Биотехнология

Аурулардың көбісі протеиннің өзгеруінен пайда болуы мүмкін. 
Мысалы, ДНҚ-дагы генетикалық мутация протеиннің дұрыс өндел- 
меуіне алып келеді. Мәселен, бұл орақ тәріздес қан аздықта бола­
ды.  Гемоглобин  протеині  қызыл  қан  денешіктерін  орақ  тәрізді 
пішінге айналдырады. Аминқышқылының дұрыс қүралмауы гемо- 
глобиннің бұрыстығына әкеледі. Протеиндер өзгерісті қажет етіп, 
қан  тромбосын  түзейді.  Трансляциядан  кейінгі  дұрыс  болмауы 
протеиннің дұрыс емес қызмет атқаруына екінші себеп туғызады. 
Мысалы, прионалық аурулар ерекше ақуыз молекуласының кеңіс- 
тік құрылымының өзгеру нәтижесінде дамиды. Ауру адамда гемо­
глобин молекуласының  /? -полипептидтік тізбегін кодтайтын генде 
бір кодондагы нүктелік өзгерісі болады. Бұл өзгерістің нәтижесінде 
сау адамның гемоглобин (НЬА) молекуласының 
Ц 
-тізбегіндегі 
6
- 
ші орында«ы глутамин қышқьшы валин қалдыгына ауысады. Соны­
мен, ауырган адамның гемоглобин молекуласының (НЪ
8
) сау адам- 
ньщ гемоглобинінен (НЪА-дан) бір айырмашылыгы табылган, теріс 
зарядталган глутамин қышқылының орньгада бейтарап валин түра- 
ды.  Мутантты  геніне  (
8
)  байланысты  гомозиготты  адамдарда (
8
/
8
)  эритроциттердің пішіні орақ тәрізді, мұның себебі гемоглобин 
молекуласының  өзгерген  кеңістік  құрылымы  болады.  Мутантты 
гемоглобин оттегі молекуласының  тасымалдаушысы ретінде тиім- 
ді  кызметті  атқара  алмайды,  сондықтан  ауру  адамда  өте  қатал 
анемия дамиды.
Протеиннің тагы бір кемшілігі -  полиморфизм.  Бұл ДНҚ-ның 
вариациясы, тірі  организмдердің бір-бірінен ажырауын  жасайды. 
Белоктардың  өзара  өзгеруін  бақылауга  және  аурулармен  байла- 
нысын байқауга болады. Осы бағытта протеомика сағіасында дәрі- 
дәрмектер  жасалады.  Он  жыл  бұрын  жаңадан  геннің  инвентари- 
зациясын  зерттеп,  қазір  ақуызды талдауды  ете  аламыз.  Қазір тек 
болган жағдайды біліп қана емес, модифицирленген (өзгеріленген) 
және фосфорилденген,  гликолизирленген ақуыздардың талдауын
жасай аламыз. Ең басты жетістігіміз патологиялык өзгерген ұлпа-
ның белогының диспропорциясын көре аламыз.  Протеомдық тал­
дауды  мынандай  жолмен  жүргізеді:  бірінші  кезең  -  
екі  өліиемді 
электрофорез,
  екінші  кезең  — 
талдау.
  Патологиялық  өзгерген 
ұлпаларда  белок  құрамы  көбейеді,  ал  басқаларында  кішірейеді. 
Үшінші  кезең  — 
масс-спектроскопия
,  осының  көмегімен  бело- 
ктың аягы болатынын оқу. Сол арқылы оларды бөлмей-ак глюкоза- 
ның  түнбасын,  белок  молекуласындағы  фосфор  кышқылын,  бе­
лок қоспаларын білуге болады.
167
V

Биологиялық  макромолекуларының  (ақуыздардың,  нуклеин 
қышқылдарының) және олардың кешендерінің атомдық деңгейін- 
де  кеңістік  құрылымын  анықтау  үшін  негізгі  әдістері  рентгенқү- 
рылымдық  талдау  және  ядролық-магниттік  резонанс  талдау  бо­
лып табылады.  Ренгенқүрылымдық тадцау  мынадай  кезеңдерден
түрады: 
■
 
;
1
) ақуызды клондау, бөліп алу және тазалау (сүйық хромотог- 
рафия, аффиндік хроматография және гель-фильтрация, ионалма- 
су хроматография арқылы ақуыздардың таза фракцияларды алу);
2
) таза ақуыздың кристалдарын алу (бүл күрделі кезең ерекше 
жағдайларды қажет етеді,  әсіресе асқын  гравитацияны және сал- 
мақсыздық жағдайды (ғарыштадағы сияқты жағдай);
3)  компьютерлік  арнайы  бағдарламаларды  қолданып  ақуыз 
кұрылымын  анықтау.
Рентгенқүрылымдық талдау рентген сәулелері ақуыз кристал- 
дарынан откеннен кейін дифракциялық суреттің түзілуіне негіздел- 
ген.  Рентгенограммаларды молекуланың үш өлшемді қүрылымы- 
на  айналдыру  үшін  компьютерлік  багдамаларды  пайдаланады. 
Компьютерлік кеңестік модель бойынша зертгелген ақуыздьщ кон- 
формацияны  нормадагы  ақуыздың  конформациясымен  саласты- 
рады.  Патологиялық (ауру) жагдайда ақуыздың кеңестік конфор- 
мациясы озгіріледі.  Ақуыздың компьютерлік кеңестік модель ар- 
кылы ондірілген жаңа дәрілік препараттардың эсер ету механизмді 
болжап анықтауга болады. Ядролық-магниттік резонанстық спек­
троскопия  кішігірім  молекулалардың  қүрылымына  талдау  жүр- 
гізгенде пайдаланылады. Қиын кристалданатын акуыздардың кен- 
істік  қүрылымын  зерттегенде,  ЯМР-спектроскопия  ең  қолайлы 
әдіс.  ЯМР  ақуыздардан  басқа  молекулаларды  зерттеу  үшін  кең
паидаланылады,  мысалы,  гликозилденген  акуыздардың  коміртек 
бүтақтарын  ЯМР  көмегімен  зерттейді.
Бақылау  сурақтары:
\Ь
1 
1
.  Биотехнологияны  медицинада  пайдалану  жолдары  қандай?
{53  2. Моноклонды антиденелерді практикалық мәселелерін шешу үшін 
пайдалану  жолдары  қандай?
|£д  3.  Қандай  биотехнологиялық әдістер  арқылы  алынган дәрі-дәрмек 
препараттарды білесіз?
|£3> 4.  Бағаналы  жасушаларды  медицинада  қалай  пайдаланады?
Ів
 5.  «Адам геномы» жобасының мәні  неде?
(С*> 
6
.  Гендік  терапия  дегеніміз  не?
168

3.5.  Клеткалық  биотехнологияньщ  болашағы
және  даму  бағыттары
3.5.1.  Биоэлектроника  және  бионанотехнология
Биотехнологияньщ дамып бара жатқан бағыты -  
биоэлектро­
ника
 
-  биологиялық организмдердін құрылымдарымен және элек- 
тронды  құрылымдарымен тыгыз  байланысты.  Оларга:  биология- 
льщ  сенсорлар  (биосенсор),  биологиялық  микрочиптер  (биочип- 
тер), биотестгер жатады. Соңгы жылдары қол жетімділігі мен бірге 
жеткілікті дәрежеде сезімталдыгымен бірге және талғампаздылы- 
гымен  сипатгалатын  талдаулардың  экспресеті  әдістерін  дайын- 
дауга аса көңіл бөлінуде.  Мұндай  аналитикалық құрылғылардың 
көлемдерін  ықшамдау  мүмкіндігі  үлкен  қызыгушылық  танытып 
огыр. Аталган қасиеттерге ие аналитикалық жүйелердің анагүрлым 
жарқын өкілдері  болып  биосенсорлар табылады.
«Биосенсор»
 
деген  терминді  айқындайтын  компонентгің  бо- 
луын тікелей қоятын биологиялық материал: ферменттер, үлпалар, 
бактериялар,  ашытқы, антигендер/антиденелер, липосомалар,  ор- 
ганеллалар, рецепторлар, ДНК бар сезімталдық қабат. Бүл компо- 
ненттің  шогырлануымен  функционалды  байланысты  дабылды 
шыгаратын қүрылгыны түсіну қажет. Ягни биосенсордагы сезім- 
талдық  қабат  анықталатын  компонентке  тікелей  жауап  қайтара- 
тын  және  осы  компоненттің  концентрациясымен  функциясымен 
байланысатын  сигналды  шыгарады.  Конструкциялык түрде  био­
сенсор  бір-бірімен  тыгыз  байланыстағы  екі  биохимиялық  және 
физикалық түрлендіргіш немесе трансдьюсерден түратын  қүрам- 
дас  қүрылгы.  Биохимиялық  бөлігі  биологиялық  элементті  анық- 
тайды, байланысады, ал физикалык бөлімі арнайы қондырғы арқы- 
лы бүл қасиетті, белгіні тіркейді. Қондыргыда әртүрлі  қасиеттері 
бар биоматериалдың болуы қажетті,  күрделі байланыстарды өзге 
қосымша  манипуляциясыз  анықтауга  мүмкіндік  береді.  Қазіргі 
уақытта биосенсорлардың бірнеше түрлері бар. Бүл —
 
хеми- және
биолюминисценция  негізіндегі  ферменттік  электродтар,  фер- 
менттік микрокалориметрлік  датчиктер  және  биодатчиктер. 
Кез-келген биосенсор екі  функционалды элементтерден:  әр түрлі 
биологиялық  қүрылымдармен  байланысқан  биоселективті  мемб- 
ранадан  және  де  концентрациялық  сигналды  электр  сигналына 
айналдыратын  физикалык  трансформатордан  (трансдьюсерден) 
түрады. Биоқүралдардагы қолданылатын биоэлементтердің негізгі
169
\

типтері:  биомолекулалар,  ферменттер,  рецепторлар,  макромоле- 
кулярлы кешен, жасушалық элементтер, жасуша мен ұлпа.  Физи- 
калық трансдьюсерлердің алуан түрі кездеседі: электрохимиялық, 
спектроскопиялық, термикалық, пьезоэлектрикалық, акустикалық 
толқын  бетіндегі  трансдьюсерлер  т.с.с.  Қазіргі  кезде  электрохи- 
миялық  трансдьюсерлер  кең  таралған.  Олардың  бірі  беткі  қаба- 
тында  биоматериалы  бар  электродта  потенциалды  синтездейді, 
ал енді бірі анықталатын заттың электрод бетіндегі биоматериал- 
дан туындаған өнім жасалу реакциясының электр тогын  береді.
Биосенсорлардың  бірнеше  артықшылықтары  бар:  1)  биосен- 
сорлар  арқылы  күрделі  қоспаларда  белгілі  бір  химиялық  заттың 
бар  жоғын  арнайы  оңцеусіз  анықтауға  болады; 
2
)  биосенсорлар 
оте сезімтал болып келеді, сол себепті тіпті оте томен концентра- 
цияны  кішкене  колемде  анықтай  алады;  3)  олар  жылдам  жауап 
қайтарады;  4)  қолануда  қауіпсіз;  5)  көлемі  өте  кішкене  болуы 
мүмкін; 
6
) биосенсорлар кең көлемде өндіріске жарамды.
Биосенсорың  жұмыс  істеу  үдерісі:
1.  Биоэлементтің  мультикомпонентті  ортадан  өзіне  ғана  спе- 
цификалық затты  «тануы»  өтеді;
2. Биохимиялық реакцияның сигналы электрлік сигнал ға айна-
лады; 
іііь д о д е г д о г о т   ш гдока
3.  Трансдьюсерден  келген  ақпарат  өңцеліп  жазылады,  соны­
мен  3  кезеңен түрады.
Биосенсордың  талдау  жүмыс  істеу  барысын  ұлпалық  және 
жасушалық биосенсорлардың мысалында қарастырамыз. Ұлпалар 
мен жасушалар тиімді материал болып табылады. Көбінде тәжіри- 
беде микроорганизмдерді, осімдіктердің, жануарлардьщ, адамның 
жасушалары  қолданылады.  Ферменттерге  Караганда  жасушалар 
мен үлпалар қымбат тазалау сатыларын қажет етпейді. Иммобил- 
деу тәсілдері арқылы жұмыс істеу кезінде жасушалар мен үлпалар 
өздерінде ферменттер 
100
% белсенділігі мен үзақ уақыт функцио- 
налды  қасиеттеріне  ие  болады.  Үлпалар  қажетті  қүрылымдарды 
сақтайды және жогары төзімділік көрсетеді.  Бүл коп сатылы үде- 
рістер мен күрделі реакциаларды откізуге мүмкіндік береді. ¥лпа- 
лық және клеткалық биосенсорларды жасау үшін әртүрлі физика- 
лык трансдьюсерлерді қолданады. ЬАР
8
 жүйесінің негізінде жеке 
жасушалардың  физиологиялық  жағдайын  аңдауға  болатын  аса 
сезімтал жүйе. Ұлпалық электродтарда бүйрек кесіндісі мен шошқа 
бүйрегі,  сары  асқабақ кескіні,  банан және т.б.  қолданылады.  Жа­
сушалар мен үлпаларды иммобилдеу үшін синтетикалық полимер-
170

лерге  қосу  тәсілдері  жетілуде.  Жасушаларды  криоиммобилдеу
тәсшінің  паидалануынан  аса қызықты және  перспективп  нәтиже- 
лер  алынуда.  Криоиммобилдену  процедурасы  жасуша  суспензия- 
сын  алу  сатыларынан  тұрады:  полимер  ерітіндісінде,  криоқүры- 
лымды  гельдерді  суспензияны  қатыру  арқылы  алу,  70-80°С  дейін 
төзімді,  механикалық  тұрақты,  көпіршікті  материал  түзе  отырып 
қайта еріту.  Осы  секілді  көпіршікті  материалға қосылған жасуша­
лар көпке дейін өз белсенділігі мен жұмыс істеу қабілетін бірнеше 
айға дейін сақтайды.  Электродтармен байланысқан тірі жасушалар 
(мысалы,  ашытқы,  бактериялар)  Ь-аминқышқылы,  спирт,  фенол, 
метан, әртүрлі қанттар, сірке кышқылдары және антибиотиктердің 
концентрациясьш  өлшеуге  қолданылады.  Бұл  биосенсорлардьщ 
негізгі кемшіліктерінің бірі қалың мембрананың пайдалану қажет- 
тілігіне байланысты  электродтьщ баяу жауап  беретіндігінде, және 
клеткадағы мен үлпадағы  ферментті  жүйелердің болуымен  байла­
нысты селективтілігі салыстыра қарағанда төмен болады.
Биохимиялық  элементтердін  ішінде  ең  көп  қолданылатыны 
фермент болып табылады. Ферменттік биосенсор (биочип) негізгі 
болып табылады.  Ферментативті реакцияның қасиеті  ферменттің 
табиғатына, оның каталитикалық әсеріне байланысты. Биосенсор- 
ды қүрастыру барысында ферменттің әсерінің үзақтығын көбейту 
басты  мәселе  болып  табылады.  Сондықтан  ферментті  иммобил- 
деу керек. Иммобилдеудің барысында арнайы реагенттер (силика­
гель, көмір, целлюлоза) арқылы ферментті адсорбенттің беткі жа- 
ғына бекітеді. Содан фермент бекітіледі, ол қозғалмайтын болған- 
дьщтан, биоқабықтан шайылып кетпейді, ал ферменттің каталити- 
калық  әсері  сақталады.  Мысалы,  глюкозомер  аспап  арқылы  қан 
қүрамындағы  қант  мөлшерін  анықтай  аламыз.  Бүл  қүрал  қант 
диабетін емдеу мен диагностика жасауға қажет. Осы биосенсордың 
(биочиптің)  биологиялық  компоненті  ретінде  -   иммобилденген 
фермент  глюкозоксидаза,  ал  физикалық  трансдьюсер  ретінде  -  
Кларк  электроды  болып  келеді.  Платиналық  катодтағы  оттегінің 
тотықсыздану/-тоғы  оттегі  концентрациясына  тура  пропорцио- 
налды  келеді.  Анықталатын  сүйықтықта (қан  плазмасьгада)  суб­
страт бар болса,  онда ферментативті реакция  оттегінің мөлшерін 
күрт төмендетеді. Осылай, оттегінің тотықсыздану/-тоғы субстрат- 
тьщ  концентрациясына сай  пропорционалды түрде  азаяды,  яғни:
Глюкоза + О, —IГлюкон қышқылы + Н
2
0
2
Биологиялық микрочиптер  —
  әртүрлі  биохимиялық  талдау-
171

ларды  жүргізу  үшін  қолданылатын  кішкентай  қүрылғылар.  Бүл 
талданатын  нүсқалар  қүрамындағы  кез  келген  заттармен  өзара 
әрекеттесе  алатын  реакцияға  қабілетгі  агенттері  -   жиі  салынған 
микропластинкалар. Оларда талданатьга ерітпелерде бар заттардың 
молекулаларын іріктеп байланыстыратын функционапдық жағдай- 
дағы  биологиялық  белсенді  макромолекулалар  химиялық  байла- 
нысқан. Биочиптің негізі ондаған көзбен әрең көрінетін әрқайсы- 
сының диаметрі 
100
  микронная  кем,  жартылай  сфералық  гидро- 
гендік үяшықтар салынған үлкен емес әйнектен жасалған пластинка 
(
41-сурет
).  Биочипке  шамалы  түрде  ерітінді  тамызса  -   санаулы 
сағаттарда  немесе  тіпті  бірнеше  минуттардан  соң  онда  қандай 
вирус,  бактерия,  сондай-ақ  қандай  ДНҚ фрагментінің  бар  екенін 
көрсетеді.  Бүл  әдіс  практикалық  қолданыста  қолдануға  дайьга  -  
яғни дәріге түрақты болатын туберкулез, микробтарды, вирустық 
инфекцияларды тіркейтін, анықтайтын диагностику мдар жасалады. 
Ең  бастысы  медицинада  биочиптерді  лейкомия  мен  рак  аурула- 
рының  түрлерін  анықтауда  қолданады.
Молекулалық  технология  институтының  галымдары  әртүрлі 
заттарды  жылдам  және  өте  нақты  айқындауга мүмкіндік  беретін 
биочиптер -  тест-жүйелерді  ойлап  шыгарды.  Кейбір  аурулардың 
бастапқы кезеңдерінде ақуыз қатарында аздаган озгерістер болып
41-сурет.
  Биочип -  он  шақты  жай  көзбен  көрінбейтін  диаметрі 
100
 микрон болатын жартылай сфералы  гидрогелді  үяшықтар
енгізілген  шагын  шыны  пластинка
172

жатады. Жаңа ғылым -  протеомика -  ақуыздарды зерттеуге, олар- 
дың тірі организмдердегі синтезіне, олардың өзара әрекеттесуіне 
және  күрделі  қатынастарға  арналған.  Ресейлік  және  француз 
ғалымдары ақуыздарда өзгерістерді табуға және талдауға қабілетгі
• 
• 
мш*
 • 
^
аппаратураны
орналасу
ын  анықтайды.  Бұл  бағыт  биохимиялық үдерістер  жасушада  қү- 
рылған  және  олар  ферменттер,  рецепторлар  және  т.б.  белсенді
байланыстарды  тандау аркылы  жасалады.
Ақуыз-ақуыз байланысын  анықтау үшін  ашытқының екі  гиб-
ридті  жүйесін  қолданады.  Бүл әдіс  акуыз — ақуыз,  ақуыз — ДНҚ> 
ақуыз  -   РНҚ  байланыстарын  анықтайды.  Ғалымдар  протеомика 
саласында ақуыздардың өндірілуін және олардың денедегі ақуыз- 
дардың  ауысуын  декомпозициясын,  сондай-ақ  организмде  син- 
тезделуінен  кейінгі  ақуыздардың  қалай  модификацияланатьшын 
зерттейді.  Тірі  жасушаларда  ақуыз  молекуласының  түзілуі  екі 
негізгі үдерістен: 
1
) полипептидтік тізбегінің синтезінен; 
2
) поли- 
пептидтік  тізбегінің  үш  өлшемді  нативті  қүрылымына  бүктелуі- 
нен (яғни, фолдинг үдерісінен) қүрьшады. Фолдинг үдерісті зерт- 
теу  нәтижесінде  ақуыз  молекуласының  агрегациясына  немесе 
ақуыз  молекуласының  кеністік  қүрылымының  өзгеруіне  себеп 
болатын мутациялар кейбір ауруларға,  мысалы Альцгеймер* құр,- 
қүлақ,  сиырдың  күтыруы,  прионалық  аурулар  және  тағы  басқа
ауруларға  шалдықтыратыны  анықталды.
Бүгінгі  нарықтағы  фармакалогиялық  заттардың  тоқсан  бес 
ызы  шютеиннің  әсеріне  мақсатталған.  «Тһеппо  Ғіппі§ап»
(АҚШ)
ды  жасайды.  Бүл  компания  хроматография,  масс  спектрометрия 
және багдарламалык өнімдерді  шыгарумен  катар осы  багытта өз 
күштерін  шығарып  жаца  күралдар  шығарумен  айналысуда.  Мы-
салы
әзірлеуде түр.  Ақуыздык микрочиптерді жасау үлкен  инвестици- 
яларды тартады.  «Сірһещеп  Іпс»  компаниясы  ең танымал  ақуыз-
графиялық
спектрометрлік
күрылғы жасап шығарды (Ргоіеіп Сһір Зузіеш).  Бұл жүйе күрделі 
биологиялық ортадағы патологиялык жағдайдағы биомаркерлсрді 
іздейді.  Бірінші  топ -  ДНҚ чиптерінің миниатюралар  күрылымы 
жасалып, моноклонды антиденелер немесе олардың аналогы мар- 
кеплеоге  микооөріс  қүруға  қолданылады.  Бүл  күралдар  гендер
173

мен оның өнімдерінщ өзара жщішке реттеуін  зерттеу үшін  моле- 
кулалық  биологияның  іргелі  міндеттердің  бірі  болып  табылды.
Голландиялық  фирма  «Сіаисиз  Ргоіеотісз»  осы  тармақта  лидер 
болып  табылады.  Қазіргі  күні  сатылымда  цитокинді,  күйзелісті 
қоздыратын  ақуызды  анықтайтын  ақуыздық  чип  бар.  Екінші  топ
-  
іп  \ііго
-да  трансляция  арқылы  ақуыз-ақуыз  байланысы  және 
фазаға  азықты  жағу.  РІ
8
А  (Ргоіеіп  Іп 
8
і
1
у  Аггау)  трансляцияның 
жасуша жүйесін және ПТР -  азықты қолдану арқылы ақуыздарды 
тасымалдайды.  Ақуыздық  чипті  шығаратын  тағы  бір  компания 
«\¥ІТА  Ргоіеотісз».  Жасушалық дақылға  токсиндік  (улы)  әсерді 
анықтайтын 2Д-электрофорезді қолданады, ақуыздық биочип өте
қарқынды  дамып,  медициналық  диагностикада  және  жаңа  дәрі- 
дәрмектерге  қолдануда.
Соңғы жылдары ДНК технологияларының-чиптердің дамуымен 
қатты  жазықтарда айқын  молекулалардың селективтік  сорбция 
үдерістері,  детекцияның  физикалық  әдістерін  қолданатын  ДНК- 
сенсорлар деп аталатын чиптері кеңінен қолданьша бастады. ДНК- 
сенсор  жоғары  сезімді,  шағын  көлемді,  кіші  көлемде  өлшеудің 
байланыссыз  әдісін  іске  асырады  және  орындауда  арзан  болуы 
мүмкін. 
I
Қазіргі  уақытта  әртүрлі  фирмалардың  бағдарламалық  қамта- 
масыз  етуімен  нейлондық  мембраналар  — микроорганизмдердің, 
өсімдіктердің, сүтқоректілердің және адамның гендерімен сүзгіш- 
терге  негізделетін  ДНК-микрочиптерге  қол  жеткізілді.  Биочипті 
дайындау  әдістері  әр  түрлі  болады.  Биочип  шығарудан  ең үлкен 
фирма  АШтеІгіх  (АҚШ,  Калифорния  штаты).  Олар  биочиптерді 
электр чиптерін  шығару тәсілі арқьшы шығарады. 
А^ітеігіх
 чип- 
тері шыны пластинканың өзінен арнайы микромасса қолдану арқы- 
лы фитолитография әдісімен шығарылады. Осы аталған әдістерді 
электронды микроскопты қолдану үлкен жетістіктерге қол жеткіз- 
ДІ- Бір чиптің өзінде бірнеше микрон болатын ондаған мың дақтар 
орналасқан. Әр бір дақ-ерекше ДНҚ-ның фрагменті. Оның үзынды- 
ғы  ондаған  нуклеотидтерден  түрады.  ДНК  немесе  олигонуклео- 
тидті биочиптің негізі -  комплементарлы аденин (А) және тимин 
(Т) немесе гуанин (О) және цитозинмен (С) екі тізбектік байланыс- 
тарында жасалған. Егер бір тізбектегі ДНК негіздері екінші тізбек- 
ке комплементарлы болса, дуплекс деген екі тізбекті спираль түзі- 
леді.  Бірақ, дуплексте бір дүрыс емес жүп болса, яғни 0 - 0  болса, 
бүл дуплекстің түзшуін тоқтатады. Егер микрочиптің бір элементі- 
не  спецификалық  бір  тізбекті  ДНК-ны  немесе  олигонуклеотидті
174

иммобилдесек  флюоресциентті  бояулармен  боялған  ДНК  фраг- 
менттерімен косқанда өзіндік әрекеттесу пайда болады. Биочиптің 
берілген олигонуклеотидтік элементі тек қана бір комплементар- 
лы  тізбекті  байланыстырады,  нәтижесінде  флюоресциентті  жа- 
рық шығару биочиптің тек осы комплементарлы бөлімінде байка- 
лады.  Осылайша,  биочиптің бір  элементі триллион  вариантының 
ішінен бір ғана тандау жасайды.  Ол электронды чиптің элементі- 
нен әлдеқайда артық, яғни электронды чипте екі түрлі жауап бар- 
«Иә»  және  «Жоқ»  (42
-сурет).
Олигонуклеотидті микрочиптер оннан мьщдаған гендерді және 
қүрылымдық  талдауын  анықтауға,  спецификалық  нуклеотидтік
нуклеотидтщ
идентификаци
гендердщ
амплификациясы қажег болады. ДНҚ-ның амплификациясының
полимеразалық
талдау жүргізуге
ларьшың бірден миллионға дейін экспоненциалды көбеюі жүреді.
Биосенсорлар  клиникалық  диагностикада  кең  қолданылады. 
Биосенсорлар  арқылы  диагноз  қою  қателіктері  томендейді  және 
қаржы  аз  кетеді.  Мысалы,  ферментаттік  биосенсорлар  адамның
Комплементарлы емес болғанда 
қара
дақ белгілі болады
Комплементарлы болса  ақшыл дақ белгілі
оолады
Флуоресцентгі затпен белгіленген ДНҚ-ның  гиоридизациясы
Биочипта орналаскан иммобилденген олигонуклеотидтік зонд
42-сурет.
  ДНҚ-чиптің  (олигонуклеотидті  чип)  жүмыс  барысы
принципі
175

биологиялық сұйықтықтарындағы метаболиттерді, дәрілерді және 
гормондарды  автомотизацияланған  талдау  үшін  пайдаланылады. 
Жаңа сенсор аурудың молекулалық-биомаркерлерін анықтау үшін 
қолдануға  болады,  яғни  дәрігерлерге  зертханалық  зерттеусіз-ақ 
ауруды  емдеудің  тез  және  дүрыс  шешімін  табуға  көмектеседі. 
Мысалы, Менно Принс және оның әріптестерімен жасалған қүрыл- 
ғының негізінде иммуноферментгік талдау жатыр, яғни бұл әдісте 
аналиттың молекуларын анықтау үшін антиденелер (иммуноглобу- 
линдер) қолданады. Иммунологиялық талдау үшін қолданылатын 
сүйық үлгілерді, яғни сілекей мен қан сарысуын алдын ала өңдеу- 
ден  өткізу  керек,  бүл  аналиттың  көп  қажет  етеді.  Ал  Принстың 
қүрылғысы  аналитті  көп  қажет етпейді,  сондықтан  бүл  әдіс  био- 
логиялық  үлгілердегі  керекті  заттарды  табу  жүмысын  оңайлата- 
ды.  Принс  тобының  зерттеушілері  магнитті  нанобөлшектің  беті- 
не  антиденені  жапсырды,  осыдан  кейін  нанобөлшектерді  сүйық 
үлгілерге  және  арзан  картриджге  салған.  Үстіңгі  және  астыңғы 
беті электромагнитпен жабдықталған картридж негізі сезімталды- 
ғымен  айқындалады.  Нанобөлшектер  сүйықтағы  антиденелердің 
сәйкес  молекулаларымен  байланысады.  Бүдан  кейін төменгі  бет- 
тегі электромагниттер көмегімен бөлшектер сенсорлық бетке жа- 
қындайды, бүл жерде тек аналит бөлшегінің коньюгаты ғана бай­
ланысады.  Жоғарғы  беті  байланысқаннан  кейін  байланыспаған 
нанобөлшектер жойылады,  осы жоюлудан кейін жарықтың қарқ- 
ындылығы негізінде концентрация өлшемі зерттеледі.
Соңғы онжылдықта нанобөлшектерді (нанотехнологияньщ ны- 
сыналардың  бірі)  медицинада  кең  қолданатын  болды.  Әсерісе, 
нанобөлшектер көмегімен жасалатын диагностикалық жүйелерді, 
нанодәрілерді,  медициналық  нанороботтарды,  медициналық  на- 
номатериалдарды бионаномедицинада (нанотехнологияның сала- 
сы) қолданылады. Негізінде 
бионанотехнология
 наноғылымымен 
тығыз  байланысты 

жүктеу/скачать 16,47 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: