Libmonster ID: VN-549
Author(s) of the publication: Andrei MIRZABEKOV

By Andrei MIRZABEKOV, director of the V. A. Engelgardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

The technology of biochips (forerunner of nanotechnologies in biology and medicine) has emerged at the junction of molecular biology, immunology, biochemistry, immunochemistry and other disciplines. Biochips make it possible to analyze a variety of organic samples simultaneously. This new trend in contemporary diagnostic methods has come into use in biology and medicine. It is being used by veterinary doctors and crime detection experts in agriculture, toxicology and ecoactivity as well as in other spheres. Our research institute has pioneered in its development.

Biochips and biological computers developed on their basis enable research scientists to obtain a vast array of unique data. The very idea appeared in 1989 as we, within the framework of the Human Genome Project, got down to deciphering, or, as biologists say, sequencing the DNA structure. Routine methods of decoding- with a genome read letter by letter-proved of little effect. Researchers of our institute suggested a method of genetic information sequencing in whole words. Now, in reading some phrase we find its component words in the dictionary. And a subsequent search for their overlapping (semantic compatibility) allows decoding the sense of the phrase and thus comparing the DNA structure. Such

Pages. 11


Shorthand of biochip manufacture.

was the fundamental principle for the first biochips.

A typical biochip has the form of a small plate made of glass or organic matter. Using high-precision instruments, we mount dozens, hundreds and even thousands of microscopic fragments of DNA, RNA or other biological elements serving as probes; and we do it strictly at fixed distances. Such probes interact with a sample under study by the so-called "key-lock" principle, while an analyzer determines what probes in particular have reacted with the sample. In fact, we have a miniature biocomputer. Yet unlike an electronic microchip working in a binary system and having two basic distances: | 0 >- | 1 >- "Yes"-"No"- biochips perform much better. For instance, a protein microchip can retrieve data from as many as 10 6 options.

Biochips developed by us consist of semispherical gel cells mounted on the hydrophobic* surface of glass. Quite a number of cells can be put onto 1 mm 2 of the surface. Each of them is actually a specialized miniature "test tube" with a probe composed of DNA, RNA, protein, oligonucleotide, receptor, ligand**, etc., essential for carrying out chemical and enzymic reactions with the samples analyzed. These "minitubes", or probes, find themselves in conditions close to their state in solutions, whilst the three-dimensional structure of gel elements provides for the high sensitivity of a signal generated in a specific interaction with the sample. And thus a biochip actually evolves as a microlaboratory which is smaller than a pin-head in size and which makes hundreds or thousands of analyses simultaneously. Due to its high sensitivity, a biochip can detect and analyze as many as 10,000 molecules in a sample measuring a few nanometers. This is significantly above the sensitivity of the conventional diagnostic techniques.

Biochips make it possible to carry out thousands of chemical and enzymatic reactions simultaneously (DNA and RNA hybridization, antigen/antibody interaction, etc.) with the use of a minimum amount of analyzed substance. The result is determined by a pattern of glow in the microchip cells registered by a kit of instruments (videocamera cum computer and special software) designed by our institute in collaboration with the S. I. Vavilov State Optical Institute in St. Petersburg.

Owing to the small size of biochips, the high sensitivity of the videoanalyzer, the low manufacturing and servicing costs of the setup, this technology has a wide range of applications.

Thus, DNA microchips, based as they are on the principle of complementarity (base pairing) of two DNA strands (one is localized on the chip's surface, the other - stained with a luminescent label-is a sample analyzed), allow to identify both the DNA and proteins, study their structure and interaction, and spot changes caused by genetic diseases. One of the first applications of this technology is to control a poliovims used as a live vaccine for poliomyelitis. The thing is that this virus has a high rate of mutation and, therefore, it cannot be administered in some cases. That is why every new batch of polio vaccines has to be checked before use. Our biochips can detect mutants readily and with very high reliability.

Biochips can also diagnose leukosis caused by chromosomal inversions in the cell nuclei of hematopoietic tissue. This method is applied in one of Moscow's child clinics. It can identify the nature of disease and thus enables doctors to choose the most effective treatment strategy.

Tuberculosis has now staged a comeback throughout the world. Every year about thirty million contract this illness, and nearly two million die. What compounds the situation is that several years ago drug-resistant forms of microbacteria appeared. To curb the epidemic it is important to detect pathogens as fast as possible and find to what extent they are "indifferent" to particular drugs. Contemporary medicine, however, has no adequate techniques in its arsenal. The conventional (bacteriological) diagnostic method takes as long as five or six weeks.

We at our research institute have developed biochips for the identifi-


* Hydrophobic, or intolerant of water (water-repellent).- Ed.

** Ligands - in chemical complex compounds, molecules or ions linked directly to the central atom.- Ed.

Pages. 12


The principle of biochip operation.

cation of tuberculosis and its drug-resistant forms. Our technique allows to detect a pathogenic agent in a matter of 6 to 8 hours. Its resistance to medication is assessed thereby, and the very diagnostics can be made in the laboratory of an ordinary hospital or a neighborhood clinic.

Besides, we have developed biochips for the identification of the agents of smallpox, hepatitis, cholera, and AIDS. Other biochips can be helpful in the effective studies of human polymorphism. From a genetic standpoint, individuals differ from one another in that out of 3 billion pairs of nucleotides only 2 to 3 million show distinctions. As to the functional significance, there might be but a few thousand different pairs. We are hoping that a further upgrading of our method will help produce a complete genomic portrait of each and everyone: spot hereditary damages, predisposition to particular diseases, sensitivity to medicines, narcotics, alcohol, and so forth.*

Our research center is also developing techniques for the more effective identification of the infectious agents of anthrax, plague and other diseases from what we might call a "gent's bag" of bioterrorists. There can be no doubt about the need of such studies, especially after the tragedy of 9/11, 2001, in New York City-all the more so that special tests carried out in our country have shown the inadequacy of traditional diagnostic methods. This problem can be resolved with much success only with the use of biochips.

Finally, we have amassed some experience in using cellular biochips for assessing the concentration of carcinogenic substances in food, for monitoring environmental conditions, for protection and prognostication in connection with man's economic activities.

That is why the booming industry of biochips worldwide is no chance phenomenon. Their further miniaturization is much the trend now (over the last decade the average dimensions of biochips fell off from 100 to 5 microns). All that is fully in keeping with Moor's Law** that holds both for electronic and for biological chips alike.

Our estimates show that these diagnostic biochips, if mass-produced, will be nonexpensive. Therefore, should the Russian Academy of Sciences, the Russian Academy of Medical Sciences and organizations that have a stake in the effort join hands in setting up a center for the production and use of biochips, it could supply them at low cost to research laboratories and medical institutions.


See: V. Baranov, "Predisposition Genes, or the Diseases We Take", Science in Russia, No. l, 2003.- Ed.

** According to Moor's Law, the number of transistors in a crystal of one integrated circuit was doubling every year for the first fifteen years as of 1959, and thereafter such kind of doubling has been occurring every eighteen months or so. Simultaneously, in keeping with the exponential law, the characteristic dimensions of integrated circuit elements are down.- Ed.

Interviewed by Igor GORYUNOV.

Illustrations supplied by the author.


© biblio.vn

Permanent link to this publication:

https://biblio.vn/m/articles/view/BIOLOGICAL-MICROCHIPS

Similar publications: LVietnam LWorld Y G


Publisher:

Vietnam OnlineContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://biblio.vn/Libmonster

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Andrei MIRZABEKOV, BIOLOGICAL MICROCHIPS // Hanoi: Vietnam (BIBLIO.VN). Updated: 09.09.2018. URL: https://biblio.vn/m/articles/view/BIOLOGICAL-MICROCHIPS (date of access: 17.03.2026).

Publication author(s) - Andrei MIRZABEKOV:

Andrei MIRZABEKOV → other publications, search: Libmonster VietnamLibmonster WorldGoogleYandex

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Vietnam Online
Hanoi, Vietnam
802 views rating
09.09.2018 (2746 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
Trong bài viết này, sự kiện Roswell được xem xét như một sự kiện đã trở thành nền tảng của ufology hiện đại và các thuyết âm mưu về việc Chính phủ Hoa Kỳ che giấu sự tiếp xúc với các nền văn minh ngoài Trái Đất. Dựa trên phân tích các tài liệu lịch sử, các báo cáo chính thức của lực lượng Không quân và các cuộc điều tra của báo chí, chúng ta tái hiện lại trình tự thực sự của các sự kiện diễn ra vào tháng 7 năm 1947 và sự giai thoại hóa của chúng sau đó. Đặc biệt chú ý đến dự án «Mogul» như nguồn thực sự của các mảnh vỡ được phát hiện, vai trò của các nhà UFO học trong việc xây dựng truyền thuyết, cũng như việc biến một thị trấn nhỏ ở New Mexico thành trung tâm của ngành du lịch toàn cầu dựa trên niềm tin vào người ngoài hành tinh.
21 hours ago · From Vietnam Online
Tại sao Bill Gates ly hôn với vợ?
Catalog: Лайфстайл 
Yesterday · From Vietnam Online
Tại sao Bill Gates ly dị với vợ?
Catalog: Лайфстайл 
2 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này xem xét các mối đe dọa mang tính hệ thống do hoạt động của Palantir Technologies gây ra đối với nhân quyền, tự do dân sự và các thể chế dân chủ trên toàn thế giới. Dựa trên phân tích các báo cáo công khai từ các tổ chức nhân quyền, các vụ kiện, các cuộc điều tra báo chí và các tuyên bố chính thức, bức tranh đa diện về rủi ro liên quan đến việc triển khai công nghệ giám sát hàng loạt và phân tích dữ liệu được tái hiện lại. Đặc biệt chú ý tới ba lĩnh vực chỉ trích chính: đồng lõa với các tội ác chiến tranh của Israel ở Dải Gaza, tạo điều kiện cho trục xuất hàng loạt người di cư tại Hoa Kỳ, và việc xây dựng các hệ thống kiểm soát cảnh sát toàn diện ở châu Âu.
3 days ago · From Vietnam Online
Trong bài viết này chúng ta xem xét những mối đe dọa hệ thống mà hoạt động của công ty Palantir Technologies gây ra đối với nhân quyền, tự do công dân và các thể chế dân chủ trên toàn thế giới. Dựa trên phân tích các báo cáo công khai của các tổ chức nhân quyền, các vụ kiện, các cuộc điều tra của báo chí và các tuyên bố chính thức, chúng ta tái hiện một bức tranh đa diện về các rủi ro liên quan đến việc triển khai các công nghệ giám sát quy mô lớn và phân tích dữ liệu. Đặc biệt chú ý tới ba hướng chỉ trích chính: sự đồng lõa với các tội ác chiến tranh của Israel ở Dải Gaza, sự hỗ trợ cho việc trục xuất hàng loạt người di cư tới Hoa Kỳ và việc xây dựng các hệ thống kiểm soát cảnh sát toàn diện ở châu Âu.
4 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này xem xét sự tham gia của người sáng lập Microsoft, Bill Gates, vào vụ bê bối xoay quanh việc công bố cái được gọi là 'Epstein Files' — một kho tài liệu lên tới hàng triệu trang tiết lộ các mối liên hệ của kẻ phạm tội tình dục Jeffrey Epstein với giới thượng lưu toàn cầu. Dựa trên phân tích các tuyên bố công khai, các tài liệu bị rò rỉ và phản ứng của các bên liên quan, chuỗi sự kiện được tái hiện: từ sự giới thiệu của Gates với Epstein cho đến những thú nhận bắt buộc của tỷ phú về các mối quan hệ cá nhân và âm mưu tống tiền. Đặc biệt chú ý được dành cho cơ chế sử dụng thông tin gây hại, phản ứng của người vợ cũ Melinda French Gates, và hậu quả đối với danh tiếng của một trong những người giàu có nhất hành tinh.
Catalog: Этика 
5 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này trình bày một hướng dẫn toàn diện về cách chọn lốp ô tô, dựa trên phân tích thông số kỹ thuật, yêu cầu vận hành và xu hướng hiện tại trong ngành công nghiệp lốp. Các tham số chính ảnh hưởng đến an toàn và thoải mái khi lái xe được xem xét: tính mùa vụ, kích thước, chỉ số tải trọng và tốc độ, mẫu rãnh lốp và vật liệu. Đặc biệt chú ý đến việc giải mã các ký hiệu trên lốp, phân tích so sánh giữa các lốp thuộc các mức giá khác nhau, và các khuyến nghị thực tế cho vận hành và bảo quản.
6 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này trình bày một phân tích toàn diện về hoàn cảnh liên quan đến cái chết của tất cả các tổng thống Hoa Kỳ đã từ trần. Dựa trên các tài liệu lịch sử, báo cáo y khoa và đánh giá của các chuyên gia, trình tự thời gian và nguyên nhân tử vong của các nguyên thủ quốc gia Mỹ được tái dựng. Đặc biệt chú ý đến tám tổng thống chết khi đang nắm quyền, trong đó bốn người bị ám sát và bốn người chết vì các nguyên nhân tự nhiên. Phân tích thống kê bao gồm tử vong tự nhiên, các vụ ám sát, bệnh tật bị che giấu khỏi công chúng, cũng như những sự trùng hợp lịch sử độc đáo liên quan đến các ngày mất của các tổng thống.
6 days ago · From Vietnam Online
Trong bài viết này, đã trình bày một phân tích đầy đủ về hoàn cảnh cái chết của tất cả các tổng thống Hoa Kỳ đã khuất. Dựa trên các tài liệu lịch sử, kết luận y khoa và đánh giá của các chuyên gia, trình tự thời gian và nguyên nhân cái chết của các nhà lãnh đạo nước Mỹ được tái dựng. Đề cao đặc biệt là tám tổng thống đã qua đời khi đang tại chức, trong đó có bốn người bị giết bởi tay sát nhân và bốn người chết vì nguyên nhân tự nhiên. Phân tích thống kê bao gồm tử vong tự nhiên, giết người, các bệnh tật bị che giấu khỏi công chúng, cũng như các trùng hợp lịch sử độc đáo liên quan đến ngày mất của các tổng thống.
7 days ago · From Vietnam Online
Bài viết này xem xét một tình huống giả thuyết về một cuộc chiến hạt nhân quy mô lớn và đánh giá tiềm năng sống sót của các nước khác nhau trong điều kiện thảm họa toàn cầu. Dựa trên phân tích các nghiên cứu khoa học và đánh giá của các chuyên gia, các yếu tố chính quyết định khả năng chịu đựng của một quốc gia và dân số của nó trước một cuộc xung đột hạt nhân và mùa đông hạt nhân sau đó được tái hiện. Đặc biệt chú ý tới kết luận của các nhà nghiên cứu rằng chỉ có một số nước hữu hạn, chủ yếu nằm ở bán cầu Nam, có điều kiện cần thiết để duy trì sản xuất nông nghiệp và sự ổn định xã hội trong giai đoạn hậu tận thế.
Catalog: История 
7 days ago · From Vietnam Online

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

BIBLIO.VN - Vietnam Digital Library

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

BIOLOGICAL MICROCHIPS
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: VN LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Vietnam Digital Library ® All rights reserved.
2023-2026, BIBLIO.VN is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Vietnam


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android