GeneChips: En revolutionerende ny teknologi.

Klaus Bendtzen, professor, overlæge dr.med.
Klaus Rieneck, afdelingslæge.
Lone Frier Bovin, cand.polyt.

Genregulation er afgørende for cellers funktioner, idet generne koder for de proteiner, der varetager stofskifte, cellevækst/celledeling og signaludveksling celler imellem. I et væv, som er sæde for en sygelig proces, vil genaktiveringen være ændret i forhold til normaltilstanden. Der er holdepunkter for at komplekse betændelsessygdomme (f.eks. kronisk leddegigt, insulinafhængig sukkersyge, dissemineret sklerose) beror på, at et individ som følge af flere forskellige genetiske faktorer er særlig modtagelig for, eller reagerer abnormt på, en eller flere ydre faktorer (f.eks. infektioner). I disse situationer vil klassisk forskning vanskeligt kunne kortlægge sygdomsmekanismerne, men genteknologien byder nu på meget store muligheder.

GeneChips

Ved produktion af GeneChips kombineres syntese af små stykker DNA (oligonukleotider) med den teknologi (fotolitografi), som anvendes ved fremstilling af mikrochips til computere. Oligonuleotiderne er designet til at indeholde genetisk information fra en lang række forskellige gener, og typisk ca. 20 områder fra samme gen. Mikrochippen kan sammenlignes med et miniaturiseret skakbræt med flere hundrede tusinde felter, hvor en samling ens oligonukleotider er lokaliseret til et enkelt felt; chippen fylder ikke mere end en tommelfingernegl (Figur).

Anvendelse

De såkaldte ekspressionschips kan i dag anvendes til samtidig måling af aktiviteterne af et meget stort antal gener. Endvidere kan de såkaldte SNP chips (single nucleotide polymorphism chips) anvendes til studier af genetisk kobling. En analyse kan forløbe på følgende måde:
Genetisk materiale, f.eks. RNA fra celler i en blod- eller vævsprøve, mærkes med et fluorescerende stof, og RNA-stumperne (proberne) tilsættes derpå til chippen. Proberne bindes nu til det eller de specifikke oligonukleotider på chippen, der har komplementære basesekvenser (se Figuren). De ikke-bundne prober vaskes bort. Med en særlig laserscanner og en computer kan man nu aflæse, hvilke af de på chippen kendte oligonukleotider, der er bundet til de fluorescerende prober. Det er derved muligt at opnå information om aktiviteten af tusindvis af gener samtidig. Man kan også ved brug af andre DNA-chips påvise mutationer i et eller flere gener.

Perspektiver

Mulighederne for anvendelse af GeneChip teknologien er overvældende. Det centrale er, at man på få timer kan undersøge et individs genmasse og måle, hvilke af hans/hendes ca. 35.000 gener, der er aktive i den givne situation, f.eks. i et givet væv eller før/efter en given behandling. Det er således sandsynligt, at en lang række sygdomme kan defineres på baggrund af såvel genetiske risikofaktorer som gen aktiveringsmønstre eller specifikke mutationer. Eventuelle samtidigt forekommende mikroorganismer eller rester af disse kan også påvises ved brug af passende DNA-mikrochips.

Følgende fremtidsscenarie kan hjælpe til at forstå teknikken i praktisk brug:
En patient henvender sig om nogle år med akut hævede og ømme led. GeneChip analyser viser på få timer:
1) Ledvæske fra et afficeret led indeholder gener fra en bakterie, A, der vides at være medvirkende årsag til en særlig type leddegigt X (man har allerede i dag kortlagt alle gener fra adskillige mikrober).
2) Blod og ledvæske viser udover patientens vævstype, at patienten har et aktivt gen, der koder for et specielt signalmolekyle af betydning for betændelsescellers kommunikation. Det aktive gen er af en type, som findes i høj frekvens hos personer med leddegigt type X.
3) Patienten bærer på en særlig variant af et gen, der er af betydning for celledeling generelt, og dette gen er associeret til udvikling af lymfecancer ved leddegigt type X, såfremt bakterie A ikke udryddes.
4) Computeren indeholder information om forskellige kombinationsbehandlinger af alle bakterie A's undertyper. Den oplyser, at patientens vævstype og tilstedeværelsen af en mutation i genet for en betændelsescelleaktiverende faktor gør kombinationsbehandling nr. 3 og 4 særlig effektive. Da patienten imidlertid har en variant af et gen, der disponerer til allergi mod en komponent i behandling nr. 4, anbefaler computeren behandling nr. 3.
Med andre ord, teknologien kan i teorien bidrage til at stille uhyre komplicerede diagnoser med hidtil ukendt præcision, og den kan give væsentlig information om sygdomsforløbet hos den enkelte patient, f.eks. om behandling af en kronisk infektion er gavnlig for sygdomsforløbet. Med de relevante informationer i computeren er vi ikke mere overladt til at "behandle en diagnose" - teknikken kan skræddersy behandlingen til det enkelte individ.