Молекулалық биология негіздері

Кіріспе

Молекулалық биология /m//ə/'/l//ɛ//k//j//ʊ//l//ər/ – биологиялық жүйелерді молекулалық деңгейде зерттейтін, биологияның молекулалық негізін түсінуге бағытталған биология саласы. Молекулалық биология жасушалар ішіндегі және жасушааралық биологиялық белсенділіктің, биомолекулалардың синтезі, өзгерістері, механизмдері мен өзара әрекеттесулерінің молекулалық негіздерін анықтауға ұмтылады. Тірі организмдерде жасушалар мен басқа да микроскопиялық құрылымдар 18 ғасырда-ақ байқалғанмен, олардың қызметін реттейтін механизмдер мен өзара әрекеттесулерді толыққанды түсіну 20 ғасырға дейін мүмкін болмады. Бұл физика және химия салаларындағы технологиялар биологиялық ғылымдарда қолдануға жеткілікті деңгейде дамыған кезде іске асты. "Молекулалық биология" терминін алғаш рет 1945 жылы ағылшын физигі Уильям Астбери қолданды, ол оны биологиялық құбылыстардың негізін анықтауға бағытталған тәсіл ретінде сипаттады, яғни биологиялық молекулалардың физикалық және химиялық құрылымын, қасиеттерін, сондай-ақ олардың басқа молекулалармен өзара әрекеттесуін және осы өзара әрекеттесулердің классикалық биологиядағы байқауларды қалай түсіндіретінін анықтауға бағытталған. 1953 жылы Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон, Розалинд Франклин және олардың Кавендиш зертханасындағы Медициналық зерттеулер кеңесінің қызметкерлері дезоксирибонуклеин қышқылының (ДНК) химиялық құрылымы үшін екі спиральды модельді алғаш рет сипаттады. Бұл жаңа ғылым үшін маңызды оқиға саналды, себебі ол бұрынғыда түсініксіз болған ядролық қышқылдардың биологиялық мұрагерлік негізі екенін түсінуге физика-химиялық негіз берді. Олар бұл құрылымды Франклиннің бұрынғы зерттеулеріне сүйене отырып ұсынды, ал осы зерттеулерді оларға Морис Уилкинс пен Макс Перутц жеткізді. Олардың жұмысы басқа микроорганизмдерде, өсімдіктерде және жануарларда ДНК-ның бар екенін анықтауға әкелді. Молекулалық биология саласы ғалымдарға молекулалық процестер туралы білім алуға мүмкіндік беретін әдістерді қамтиды. Бұл әдістер жаңа дәрілерді тиімдірек таңдау, ауруларды диагностикалау және жасуша физиологиясын жақсырақ түсіну үшін қолданылады. Молекулалық биологияның нәтижесінде туындаған кейбір клиникалық зерттеулер мен медициналық емдер гендік терапияға жатады, ал медицинада молекулалық биологияның немесе молекулалық жасуша биологиясының қолданылуы қазірде молекулалық медицина деп аталады.

Branch of biology that studies biological systems at the molecular level

Molecular biology /m//ə/'/l//ɛ//k//j//ʊ//l//ər/ is a branch of biology that seeks to understand the molecular basis of biological activity in and between cells, including biomolecular synthesis, modification, mechanisms, and interactions. Though cells and other microscopic structures had been observed in living organisms as early as the 18th century, a detailed understanding of the mechanisms and interactions governing their behavior did not emerge until the 20th century, when technologies used in physics and chemistry had advanced sufficiently to permit their application in the biological sciences. The term 'molecular biology' was first used in 1945 by the English physicist William Astbury, who described it as an approach focused on discerning the underpinnings of biological phenomena—i. e. uncovering the physical and chemical structures and properties of biological molecules, as well as their interactions with other molecules and how these interactions explain observations of so called classical biology, which instead studies biological processes at larger scales and higher levels of organization. In 1953 Francis Crick, James Watson, Rosalind Franklin, and their colleagues at the Medical Research Council Unit, Cavendish Laboratory, were the first to describe the double helix model for the chemical structure of deoxyribonucleic acid (DNA), which is often considered a landmark event for the nascent field because it provided a physico chemical basis by which to understand the previously nebulous idea of nucleic acids as the primary substance of biological inheritance. They proposed this structure based on previous research done by Franklin, which was conveyed to them by Maurice Wilkins and Max Perutz. Their work led to the discovery of DNA in other microorganisms, plants, and animals. The field of molecular biology includes techniques which enable scientists to learn about molecular processes. These techniques are used to efficiently target new drugs, diagnose disease, and better understand cell physiology. Some clinical research and medical therapies arising from molecular biology are covered under gene therapy, whereas the use of molecular biology or molecular cell biology in medicine is now referred to as molecular medicine.

Молекулалық биология тарихы

Молекулалық биология биохимия және генетиканың тоғысқан жерінде орналасқан; 20-ғасырда осы ғылыми салалар қалыптасып, дамыған кезде, олардың екеуі де тіршілікке қажет жасуша функцияларының молекулалық механизмдерін анықтауға ұмтылғандығы анық болды. Молекулалық биологиядағы жетістіктер жаңа технологияларды әзірлеумен және оларды жетілдірумен тығыз байланысты. Молекулалық биология көптеген ғалымдардың еңбегі арқасында зерттелді, сондықтан осы саланың тарихы осы ғалымдар мен олардың тәжірибелерін түсінуге байланысты. Генетика саласы көбею және мұрагерлік заңдылықтарын, сондай-ақ гендер деп аталатын мұрагерлік бірліктерінің табиғатын түсінуге жасалған әрекеттерден туындады. Грегор Мендель бұл жұмысты 1866 жылы бастады, ол бұршақ өсімдіктеріндегі шағылысуды зерттеу барысында анықтаған мұрагерлік заңдарын тұңғыш рет сипаттады. Генетикалық мұрагерлік заңдарының бірі – сегрегация заңы, онда белгілі бір ген үшін екі аллелі бар диплоидты организмдер осы аллельдердің біреуін өз ұрпақтарына береді. Оның маңызды еңбегіне байланысты генетикалық мұрагерлік зерттеуі Мендель генетикасы деп аталады. Молекулалық биологиядағы маңызды қадам – ДНК құрылымын ашу болды. Бұл жұмысты 1869 жылы швейцариялық биохимик Фридрих Мишер бастады. Ол алғаш рет нуклеин деп аталатын құрылымды ұсынды, қазір біз оны (дезоксирибонуклеин қышқылы) немесе ДНК деп білеміз. Ол іріңді жаралардың құрамын зерттеу және «фосфорлы заттардың» ерекше қасиеттерін байқау арқылы осы ерекше затты ашты. ДНК моделіне үлкен үлес қосқан тағы бір ғалым – Фоб Левен, ол 1919 жылы ашытқыдағы биохимиялық тәжірибелер нәтижесінде ДНК-ның «полинуклеотидтік моделін» ұсынды. 1950 жылы Эрвин Чаргафф Левеннің жұмысын кеңейтіп, нуклеин қышқылдарының бірнеше маңызды қасиеттерін анықтады: біріншіден, нуклеин қышқылдарының тізбегі түрлер арасында өзгереді. Екіншіден, пуриндердің (аденин және гуаниннің) жалпы концентрациясы әрқашан пиримидиндердің (цитозин және тиминнің) жалпы концентрациясына тең болады. Бұл Розалинд Франклиннің рентгендік кристаллографиялық жұмысына негізделген, оны Морис Уилкинс және Макс Перутц оларға жеткізді. Осылайша генетикалық код – үштік код, онда әр үштік (кодон деп аталады) белгілі бір аминқышқылын анықтайды. Сонымен қатар, кодондар ДНК тізбегіндегі белокты кодтайтын тізбекте бірін-бірі жаппай баспайтыны және әр тізбек белгілі бір бастапқы нүктеден оқылатыны көрсетілді. 1962–1964 жылдары бактериялық вирустың шартты өлімге әкелетін мутанттарын қолдану арқылы ДНК репликациясы, ДНК жөндеу, ДНК рекомбинациясы және молекулалық құрылымдарды құрастыру механизмдерінде қолданылатын ақуыздардың функциялары мен өзара әрекеттесуін түсінуде маңызды жетістіктерге қол жеткізілді.

Molecular biology sits at the intersection of biochemistry and genetics; as these scientific disciplines emerged and evolved in the 20th century, it became clear that they both sought to determine the molecular mechanisms which underlie vital cellular functions. Advances in molecular biology have been closely related to the development of new technologies and their optimization. Molecular biology has been elucidated by the work of many scientists, and thus the history of the field depends on an understanding of these scientists and their experiments. The field of genetics arose from attempts to understand the set of rules underlying reproduction and heredity, and the nature of the hypothetical units of heredity known as genes. Gregor Mendel pioneered this work in 1866, when he first described the laws of inheritance he observed in his studies of mating crosses in pea plants. One such law of genetic inheritance is the law of segregation, which states that diploid individuals with two alleles for a particular gene will pass one of these alleles to their offspring. Because of his critical work, the study of genetic inheritance is commonly referred to as Mendelian genetics. A major milestone in molecular biology was the discovery of the structure of DNA. This work began in 1869 by Friedrich Miescher, a Swiss biochemist who first proposed a structure called nuclein, which we now know to be (deoxyribonucleic acid), or DNA. He discovered this unique substance by studying the components of pus filled bandages, and noting the unique properties of the "phosphorus containing substances". Another notable contributor to the DNA model was Phoebus Levene, who proposed the "polynucleotide model" of DNA in 1919 as a result of his biochemical experiments on yeast. In 1950, Erwin Chargaff expanded on the work of Levene and elucidated a few critical properties of nucleic acids: first, the sequence of nucleic acids varies across species. Second, the total concentration of purines (adenine and guanine) is always equal to the total concentration of pyrimidines (cysteine and thymine). based on the X ray crystallography work done by Rosalind Franklin which was conveyed to them by Maurice Wilkins and Max Perutz. Thus the genetic code is a triplet code, where each triplet (called a codon) specifies a particular amino acid. Furthermore, it was shown that the codons do not overlap with each other in the DNA sequence encoding a protein, and that each sequence is read from a fixed starting point. During 1962–1964, through the use of conditional lethal mutants of a bacterial virus, fundamental advances were made in our understanding of the functions and interactions of the proteins employed in the machinery of DNA replication, DNA repair, DNA recombination, and in the assembly of molecular structures.

Гриффиттің эксперименті

1928 жылы Фредерик Гриффит пневмококк бактериясында вируленттілік қасиетін анықтады, ол зертханалық егеуқұйрықтарды өлтіретін. Мендельдің сол кездегі пікірінше, гендердің көшірілуі тек аталық клеткадан қыз клеткаға ғана жүзеге асуы мүмкін еді. Гриффит одан әрі бір ұрпақтың мүшелері арасында гендердің ауысуы горизонтальді гендердің ауысуы (ГГА) деп аталатынын айтты. Бұл құбылыс қазір генетикалық трансформация деп аталады. Гриффиттің тәжірибесі пневмококк бактериясын зерттеді, оның екі түрлі штаммы болды: біреуі вирулентті және тегіс, екіншісі авирулентті және қабыршақты. Тегіс штаммның беті жылтыр болды, себебі оның құрамында глюкоза мен глюкурон қышқылының полимері – полисахаридтің белгілі бір түрі бар. Бактериялардың полисахаридтік қабатының арқасында, жануардың иммундық жүйесі бактерияны тани алмайды және ол жануарды өлтіреді. Екінші, авирулентті, қабыршақты штаммда бұл полисахаридтік капсула жоқ және ол жайсыз, қабыршақты көрінеді. Штаммда капсуланың болуы немесе болмауы генетикалық тұрғыдан анықталады. Тегіс және қабыршақты штаммдар бірнеше түрде кездеседі, мысалы, S I, S II, S III және т.б. және R I, R II, R III және т.б. сәйкесінше. S және R бактерияларының барлық осы субтиптері өндіретін антигендерінің түрімен ерекшеленеді. Қазіргі молекулалық биологтар үнемі арзан бола түсетін және тереңдегі зерттеулерге мүмкіндік беретін геномдық деректерге қол жеткізеді, бұл жаңа модельдік емес организмдерде жаңа генетикалық манипуляция әдістерін әзірлеуге көмектеседі. Сол сияқты, синтетикалық молекулалық биологтар әртүрлі прокариоттық және эукариоттық жасуша желілерінде экзогендік метаболикалық жолдарды енгізу арқылы шағын және макромолекулалардың өнеркәсіптік өндірісін дамытады. Көлденең бағытта геномдық деректерді тізбектеудің құны арзандап, көптеген ғылыми салаларда қолданылады. Бұл дамып келе жатқан елдерде өнеркәсіптің дамуына ықпал етеді және жеке зерттеушілердің қолжетімділігін арттырады. Сонымен қатар, CRISPR Cas9 гендік өңдеу тәжірибелерін жеке адамдар жаңа организмдерде 10 000 доллардан кем қаржымен жоспарлап, жүзеге асыра алады, бұл өнеркәсіптік және медициналық қолдануды дамытуға себін тигізеді.

In 1928, Frederick Griffith, encountered a virulence property in pneumococcus bacteria, which was killing lab rats. According to Mendel, prevalent at that time, gene transfer could occur only from parent to daughter cells only. Griffith advanced another theory, stating that gene transfer occurring in member of same generation is known as horizontal gene transfer (HGT). This phenomenon is now referred to as genetic transformation. Griffith's experiment addressed the pneumococcus bacteria, which had two different strains, one virulent and smooth and one avirulent and rough. The smooth strain had glistering appearance owing to the presence of a type of specific polysaccharide – a polymer of glucose and glucuronic acid capsule. Due to this polysaccharide layer of bacteria, a host's immune system cannot recognize the bacteria and it kills the host. The other, avirulent, rough strain lacks this polysaccharide capsule and has a dull, rough appearance. Presence or absence of capsule in the strain, is known to be genetically determined. Smooth and rough strains occur in several different type such as S I, S II, S III, etc. and R I, R II, R III, etc. respectively. All this subtypes of S and R bacteria differ with each other in antigen type they produce. Molecular biologists today have access to increasingly affordable sequencing data at increasingly higher depths, facilitating the development of novel genetic manipulation methods in new non model organisms. Likewise, synthetic molecular biologists will drive the industrial production of small and macro molecules through the introduction of exogenous metabolic pathways in various prokaryotic and eukaryotic cell lines. Horizontally, sequencing data is becoming more affordable and used in many different scientific fields. This will drive the development of industries in developing nations and increase accessibility to individual researchers. Likewise, CRISPR Cas9 gene editing experiments can now be conceived and implemented by individuals for under $10,000 in novel organisms, which will drive the development of industrial and medical applications.

Басқа биологиялық ғылымдармен байланысы

Келесі тізім молекулалық биология мен басқа да байланысты салалар арасындағы пәраралық қатынастарға қатысты бір көзқарасты сипаттайды. Молекулалық биология – биологиялық құбылыстардың молекулалық негіздерін, молекулалық синтез, модификация, механизмдер мен өзара әрекеттесулерге назар аудара отырып зерттейтін ғылым. Биохимия – тірі организмдерде жүзеке келетін химиялық заттар мен өмірлік процестерді зерттейтін ғылым. Биохимиктер ақуыздар, липидтер, көмірсулар және нуклеин қышқылдары сияқты биомолекулалардың рөліне, функциясына және құрылымына ерекше көңіл бөледі. Генетика – генетикалық айырмашылықтар организмдерге қалай әсер ететінін зерттейтін ғылым. Генетика мутациялардың, жеке гендердің және генетикалық өзара әрекеттесулердің фенотиптің білінуіне қалай ықпал ететінін болжауға тырысады.

Зерттеушілер молекулалық биологияға тән әдістерді қолданғанмен, оларды генетика және биохимия әдістерімен үйлестіру жиі кездеседі. Молекулалық биологияның көп бөлігі сандық сипатқа ие, және соңғы кезде биоинформатика және есептеу биологиясы сияқты компьютерлік ғылым әдістерін пайдалана отырып, маңызды жұмыстар атқарылуда. Геннің құрылымы мен функциясын зерттейтін молекулалық генетика 2000 жылдардың басынан бері молекулалық биологияның ең маңызды салаларының бірі болып табылады. Биологияның басқа салалары да молекулалық биологиядан әсер алады, жасуша биологиясы және даму биологиясы сияқты салаларда молекулалардың өзара әрекеттесуін тікелей зерттеу арқылы немесе популяциялардың немесе түрлердің тарихи ерекшеліктерін анықтау үшін молекулалық әдістерді пайдалану арқылы (эволюциялық биологияның популяциялық генетика және филогенетика сияқты салаларында) жанама түрде. Биофизикада биомолекулаларды "бастауыштан" немесе молекулалық деңгейде зерттеудің ұзақ тарихы бар.

Молекулалық клондау

Молекулалық клондау – қызығушылық тудыратын ДНК тізбегін оқшаулап, одан кейін плазмид векторына ауыстыру үшін қолданылады. Бұл рекомбинантты ДНК технологиясы алғаш рет 1960 жылдары әзірленген. Бұл әдісте қызығушылық тудыратын белокты кодтайтын ДНК тізбегі полимераза тізбектік реакция (ПТР) және/немесе шектеу ферменттерін пайдаланып плазмидке (экспрессиялық вектор) клондалады. Плазмид векторы әдетте кем дегенде 3 ерекше қасиетке ие: репликацияның басталу нүктесі, көптеген клондау орындары (ККО) және таңдау маркері (әдетте антибиотикке төзімділік). Сонымен қатар, ККО-дан жоғарырақ орналасқан промотор аймақтары мен транскрипцияның басталу орны клондалған геннің экспрессиясын реттейді. Бұл плазмидті бактериялық немесе жануарлар жасушаларына енгізуге болады. ДНК-ны бактериялық жасушаларға жалаңаш ДНК-ны сіңіру арқылы трансформациялау, жасуша-жасуша байланысы арқылы конъюгациялау немесе вирус арқылы трансдукциялау арқылы енгізуге болады. ДНК-ны жануарлар жасушалары сияқты эукариот жасушаларына физикалық немесе химиялық әдістермен енгізу трансфекция деп аталады. Трансфекцияның бірнеше әртүрлі техникалары бар, мысалы, кальций фосфаты трансфекциясы, электропорация, микроинъекция және липосома трансфекциясы. Плазмид геномға интеграцияланып, тұрақты трансфекцияға немесе геномнан тәуелсіз қалпында уақытша экспрессияланып, өтпелі трансфекцияға әкелуі мүмкін. Қызығушылық тудыратын белокты кодтайтын ДНК енді жасушаның ішінде және белок экспрессиялануы мүмкін. Белоктың жоғары деңгейде экспрессиясына көмектесетін индукцияланатын промоторлар және нақты жасушалық сигналдық факторлар сияқты әртүрлі жүйелер бар. Содан кейін бактериялық немесе эукариоттық жасушадан үлкен мөлшерде белокты бөліп алуға болады. Белок әртүрлі жағдайларда ферменттік белсенділігіне тексерілуі мүмкін, оның үшіншілік құрылымын зерттеу үшін кристалдануы мүмкін немесе фармацевтикалық өнеркәсіпте белокқа қарсы жаңа препараттардың тиімділігі зерттелуі мүмкін.

Полимеразаның тізбекті реакциясы

Полимеразалық тізбекті реакция (ПЦР) – ДНК-ны көшірудің өте әмбебап әдісі. Қысқаша айтқанда, ПЦР белгілі бір ДНК тізбегін алдын ала белгіленген тәсілдермен көшіруге немесе өзгертуге мүмкіндік береді. Бұл реакция өте қуатты, ал қалыпты жағдайларда бір ДНК молекуласын екі сағаттан кем уақытта 1,07 миллиард молекулаға дейін көбейтуге болады. ПЦР-дың көптеген қолданыс салалары бар, оның ішінде гендік экспрессияны зерттеу, патогенді микроорганизмдерді анықтау, генетикалық мутацияларды анықтау және ДНК-ға мутацияларды енгізу. ПЦР техникасын ДНК молекулаларының ұштарына рестрикциялық ферменттердің участаларын қосуға немесе ДНК-ның нақты негіздерін мутациялауға пайдалануға болады, соңғысы – сайтқа бағытталған мутагенез деп аталатын әдіс. ПЦР белгілі бір ДНК фрагментінің кДНК кітапханасында бар-жоғын анықтау үшін де қолданылады. ПЦР-дың көптеген нұсқалары бар, мысалы, РНК-ны күшейтуге арналған кері транскрипциялы ПЦР (РТ ПЦР) және соңғы кезде ДНК немесе РНК молекулаларын сандық өлшеуге мүмкіндік беретін сандық ПЦР.

Гельдік электрофорез

Гельдік электрофорез – агороза немесе полиакриламид гельді пайдаланып, молекулаларды олардың мөлшері бойынша бөлетін техника. Бұл техника молекулалық биологияның маңызды құралдарының бірі болып табылады. Негізгі принцип – ДНҚ фрагменттерін гель арқылы электр тогын өткізу арқылы бөлуге болады, себебі ДНҚ-ның құрамында теріс зарядталған фосфат топтары бар, сондықтан ДНҚ агороза гель арқылы ток көзінің оң полюсіне қарай жылжиды.

Брэдфорд ақуыздық сынағы

Брэдфорд әдісі – молекулалық биологияның ақуыз молекулаларын Coomassie Brilliant Blue G 250 деп аталатын бояудың ерекше қасиеттерін пайдалана отырып, жылдам және дәл мөлшерлеуге мүмкіндік беретін әдісі. Coomassie Blue ақуызға байланысқанда қызғылт қоңыр түстен жарқын көк түске өзгереді. Coomassie Blue қышқыл ерітіндіде ақуызбен байланысқанда, фондық толқын ұзындығы 595 нм-ге ауысады және бояу жарқын көк түс береді.

Оңтүстік блот

Оның өнертапқышы, биолог Эдвин Саузерннің есімімен аталған, Оңтүстік блоты – ДНК үлгісіндегі белгілі бір ДНК тізбегінің бар-жоғын анықтау әдісі. Рестрикциялық фермент (рестрикциялық эндонуклеаза) арқылы кесу алдында немесе кейін алынған ДНК үлгілері гельдік электрофорезбен бөлінеді, содан кейін капиллярлық әрекет арқылы мембранаға беріледі. Мембрана содан кейін зерттеліп отырған ДНК тізбегіне толыққанды негіздік тізбегі бар белгіленген ДНК зондына ұсынылады. Оңтүстік блоты зертханалық ғылымда ПТР сияқты басқа әдістердің ДНК үлгілерінен нақты ДНК тізбектерін анықтау мүмкіндігіне байланысты жиі қолданылмайды. Дегенмен, бұл блоттар әлі де кейбір қолданыстар үшін қолданылады, мысалы, трансгендік тышқандардағы трансгендік көшірмелер санын өлшеу немесе гендік нокаутты эмбриондық дің жасушаларының штамдарын жасау.

Батыс блот

Вестерн-блот – ақуыздар қоспасынан нақты белгілі бір ақуыздарды анықтауға мүмкіндік беретін әдіс. Вестерн-блоттинг кезінде ақуыздар алдымен SDS-PAGE деп аталатын әдіс арқылы мөлшері бойынша екі шыны тақтаның арасындағы жұқа гельде бөлінеді. Гельдегі ақуыздар поливинилдиен фториді (PVDF), нитроцеллюлоза, нейлон немесе басқа да тасымалдағыш мембранаға көшіріледі. Бұл мембрана антиденелердің ерітінділерімен зондталады. Қызығушылық тудыратын ақуызға арнайы байланысатын антиденелер түрлі әдістер арқылы көрінеді, оның ішінде боялған өнімдер, химилюминесценция немесе авторадиография. Көбінесе антиденелер ферменттермен белгіленеді. Химилюминесцентті субстрат ферментке әсер еткен кезде оны анықтауға болады. Вестерн-блоттинг әдістерін қолдану белгілі бір ақуыздарды анықтау ғана емес, сонымен қатар сандық талдау жүргізуге мүмкіндік береді. Вестерн-блоттингке ұқсас әдістер тірі жасушаларда немесе тіндердің кесінділеріндегі нақты ақуыздарды тікелей бояу үшін қолданылуы мүмкін.

Шығыс блот

Шығыс блоттеу әдісі белоктардың посттрансляциялық модификациясын анықтау үшін қолданылады. PVDF немесе нитроцеллюлоза мембранасына көшірілген белоктар, нақты субстраттарды пайдалану арқылы модификацияларға тексеріледі.

Микромассивтер

ДНК микромассиві – қатты тірекке, мысалы, микроскоптық слайдқа бекітілген нүктелер жиынтығы, әрбір нүктеде бір немесе бірнеше бір тізбекті ДНК олигонуклеотидтік фрагменттері бар. Массивтер бір слайдқа өте кішкентай (100 микрометр диаметрлі) дақтардың көп мөлшерін орналастыруға мүмкіндік береді. Әрбір нүктеде белгілі бір ДНК тізбегімен толық сәйкес келетін ДНК фрагменті болады. Бұл техниканың бір түрі организмнің дамудың нақты бір кезеңіндегі гендік экспрессиясын бағалауға мүмкіндік береді (экспрессиялық профильдеу). Бұл әдісте тіндердегі РНК бөлініп алынып, белгіленген комплементарлы ДНК-ға (кДНК) айналдырылады. Содан кейін бұл кДНК массивтегі фрагменттермен гибридтеледі және гибридтелуді визуализациялау жүзеге асырылады. Фрагменттердің нақты бірдей орналасуымен бірнеше массивтер жасалуы мүмкін болғандықтан, олар екі түрлі тіннің гендік экспрессиясын салыстыру үшін, мысалы, сау және қатерлі тіндерді салыстыру үшін өте пайдалы. Сонымен қатар, қандай гендер экспрессияланатынын және олардың экспрессиясы уақыт өте келе немесе басқа факторлардың әсерінен қалай өзгеретінін өлшеуге болады. Микромассивтерді жасаудың көптеген әртүрлі тәсілдері бар; ең көп қолданылатындары – кремнийлі чиптер, диаметрі шамамен 100 микрометрлік нүктелері бар микроскоптық слайдтар, жеке массивтер және тесікті мембраналарда ірі нүктелері бар массивтер (макромассивтер). Бір массивте 100-ден 10 000-нан астам нүкте болуы мүмкін. Массивтер ДНК-дан басқа молекулалардан да жасалуы мүмкін.

Аллельдік-спецификалық олигонуклеотид

Аллельдік спецификалық олигонуклеотид (АСО) – ПТР немесе гельдік электрофорездің қажеті жоқ, бір негіздік мутацияларды анықтауға мүмкіндік беретін әдіс. Қысқа (20–25 нуклеотид ұзындығындағы), таңбаланған зондтар фрагменттелмеген нысаналық ДНК-ға ұсынылады, зондтардың қысқа ұзындығына байланысты гибридтеу жоғары ерекшелікпен жүзеге асады және тіпті бір негіздік өзгеріс гибридтеуге кедергі келтіреді. Нысаналық ДНК содан кейін жуылады және гибридтелмеген таңбаланған зондтар алынып тасталады. Нысаналық ДНК радиоактивтілік немесе флуоресценция арқылы зондтың болуын анықтау үшін талданады. Бұл тәжірибеде, көптеген молекулалық биологиялық әдістер сияқты, тәжірибе сәтті өтуін қамтамасыз ету үшін бақылау қолданылуы тиіс. Молекулалық биологияда процедуралар мен технологиялар үнемі дамып жатыр, ал ескі технологиялар қолданудан шығарылуда. Мысалы, ДНК гельдік электрофорезінен (агароза немесе полиакриламид) бұрын ДНК молекулаларының мөлшері көбінесе сахароза градиенттеріндегі тұну жылдамдығы арқылы анықталатын, бұл баяу және көп еңбек талап ететін, қымбат құрал-жабдықтарды қажет ететін әдіс болды; сахароза градиенттерінен бұрын вискометрия қолданылған. Тарихи қызығушылығынан бөлек, ескі технология туралы білу пайдалы, өйткені кейде ол жаңа техниканың қолданылуына орайсыз болатын басқа жаңа мәселені шешуге көмектеседі.