Environmental He alth Institute verwendet Genchips zur Bewertung von Chemikalien auf potenzielle Schäden für den Menschen

Environmental He alth Institute verwendet Genchips zur Bewertung von Chemikalien auf potenzielle Schäden für den Menschen
Environmental He alth Institute verwendet Genchips zur Bewertung von Chemikalien auf potenzielle Schäden für den Menschen
Anonim

Das National Institute of Environmental He alth Sciences gab heute (29. Februar) bekannt, dass es in seinen Labors in North Carolina ein Zentrum mit einem Budget von einer halben Million Dollar eingerichtet hat, um bei der Bewertung der Toxizität von Chemikalien zu helfen, indem beobachtet wird, wie sie sich einsch alten " oder "aus" Tausenden verschiedener geklonter Gene, die auf einem Laborobjektträger gehäuft sind.

Die durch die Chemikalien verursachten Veränderungen in der Genexpression werden vom Computer gelesen und angezeigt und erscheinen als Farbpunkte auf dem Computerbildschirm.Möglicherweise könnte das neue NIEHS Microarray Center Sicherheitsinformationen besser und schneller bereitstellen als Tierversuche – und viele von ihnen ersetzen, ergänzen oder verbessern.

"Wir sind sehr optimistisch, was das Potenzial des Zentrums angeht, das Screening von Chemikalien zu revolutionieren", sagte NIEHS-Direktor Kenneth Olden bei der Ankündigung des Zentrums.

Das neue NIEHS Microarray Center nutzt den am NIEHS entwickelten ToxChip, der Kopien oder Klone von etwa 2.000 der 80.000 Gene im menschlichen Körper enthält. Millionen von geklonten Kopien jedes Gens bilden einen fast unsichtbaren Punkt, der – daher der Name – in einem Gittermuster auf dem Objektträger angeordnet ist. Das Zentrum verwendet auch einen noch neueren Mikroarray namens Human ToxChip, der Cluster von jeweils 12.000 verschiedenen geklonten Genen enthält.

Toxische Substanzen erzeugen Veränderungen, die Gene exprimieren oder an- und aussch alten, sagten die Wissenschaftler des Zentrums, und die Chips und die begleitende Computerunterstützung, die zum Lesen der Folien verwendet werden, nutzen diese Verknüpfung.

Zunächst evaluiert das neue Zentrum bekannte Toxine - zum Beispiel Chemikalien, die bekanntermaßen Krebs und/oder Mutationen verursachen -, um eine Bibliothek oder Datenbank aufzubauen, die die typischen genetischen Veränderungen zeigt, die diese bekannten Gifte hervorrufen. Sobald sie „Signatur“-Profile darüber haben, wie bekannte Toxine Gene verändern, können sie andere Chemikalien auf potenzielle Schäden untersuchen, indem sie die von ihnen verursachten Genveränderungen mit denen vergleichen, die von den bekannten Toxinen verursacht werden.

Eine Übereinstimmung zwischen einer Ausdruckssignatur oder einem "An/Aus"-Muster, das von einer unbekannten Verbindung erzeugt wird, und der einer etablierten toxischen Verbindung würde auf eine potenzielle Gefahr in der Testverbindung hinweisen.

NIEHS-Direktor Olden sagte: „Es gibt Tausende von sowohl natürlichen als auch künstlichen Chemikalien in der menschlichen Verwendung und im Handel, die noch nie ausreichend getestet wurden. Wir entwickeln eine Technologie, die ihre Bewertung und Identifizierung erheblich unterstützen wird Die Idee ist einfach: Wenn das ToxChip-Screening zeigt, dass eine Testchemikalie wichtige Genexpressionen auf die gleiche Weise verändert wie ein bekanntes Toxin, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Testchemikalie auch schädlich sein kann."

Zusätzlich zur Einrichtung des neuen Microarray-Zentrums in seinen Labors im Research Triangle Park, N.C., plant NIEHS, anderen Organisationen – einschließlich einiger seiner 20 universitären Umweltgesundheitszentren – beim Aufbau von Microarray-Fähigkeiten und -Fähigkeiten zu helfen. Gastwissenschaftler, darunter mehrere aus dem Ausland, haben bereits Seite an Seite mit den 12 Wissenschaftlern des Zentrums gearbeitet. Eine Mitteilung über die Verfügbarkeit von Zuschüssen finden Sie unter

Obwohl die Entwicklung einer Mikroarray-Fähigkeit derzeit Anlaufkosten von 500.000 US-Dollar erfordern kann, dauern die Screening-Tests, die traditionell an Mäusen und Ratten durchgeführt werden, mehr als zwei Jahre und können 2,5 Millionen US-Dollar pro Substanz kosten. Infolgedessen können jedes Jahr nur etwa 10 der am häufigsten verwendeten Chemikalien vom National Toxicology Program überprüft werden, das seinen Hauptsitz ebenfalls in den Einrichtungen von NIEHS im Research Triangle Park hat, dem Standort von High-Tech-Regierungslabors und Unternehmen zwischen Raleigh, Durham und Chapel Hill, N.C.

NIEHS Microarray Center Co-Direktorin Cynthia Afshari, Ph.D., sagte, dass die Arbeit verspricht, einige der Geheimnisse zu lüften, wie unsere Umwelt unsere Gene verändert, bevor ein chemisches Massenscreening durchgeführt wird. „Aus Sicht der öffentlichen Gesundheit kann es genauso wichtig sein, zu wissen, wie die Umwelt unsere Gene verändert, wie die Funktionen der Gene selbst zu kennen“, sagte Dr. Afshari, „weil wir oft etwas Effektives tun können, um die Umwelt zu verändern oder eine Chemikalie zu ersetzen eine andere in der Industrie, während wir in den meisten Fällen unsere genetische oder zelluläre Reaktion auf diese Wirkstoffe nicht verändern können."

Der ToxChip wurde vom wissenschaftlichen Direktor des NIEHS, J. Carl Barrett, Ph.D., Dr. Afshari, und Postdoktorand Emile F. Nuwaysir am NIEHS im Research Triangle Park, N.C., entwickelt.

Jeff Trent, Ph.D., und Michael Bittner, Ph.D., Pioniere in Microarray-Studien am National Human Genome Research Institute in Bethesda, Md., halfen NIEHS bei der Entwicklung seines toxikologischen Zentrums.

Wissenschaftler, die den ToxChip verwenden, sehen auch ein Potenzial für die Beschleunigung der Arzneimittelforschung, indem die Sicherheitstests beschleunigt werden, die erforderlich sind, bevor potenzielle neue Arzneimittel an Menschen getestet werden.

Im ursprünglichen ToxChip sind die verwendeten Gene geklonte Duplikate der Gene des Menschen. Das Team hat auch zusätzliche Mikroarrays entwickelt, die geklonte Gene von üblichen Versuchstieren und -organismen verwenden – Mäuse, Ratten, Frösche (Xenopus) und Hefe. „Wir erstellen Profile bekannter Toxine unter Verwendung mehrerer oder aller Gene dieser Arten“, sagte Richard S. Paules, Ph.D., Co-Direktor des Zentrums.

Wenn Sie sich einen Objektträger aus Glas genau ansehen würden, der in einen ToxChip umgewandelt wurde, würden Sie ein Raster aus Punkten sehen, die alle wie ein bisschen Staub aussehen. Jeder Punkt ist eine Ansammlung von Millionen geklonter Kopien eines einzelnen Gens und wird von einem Roboter präzise in einem Raster platziert.

Wenn Gene exprimiert oder ein- oder ausgesch altet werden, werden Gen-Botenstoffe – eine Vorlage oder ein Spiegelbild der DNA – namens Boten-RNA hergestellt, um den Willen der DNA auszuführen.Diese können so markiert werden, dass sie entweder rot oder grün erscheinen, wenn sie mit Lasern bestrahlt werden. Diese RNA-Moleküle suchen und verbinden sich mit ihrer DNA-Übereinstimmung auf dem Objektträger und werden von einem Scanner als roter oder grüner Punkt gelesen.

Veränderungen der roten und grünen Punkte nach Kontakt mit Testchemikalien und bekannten Giften werden mithilfe von Computern gelesen und verglichen - ein Vorgang, der dem Lesen von zwei Scannercodes bei einem Supermarktkauf ähnelt und sie dann vergleicht, anstatt sie zu addieren.

Wenn diese übereinstimmen - wenn es beispielsweise eine Ähnlichkeit im Muster der grünen oder roten Flecken gibt - besteht eine gute Chance, dass die neue Substanz auch ein Gift oder Toxin ist und weiter untersucht werden sollte.

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