第五章生物芯片

第五章基因芯片技術(shù)生物芯片生物芯片技術(shù)是一種高通量檢測(cè)技術(shù)。

通常我們所說的生物芯片是將含不同生物信息的生物分子集成到一塊芯片上,用以同時(shí)分析多種生物分子的信息。由于常用玻片/硅片作為固相支持物，且在制備過程模擬計(jì)算機(jī)芯片的制備技術(shù)，所以稱之為生物芯片技術(shù)。生物芯片（biochip）采用原位合成或微量點(diǎn)樣等方法，將大量生物大分子比如核酸片段、多肽等等生物樣品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝膠、尼龍膜等載體）的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標(biāo)記的待測(cè)生物樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器比如激光共聚焦掃描或電荷偶聯(lián)攝影像機(jī)（CCD）對(duì)雜交信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行快速、并行、高效地檢測(cè)分析，從而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。

人類染色體人有多少基因?Fruitfly:13,000genes Human:28,000genes.Thesurprisinglysmallnumberofgenesinthehumangenome(~100,000expected;<30,000identified)wasamajorsurprisefromtheproject.HumanBeingsare99.99%thesameMillionsofdifferencesbetweenofus這二人的基因有什么不一樣?先天愚型也稱21三體綜合征(47XX+21)或Down綜合征（唐氏綜合征），屬常染色體畸變遺傳病藍(lán)膚癥：藍(lán)色的人，整個(gè)十九世紀(jì)60年代，一個(gè)龐大的“藍(lán)人”家族居住在肯德基州山上，緊挨著克里克聯(lián)盟的印第安人。Anenzymecalled“NADHdiaphorase,”(輔酶Ⅰ脫氫酶)。Thisenzymerepairshemoglobinthathasbeendamagedbyoxidization.Humansinwhomthisgeneisdefectivecannotmaketheenzyme,andaccumulatedamagedhemoglobin,whichisblue.Asaresult,theirskinappearsblue.什么使他們倆不一樣什么使他成這樣

1、基因芯片(Genechip)又稱DNA芯片(DNAChip)。將寡核苷酸分子固定于支持物上，然后與標(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交，通過檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)而判斷樣品中靶分子的數(shù)量

DNAMicroarry原理:DNA雜交堿基互補(bǔ)雜交是根據(jù)堿基互補(bǔ)的原理。探針分子固定于支持物上固定于支持物上的探針,與標(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交利用基因探針到基因混合物中識(shí)別特定基因。固定于支持物上的探針,與標(biāo)記樣品的堿基不互補(bǔ)則探針與樣品不能進(jìn)行雜交通過檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)度及分布來進(jìn)行分析從而得到基因的表達(dá)水平

正常高表達(dá)低表達(dá)通過檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。DNAmicroarry的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):高效率:同時(shí)檢測(cè)成千的基因敏感性高方法不復(fù)雜缺點(diǎn):只能應(yīng)用于DNA和RNA的研究（不能直接檢測(cè)蛋白質(zhì)）假陽性優(yōu)點(diǎn)2、蛋白質(zhì)芯片蛋白芯片是指將大量蛋白質(zhì)分子(蛋白質(zhì)組)按預(yù)先設(shè)置的排列固定于一種載體表面行成微陣列，然后與要檢測(cè)的組織或細(xì)胞等進(jìn)行“雜交”，再通過自動(dòng)化儀器分析得出結(jié)果。這里所指的“雜交”是指蛋白與蛋白之間如(抗體與抗原)在空間構(gòu)象上能特異性的相互識(shí)別。蛋白質(zhì)組(proteome)是指一個(gè)基因，一個(gè)細(xì)胞或組織所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)成分。蛋白質(zhì)組學(xué)研究的是在不同時(shí)間和空間發(fā)揮功能的特定蛋白質(zhì)群體，從而揭示和說明生命活動(dòng)的基本規(guī)律。生物活性的蛋白質(zhì)的產(chǎn)生生物活性的蛋白質(zhì)加工、修飾基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)蛋白質(zhì)前體2

蛋白質(zhì)芯片的特點(diǎn):

①蛋白質(zhì)芯片是一種高通量的研究方法，能在一次實(shí)驗(yàn)中提供相當(dāng)大的信息量，使我們能夠全面、準(zhǔn)確的研究蛋白表達(dá)譜。②蛋白質(zhì)組芯片的靈敏度高，它可以檢測(cè)出蛋白樣品中微量蛋白的存在，

檢測(cè)水平已達(dá)ng

級(jí)。③蛋白質(zhì)芯片具有高度的準(zhǔn)確性。

蛋白質(zhì)芯片的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):高效率:同時(shí)檢測(cè)成千個(gè)蛋白敏感性高缺點(diǎn):制作復(fù)雜,成本較高現(xiàn)行沒有令人滿意蛋白質(zhì)表達(dá)系統(tǒng)

生物芯片技術(shù)：芯片方陣的構(gòu)建樣品的制備生物分子反應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)1、芯片制備

目前制備芯片主要以玻璃片或硅片為載體，采用原位合成和微矩陣的方法將寡核苷酸片段或cDNA作為探針按順序排列在載體上。

2、樣品制備

生物樣品往往是復(fù)雜的生物分子混合體，除少數(shù)特殊樣品外，一般不能直接與芯片反應(yīng)，有時(shí)樣品的量很小。所以，必須將樣品進(jìn)行提取、擴(kuò)增，獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA，然后用熒光標(biāo)記，以提高檢測(cè)的靈敏度和使用者的安全性。

3、雜交反應(yīng)

雜交反應(yīng)是熒光標(biāo)記的樣品與芯片上的探針進(jìn)行的反應(yīng)產(chǎn)生一系列信息的過程。選擇合適的反應(yīng)條件能使生物分子間反應(yīng)處于最佳狀況中，減少生物分子之間的錯(cuò)配率。

4、信號(hào)檢測(cè)和結(jié)果分析

雜交反應(yīng)后的芯片上各個(gè)反應(yīng)點(diǎn)的熒光位置、熒光強(qiáng)弱經(jīng)過芯片掃描儀和相關(guān)軟件可以分析圖像，將熒光轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，即可以獲得有關(guān)生物信息?；蛐酒夹g(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)是將從樣品制備、雜交反應(yīng)到信號(hào)檢測(cè)的整個(gè)分析過程集成化以獲得微型全分析系統(tǒng)（micrototalanalyticalsystem）或稱縮微芯片實(shí)驗(yàn)室（laboratoryonachip）。使用縮微芯片實(shí)驗(yàn)室，就可以在一個(gè)封閉的系統(tǒng)內(nèi)以很短的時(shí)間完成從原始樣品到獲取所需分析結(jié)果的全套操作。

生物芯片的應(yīng)用

藥物篩選和新藥開發(fā)環(huán)境保護(hù)司法現(xiàn)代農(nóng)業(yè)基因表達(dá)水平的檢測(cè)尋找新基因測(cè)序疾病診斷個(gè)體化醫(yī)療1、藥物篩選和新藥開發(fā)

由于所有藥物都是直接或間接地通過修飾、改變?nèi)祟惢虻谋磉_(dá)及表達(dá)產(chǎn)物的功能而生效，而芯片技術(shù)具有高通量、大規(guī)模、平行性地分析基因表達(dá)或蛋白質(zhì)狀況的能力，在藥物篩選方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

2、環(huán)境保護(hù)

在環(huán)境保護(hù)上，基因芯片可以快速檢測(cè)污染微生物或有機(jī)化合物對(duì)環(huán)境、人體、動(dòng)植物的污染和危害，同時(shí)也能夠通過大規(guī)模的篩選尋找保護(hù)基因，制備防治危害的基因工程藥品、或能夠治理污染源的基因產(chǎn)品。

3、司法

通過DNA指紋對(duì)比來鑒定罪犯，未來可以建立全國甚至全世界的DNA指紋庫，到那時(shí)以直接在犯罪現(xiàn)場(chǎng)對(duì)可能是疑犯留下來的頭發(fā)、唾液、血液、精液等進(jìn)行分析，并立刻與DNA罪犯指紋庫系統(tǒng)存儲(chǔ)的DNA“指紋”進(jìn)行比較，以盡快、準(zhǔn)確的破案。

4、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

基因芯片技術(shù)可以用來篩選農(nóng)作物的基因突變，并尋找高產(chǎn)量、抗病蟲、抗干旱、抗冷凍的相關(guān)基因，也可以用于基因掃描及基因文庫作圖、商品檢驗(yàn)檢疫等領(lǐng)域。

5、研究領(lǐng)域

包括基因表達(dá)檢測(cè)、尋找新基因、雜交測(cè)序、基因突變和多態(tài)性分析以及基因文庫作圖以及等方面。

6)DNA測(cè)序。芯片技術(shù)中雜交測(cè)序技術(shù)是一種新的高效快速測(cè)序方法。如使用美國Affymetrix公司1998年生產(chǎn)出的帶有13.5萬個(gè)基因探針的芯片就可以使人類DNA解碼速度提高了25倍。

7)尋找新基因。