第五章生物芯片

第五章基因芯片技術生物芯片生物芯片技術是一種高通量檢測技術。

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算機芯片的制備技術，所以稱之為生物芯片技術。生物芯片（biochip）采用原位合成或微量點樣等方法，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，然后與已標記的待測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（CCD）對雜交信號的強度進行快速、并行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數量。

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膚癥：藍色的人，整個十九世紀60年代，一個龐大的“藍人”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，然后與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號的強弱進而判斷樣品中靶分子的數量

DNAMicroarry原理:DNA雜交堿基互補雜交是根據堿基互補的原理。探針分子固定于支持物上固定于支持物上的探針,與標記的樣品進行雜交利用基因探針到基因混合物中識別特定基因。固定于支持物上的探針,與標記樣品的堿基不互補則探針與樣品不能進行雜交通過檢測雜交信號的強度及分布來進行分析從而得到基因的表達水平

正常高表達低表達通過檢測雜交信號的強弱進而判斷樣品中靶分子的數量。DNAmicroarry的優(yōu)缺點優(yōu)點:高效率:同時檢測成千的基因敏感性高方法不復雜缺點:只能應用于DNA和RNA的研究（不能直接檢測蛋白質）假陽性優(yōu)點2、蛋白質芯片蛋白芯片是指將大量蛋白質分子(蛋白質組)按預先設置的排列固定于一種載體表面行成微陣列，然后與要檢測的組織或細胞等進行“雜交”，再通過自動化儀器分析得出結果。這里所指的“雜交”是指蛋白與蛋白之間如(抗體與抗原)在空間構象上能特異性的相互識別。蛋白質組(proteome)是指一個基因，一個細胞或組織所表達的全部蛋白質成分。蛋白質組學研究的是在不同時間和空間發(fā)揮功能的特定蛋白質群體，從而揭示和說明生命活動的基本規(guī)律。生物活性的蛋白質的產生生物活性的蛋白質加工、修飾基因的轉錄表達蛋白質前體2

蛋白質芯片的特點:

①蛋白質芯片是一種高通量的研究方法，能在一次實驗中提供相當大的信息量，使我們能夠全面、準確的研究蛋白表達譜。②蛋白質組芯片的靈敏度高，它可以檢測出蛋白樣品中微量蛋白的存在，

檢測水平已達ng

級。③蛋白質芯片具有高度的準確性。

蛋白質芯片的優(yōu)缺點優(yōu)點:高效率:同時檢測成千個蛋白敏感性高缺點:制作復雜,成本較高現(xiàn)行沒有令人滿意蛋白質表達系統(tǒng)

生物芯片技術：芯片方陣的構建樣品的制備生物分子反應信號的檢測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

生物樣品往往是復雜的生物分子混合體，除少數特殊樣品外，一般不能直接與芯片反應，有時樣品的量很小。所以，必須將樣品進行提取、擴增，獲取其中的蛋白質或DNA、RNA，然后用熒光標記，以提高檢測的靈敏度和使用者的安全性。

3、雜交反應

雜交反應是熒光標記的樣品與芯片上的探針進行的反應產生一系列信息的過程。選擇合適的反應條件能使生物分子間反應處于最佳狀況中，減少生物分子之間的錯配率。

4、信號檢測和結果分析

雜交反應后的芯片上各個反應點的熒光位置、熒光強弱經過芯片掃描儀和相關軟件可以分析圖像，將熒光轉換成數據，即可以獲得有關生物信息?；蛐酒夹g發(fā)展的最終目標是將從樣品制備、雜交反應到信號檢測的整個分析過程集成化以獲得微型全分析系統(tǒng)（micrototalanalyticalsystem）或稱縮微芯片實驗室（laboratoryonachip）。使用縮微芯片實驗室，就可以在一個封閉的系統(tǒng)內以很短的時間完成從原始樣品到獲取所需分析結果的全套操作。

生物芯片的應用

藥物篩選和新藥開發(fā)環(huán)境保護司法現(xiàn)代農業(yè)基因表達水平的檢測尋找新基因測序疾病診斷個體化醫(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、改變人類基因的表達及表達產物的功能而生效，而芯片技術具有高通量、大規(guī)模、平行性地分析基因表達或蛋白質狀況的能力，在藥物篩選方面具有巨大的優(yōu)勢。

2、環(huán)境保護

在環(huán)境保護上，基因芯片可以快速檢測污染微生物或有機化合物對環(huán)境、人體、動植物的污染和危害，同時也能夠通過大規(guī)模的篩選尋找保護基因，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品。

3、司法

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

4、現(xiàn)代農業(yè)

基因芯片技術可以用來篩選農作物的基因突變，并尋找高產量、抗病蟲、抗干旱、抗冷凍的相關基因，也可以用于基因掃描及基因文庫作圖、商品檢驗檢疫等領域。

5、研究領域

包括基因表達檢測、尋找新基因、雜交測序、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測序。芯片技術中雜交測序技術是一種新的高效快速測序方法。如使用美國Affymetrix公司1998年生產出的帶有13.5萬個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。