều này không thể đạt được với các kỹ thuật trước đây [35] Ngày nay, trong lĩnh vực quản lý môi trường cần phát... (i) Các trình tự được chọn dựa ngân hàng gene nên có thể phải chỉnh sửa (ii) Mẫu dò ngắn làm giảm độ nhạy và tính đặc hiệu (iii) Không thể so sánh đồng thời sự biểu hiện gene của hai mẫu thí nghiệm liên quan trên cùng một mảng [21; 23] ▲Hình 15: Sơ đồ nguyên lý hệ thống MM/PM [Theo 14] 3 Các vấn đề tồn tại trong kỹ thuật DNA array khi áp dụng trong lĩnh vực môi trường 3 Các vấn đề tồn tại trong kỹ thuật. .. 1: Các ứng dụng nổi bất nhất của microarray trong xác định vi sinh vật Bên cạnh việc xác định vi khuẩn, DNA array còn có tác dụng đánh giá phân bố gene chức năng trong môi trường tự nhiên Gene mã hoá các enzyme chức năng trong chu trình sinh địa hoá học (như C, S, N, các kim loại) là dấu hiệu rất hữu ích để giám sát trạng thái sinh lý và hoạt tính chức năng của các quần thể và quần xã vi sinh vật trong. .. đặc hiệu cao [88] Trong một ví dụ thú vị khác, Gao và cộng sự (2003) đã sử dụng peptide array để xác định các phối tử gắn chọn lọc với muối Pb(II), mở ra hướng sử dụng peptide array làm điện cực kiểm soát các kim loại độc trong môi trường [86] 2.4 Glycan array Với trên 50% protein mang các chuỗi glycan (olygosaccharide), glycomics và proteomics cùng nổi lên với vai trò là hai lĩnh vực nghiên cứu phát... lý môi trường [80] 2.2 Nanowire array Một trong những vấn đề rất quan trọng trong lĩnh vực quản lý môi trường là cần phát hiện nhanh, nhạy và có chọn lọc các loại virus gây bệnh Các dây nano silicon được tổng hợp và gắn trên bề mặt giá thể silicon bằng phương pháp in quang hoạt Sau đó gắn cộng hoá trị các thụ thể kháng thể trên dây nano bằng xử lý hoá học Mẫu virus được phân phối tới thiết bị qua các ... 3 Các vấn đề tồn kỹ thuật DNA array áp dụng lĩnh vực môi trường Các vấn đề tồn kỹ thuật DNA array áp dụng lĩnh vực môi trường Mặc dù microarray đời mở kỷ nguyên nhiều lĩnh vực, song ứng dụng môi. .. cải tiến, phát triển kỹ thuật PHẦN II_ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT DNA ARRAY TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG PHẦN II_ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT DNA ARRAY TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG Vi sinh vật đóng... triển Trong viết này, cố gắng trình bày kỹ thuật array Mặc dù số kỹ thuật trình bày nên chưa ứng dụng nhiều lĩnh vực môi trường Tuy nhiên, khả giải vấn đề môi trường phức tạp đa dạng tương lai phủ