DNA microarry ها، تکنیک‌هایی بر پایه هیبریداسیون هستند، اما در مقیاسی مینیاتوری اجرا می‌شوند. در نتیجه این کار می‌توان به طور همزمان میلیون‌ها مولکول هدف را آنالیز نمود. تکنولوژی‌های هیبریداسیون microarray در اوایل دهه ۱۹۹۰ توسعه یافتند و امکان انجام همزمان حجم زیادی از واکنش‌ها را در شرایط یکسان پدید آوردند. این تکنیک‌ها در ابتدا به منظور نقشه‌برداری و توالی‌یابی در مقیاس بزرگ به کار می‌رفتند.
مقالات مرتبط:
- هیبریداسیون DNA
- پروب های نوکلئیک اسیدی
- تکنیک FISH
- تکنیک Northern Blotting
بزرگترین محرک پیشرفت تکنولوژی DNA microarray، نیاز به آنالیز همزمان بیان تعداد بسیار زیادی از ژن‌ها بود. با ایجاد کتابخانه‌های cDNA و در دسترس قرار گرفتن تعداد زیادی از کلون‌های cDNA، محققان شروع به طراحی پروژه‌هایی به منظور آنالیز بیان ژن در مقیاس کل ژنوم کردند. برای رسیدن به این هدف، نیاز به استفاده همزمان تعداد فراوانی از پروب‌های اختصاصی ژن بود که امکان هیبریداسیون‌های چندگانه را فراهم می کردند. بعدها، هیبریداسیون microarray، علاوه بر تهیه پروفایل بیان ژن، برای بررسی واریانت‌های DNA نیز به کار برده شد.
هیبریداسیون روی مولکول‌های microarray مشابه سایر فرایندهای هیبریداسیون مانند Southern blotting و Northern blotting است. تمام این تکنیک‌ها وابسته به ماهیت مکمل بودن بازهای اسیدنوکلئیک‌ها می‌باشند. به این معنی که هنگامی که دو رشته مکمل DNA و یا RNA در برابر یکدیگر قرار می‌گیرند، بازهای مکمل به همدیگر متصل خواهند شد. پس در DNA microarrayها نیز هیبریداسیون تحت تاثیر پارامترهای یکسانی در مقایسه با سایر روش‌ها است.
Microarray متشکل از هزاران DNA یا پروب الیگونوکلئوتیدی لیبل‌نشده‌ای است که به یک اسلاید شیشه ای یا هر سطح مناسب دیگری متصل هستند. این اتصال در مختصاتی معین و با فرمت high-density grid انجام می‌گیرد. Microarrayها به دو دسته تقسیم می‌شوند: دسته اول از قطعات cDNA که طولی در حدود ۶۰۰ تا ۲۴۰۰ نوکلئوتید دارند، و دسته دوم از الیگونوکلئوتیدهایی که اندازه‌شان ۲۰ تا ۵۰ نوکلئوتید است، استفاده می‌کنند. طریقه سنتز هر کدام از آن‌ها متفاوت است. هنگام ساخت یک cDNA microarray، هر کدام از انواع پروب باید مستقلا انتخاب و توسط PCR یا کلونینگ سنتز گردند؛ سپس هر کدام از پروب‌ها، روی اسلاید قرار داده می‌شوند. هنگام ساخت microarray الیگونوکلئوتیدی، الیگونوکلئوتیدها مستقیما روی اسلاید سنتز می‌شوند.
نمونه تست، حاوی محلول DNA و یا RNA لیبل‌شده به صورت فلورسنت و دناتوره است و با مولکول‌های پروبی که روی microarray قرار دارند، هیبرید می‌گردد. پس از شست‌وشو و خشک کردن صفحه، لیبل فلورسنت توسط high-resolution laser scanner شناسایی و سیگنال آزادشده از هر نقطه موجود در صفحه، با استفاده از نرم‌افزار تصویربرداری دیجیتال آنالیز و سیگنال به پالتی از رنگ‌ها بسته به شدت تبدیل می‌گردد.
مقدار توالی‌های هدف در نمونه تحت مطالعه با یکدیگر متفاوت است. مقدار DNA هدف اختصاصی متصل‌شده به هر پروب، به تعداد دفعات تکرار آن توالی خاص در نمونه DNA بستگی خواهد داشت. پروبی که اختصاصی توالی هدفی نادر باشد، دارای لیبل فلورسنت کمتری خواهد بود؛ درنتیجه سیگنال‌های هیبریداسیون نیز ضعیف خواهند شد. این در حالی است که جایگاه‌هایی در صفحه که سیگنال فلورست قدرتمندی دارند، نشان‌دهنده پروب‌هایی هستند که به مولکول‌های نوکلئیک اسید فراوانی متصل شده‌اند. بررسی کمی مقادیر لیبل‌های فلورسنت متصل‌شده به تمامی جایگاه‌های روی microarray، داده‌های فراوانی را به دست می‌دهد که نشانه تعداد دفعات تکرار توالی‌های هدف در نمونه مورد نظر هستند.
با اینکه تکنولوژی microarray به تازگی ایجاد شده است، کاربردهای مهم فراوانی پیدا کرده است و تاثیر آن بر آینده تحقیقات بیومدیکال و روش‌های تشخیصی بسیار گسترده خواهد بود. کاربردهای این تکنیک در ۴ گروه قرار می‌گیرند:
۱) مطالعه بیان ژن‌ها و بررسی تمایز بیان در هزاران ژن در مرحله mRNA،
۲) آنالیز واریانت‌های DNA به منظور تشخیص جهش‌ها و SNP typing،
۳) testing for genomic gains and losses by array comparative genomic hybridization (CGH)،
۴) ترکیب دو مورد آخر (SNP-CGH) که امکان تشخیص ناهنجاری‌های ژنتیکی copy-neutral مانند uniparental disomy را فراهم می‌کند.
تهیه پروفایل از رونوشت‌ها، کاربردهای فراوانی خصوصا در مقایسه پروفایل‌های بیان انواع سلول‌های نزدیک به هم، سلول‌های مشابهی که در حضور یا عدم حضور یک جهش بیمار‌ی‌زا با یکدیگر متفاوتند و یا سلول‌های یکسانی که در در محیط‌های متفاوتی قرار گرفته‌اند (مثلا مواجهه با یک داروی خاص)، پیدا کرده است. microarrayهای pathway-specific فراوانی نیز در حال توسعه هستند و قادر به تهیه پروفایل دسته‌ای از ژن‌ها که در مسیر بیولوژیکی یکسانی شرکت می‌کنند، می‌باشند. از کاربردهای تشخیصی در حال توسعه، تهیه پروفایل از رونوشت ژن‌های کلیدی و درنتیجه تهیه اثر انگشت مولکولی به منظور تعیین انواع تومور و grade آن‌ها است. آنالیزهای بزرگ مقیاس واریانت‌های DNA از microarray های حاوی کروموزوم‌های مصنوعی باکتریایی به عنوان پروب هستند که حذف‌ها و مضاعف‌شدن‌های بزرگ subchromosomal را شناسایی می‌کنند.
