Sự phát triển của DNA array là sự hội tụ của hai lĩnh vực rất khác nhau: di truyền học phân tử và điện tử máy tính. Ngày nay, những DNA microarray với hàng chục ngàn mẫu dò oligonucleotide trên một centimet vuông đã trở thành phương pháp được lựa chọn để phân tích định lượng cao các acid nucleic ở cấp độ phiên mã của chúng. Sự sử dụng những DNA microarray để phân tích các chuỗi dữ liệu đã liên kết chức năng của các nhóm gen với những con đường trao đổi chất thông thường. Tuy nhiên, DNA microarray không đưa ra được những cái nhìn sâu sắc về chức năng của các gen riêng lẻ vì hoạt động phiên mã không nhất thiết phản ánh việc sản xuất hay hoạt động của các protein được dịch mã. Thật vậy, mối tương quan giữa mRNA và mức độ protein có thể rất yếu. Những lý do chính cho điều này là kích thước những bản sao DNA và oligonucleotide không kể đến những biến đổi qua quá trình dịch mã hay tỷ lệ thu hồi protein. Vì vậy, sự thống nhất hiện nay là phân tích các biểu hiện và tương tác của protein sẽ cung cấp một cách tiếp cận tốt hơn để làm sáng tỏ chức năng gen. Một lý do quan trọng thứ hai của sự cần thiết tạo những mảng protein array và nghiên cứu sự tương tác của chúng là hầu như tất cả các loại thuốc được phát hiện cho đến nay phát huy hiệu lực của mình thông qua các tương tác protein. Việc chuyển hướng nghiên cứu những protein trên quy mô lớn, tiến hành song song sẽ đòi hỏi một mô hình thay đổi khác với những nghiên cứu protein thông thường, những nghiên cứu mà chỉ tập trung vào một protein duy nhất tại một thời điểm nghiên cứu. Tuy nhiên trở ngại quan trọng nhất phải vượt qua là làm thế nào để đối phó với tính chất đa dạng của chính những protein. Những acid nucleic được tạo thành chỉ từ 4 nucleotide cơ sở và có một xương sống ưa nước, tích điện âm. Ngược lại, những protein được tạo thành từ 20 amino acid khác nhau, và có thể là ưa nước hay kị nước, acid hay base. Điều này dẫn đến tính đa dạng về khả năng hòa tan, cấu trúc bậc ba và những vị trí hoạt động, điều mà tạo ra cho mỗi protein một chức năng riêng.
Nhìn chung, protein kém bền hơn so với acid nucleic, do đó, các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm trên protein array cần có sự kiểm soát nghiêm ngặt hơn trên DNA array. Một số protein có khả năng chịu được sự nhiễu loạn bên ngoài cấu trúc của chúng và nói chung là ứng cử viên tốt để tạo mảng protein, ví dụ như những kháng thể, trong khi các protein khác rất không ổn định, khó có thể duy trì được chức năng khi được cố định bên ngoài môi trường bản địa của chúng.
Ngoài ra, số lượng protein nhiều hơn gen, sự đánh giá gần đây nhất dự đoán rằng hệ gen của con người có khoảng 30 000 gen, nhưng có thể có đến 1 000 000 cấu trúc
Chương 2: Đại cương kỹ thuật và ứng dụng của Biochip
protein trong hệ protein của con người. Hệ protein thì phức tạp hơn hệ gen bởi 3 lý do quan trọng: (1) nhiều gen mã hóa cho nhiều biến thể của một protein (những biến thể ghép nối); (2) nhiều protein được biến đổi qua quá trình dịch mã bằng cách kết hợp theo những cách khác nhau; và (3) hệ protein thì luôn thay đổi, kiểu hình protein tiến triển trong suốt thời gian khởi phát và tiến triển của bệnh, và thậm chí từ phút này qua phút khác xuất phát từ những nhu cầu cần thiết của sự thay đổi sinh vật.
Có rất nhiều cấu trúc protein cơ bản trong một hệ protein, từ đó có thể đánh giá rằng số lượng tương tác protein ” protein tự nhiên là rất lớn. Một xem xét quan trọng khi tạo mảng những protein để nghiên cứu tương tác là khi các protein tiến hóa cấu hình phù hợp nhất để tương tác với những đối tác protein tương ứng của chúng, chúng có thể đã phát triển một cơ chế để loại trừ các mối tương tác không mong muốn với các protein khác cùng tồn tại trong một môi trường không gian riêng biệt. Điều này đặc biệt quan trọng khi tập hợp những protein lại cái mà vốn được chia thành nhiều loại.
Tóm lại, việc sản xuất protein array phức tạp hơn và đòi hỏi chi phí cao hơn so với DNA array. Sự khác biệt cớ bản giữa DNA array và protein array được trình bày trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. So sánh giữa DNA chip và protein chip [3]
Đặc điểm DNA Protein
Cấu trúc Giống nhau, xây dựng từ 4 nucleotide
Khác nhau, xây dựng từ 20 amino acid có thể được biến đổi sau dịch mã
Chức năng Khi ở trạng thái biến tính Cần ở cấu trúc 3-D
Bảo quản Có thể bảo quản khô Cần bảo quản ở các điều kiện ‚tự nhiên‛ Lực tương tác Lai (gắn kết) Gắn kết Các khả năng tương tác DNA-DNA DNA-RNA (DNA-protein) (RNA-protein) Protein-protein Protein-peptide Protein-chất gắn kết (ví dụ, kháng thể) Protein-phân tử nhỏ Thụ thể-phối tử Protein-DNA Protein-RNA Sản xuất Nhân bản thông qua PCR
Sản xuất trong E. coli
Protein biểu hiện ở các hệ thống biểu hiện prokaryote và eukaryote khác nhau
Tính tan Có thể tan trong các dung
Chương 2: Đại cương kỹ thuật và ứng dụng của Biochip