מכון לבריאות הסביבה להשתמש בשבבי גנים כדי להעריך כימיקלים לפגיעה פוטנציאלית בבני אדם

2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47

המכון הלאומי למדעי הבריאות הסביבתית הודיע היום (29 בפברואר) כי הקים מרכז בהיקף של חצי מיליון דולר במעבדות שלו בצפון קרוליינה כדי לעזור להעריך את הרעילות של כימיקלים על ידי התבוננות כיצד הם נדלקים. " או "מבטל" אלפי גנים משובטים שונים שהתקבצו בשקופית מעבדה.

השינויים בביטוי הגנים הנגרמים על ידי הכימיקלים נקראים ומוצגים על ידי המחשב, ומופיעים כנקודות צבע על מסך המחשב.פוטנציאל, המרכז החדש של NIEHS Microarray יכול לספק מידע בטיחותי טוב ומהיר יותר מאשר ניסויים בבעלי חיים - ויחליף, יגדיל או ישפר ברבים מהם.

"אנחנו מאוד שוריים לגבי הפוטנציאל של המרכז לחולל מהפכה בסינון הכימיקלים", אמר מנהל NIEHS קנת' אולדן בהכרזה על המרכז.

מרכז NIEHS Microarray החדש עושה שימוש ב-ToxChip, שפותח ב-NIHS, המכיל עותקים, או שיבוטים, של כ-2,000 מתוך 80,000 הגנים בגוף האדם. מיליוני עותקים משובטים של כל גן יוצרים נקודה כמעט בלתי נראית ש"מסדרת" - ומכאן השם - בתבנית רשת על שקף הזכוכית. המרכז משתמש גם במערך מיקרו חדש עוד יותר, הנקרא Human ToxChip, המכיל אשכולות של כל אחד מ-12,000 גנים משובטים שונים.

חומרים רעילים מייצרים שינויים המבטאים, או מדליקים ומכבים, גנים, אמרו מדעני המרכז, והשבבים ותמיכת המחשב הנלווית המשמשים לקריאת השקופיות, מנצלים את הקישור הזה.

בתחילה המרכז החדש מעריך רעלים ידועים - למשל, כימיקלים הידועים כגורמים לסרטן ו/או מוטציות - כדי לבנות ספרייה או מסד נתונים המציגים את השינויים הגנטיים האופייניים שהרעלים הידועים הללו מייצרים. ברגע שיש להם פרופילים "חתימה" של האופן שבו רעלנים ידועים משנים גנים, אמרו המדענים, הם יכולים להעריך כימיקלים אחרים עבור נזק אפשרי על ידי השוואת השינויים בגנים שהם מייצרים לאלה שנוצרו על ידי הרעלים הידועים.

התאמה בין חתימת ביטוי או תבנית "הדלקה/כיבוי" שנוצרה על ידי תרכובת לא ידועה לבין זו של תרכובת רעילה מבוססת תצביע על סכנה אפשרית בתרכובת הבדיקה.

NIEHS מנהל אולדן אמר, "ישנם אלפי כימיקלים טבעיים ומעשה ידי אדם בשימוש ובמסחר של בני אדם שמעולם לא נבדקו כראוי. אנחנו מפתחים טכנולוגיה שתעזור מאוד בהערכה ובזיהוי שלהם. הרעיון הוא פשוט: אם בדיקת ToxChip מראה שכימיקל בדיקה משנה את ביטויי הגנים העיקריים באותו אופן כמו רעלן ידוע, יש סבירות גבוהה שגם הכימיקל הנבדק עלול להזיק."

בנוסף ליצירת מרכז המיקרו-מערכים החדש במעבדות שלו ב-Reserc Triangle Park, N. C., NIEHS מתכננת לעזור לארגונים אחרים - כולל כמה מ-20 מרכזי הבריאות הסביבתית מבוססי האוניברסיטאות שלה - להקים יכולות ומיומנויות של מיקרו-מערכים. כבר היום עבדו מדענים אורחים, ביניהם כמה מחו"ל, לצד 12 המדענים של המרכז. ניתן למצוא הודעה המאפשרת תמיכה במענקים בכתובת

למרות שפיתוח יכולת מיקרו-מערך עשויה לדרוש כעת עלויות התחלה של 500,000 דולר, בדיקות הסקר המבוצעות באופן מסורתי לעכברים וחולדות דורשות יותר משנתיים ויכולות לעלות 2.5 מיליון דולר לחומר. כתוצאה מכך, רק כ-10 מהכימיקלים הנפוצים ביותר יכולים להיבדק מדי שנה על ידי התוכנית הלאומית לרעילות, שבסיסה גם במתקנים של NIEHS בפארק משולש המחקר, המקום של מעבדות ועסקים ממשלתיים היי-טק בין ראלי, דורהאם ו-Chapel Hill, N. C.

NIEHS Microarray Center, סינתיה אפשרי, Ph. D., אמרה שלפני ביצוע בדיקות כימיות המוניות, העבודה מבטיחה לחשוף כמה מהסודות של האופן שבו הסביבה שלנו משנה את הגנים שלנו. "מנקודת מבט של בריאות הציבור, הידיעה כיצד הסביבה משנה את הגנים שלנו עשויה להיות חשובה כמו הכרת הפונקציות של הגנים עצמם", אמר ד"ר אפשרי, "מכיוון שלעתים קרובות אנו יכולים לעשות משהו יעיל כדי לשנות את הסביבה או להחליף כימיקל אחד בחומר כימי אחד. אחר בתעשייה, בעוד שברוב המקרים איננו יכולים לשנות את התגובה הגנטית או התאית שלנו לגורמים אלה."

The ToxChip פותח על ידי המנהל המדעי של NIEHS, ג'יי קארל בארט, Ph. D., ד"ר אפשרי, והעמית הפוסט-דוקטורט אמיל פ. Nuwaysir, ב-NIHS ב- Research Triangle Park, N. C.

ג'ף טרנט, Ph. D., ומייקל ביטנר, Ph. D., חלוצים במחקרי מיקרו-מערכים במכון הלאומי לחקר הגנום האנושי ב-Bethesda, Md., עזרו ל-NIEHS בפיתוח המרכז שלה המתמקד ברעילות.

מדענים המשתמשים ב-ToxChip רואים גם בו פוטנציאל להאיץ את מחקר התרופות על ידי האצת בדיקות הבטיחות הנחוצות לפני בדיקת תרופות חדשות פוטנציאליות באנשים.

ב-ToxChip המקורי, הגנים שבהם נעשה שימוש הם כפילויות משובלות של גנים של בני אדם. הצוות גם פיתח מיקרו-מערכים נוספים באמצעות גנים משובטים מחיות ניסוי ואורגניזמים נפוצים - עכברים, חולדות, צפרדעים (קסנופוס) ושמרים. "אנחנו יוצרים פרופילים של רעלים ידועים תוך שימוש בכמה או כל הגנים של המינים האלה", אמר מנהל משותף של המרכז, ריצ'רד ס. פאולס, Ph. D..

אם היית מסתכל בזהירות על שקף זכוכית שהפך ל-ToxChip, היית רואה רשת של נקודות, כל אחת נראית כמו מעט אבק. כל נקודה היא מקבץ של מיליוני עותקים משובטים של גן בודד וממוקם במדויק ברשת על ידי רובוט.

כאשר גנים באים לידי ביטוי, או מופעלים או מכבים, שליחי גנים - תבנית או תמונת מראה של ה-DNA - נעשים הנקראים RNA שליח כדי לבצע את רצונו של ה-DNA.ניתן לסמן אותם כך שהם יופיעו באדום או בירוק כאשר מאיר עליהם לייזר. מולקולות RNA אלו מחפשות ומתחברות עם התאמת ה-DNA שלהן בשקופית ונקראות על ידי סורק כנקודה אדומה או ירוקה.

שינויים בנקודות האדומות והירוקות בעקבות חשיפות לחומרי בדיקה ולרעלים ידועים נקראים ומשווים באמצעות מחשבים - תהליך הדומה לקריאת שני קודי סורקים ברכישת סופרמרקט, אך לאחר מכן השוואה ביניהם, במקום חיבורם.

כאשר אלה תואמים - כאשר, נניח, יש דמיון בתבנית של כתמים ירוקים או אדומים - יהיה סיכוי טוב שהחומר החדש הוא גם רעל, או רעלן, ויש לחקור אותו יותר.