基因芯片

基因芯片(Genechip)基因芯片概况概念产生及发展类别原理应用发展与展望定义将大量靶基因片段有序地、高密度地（一般大于400点/平方厘米)排列在玻璃、硅等载体上，称之为基因芯片，也称为基因微矩阵(microarray)。样品核酸分子可以用同位素法、化学荧光法、酶标法标记，与固定在载体上的DNA阵列中的点同时杂交，用激光或CCD摄像头扫描仪读取数据，计算机图像处理系统进行数据分析，以达到其准确、快速、高效和高通量地分析生物基因信息的目的。基因芯片的产生背景•传统技术的不断改进•基因信息分析规模不断扩大-人类基因组计划的需求（HumanGenomeProgram)-后基因组时代的需求多点DotblotSouthernblotNorthernblotDotblot基因芯片1992年世界第一块原位合成基因芯片在美国Affymetrix诞生1995年世界第一块微矩阵基因芯片在Stanford大学实验室诞生--Science.1995,270:467-470基因芯片的历史八十年代末期俄美科学家提出杂交法测序基因芯片的制备方法•原位合成的寡核苷酸点阵•微量点样的寡核苷酸点阵或cDNA点阵•微流路生物分析仪(lab-on-chip)•其他：电子芯片、三维芯片芯片常用制备方法的比较•原位合成–高密度（可达40万点/1.6平方厘米）–25bp–DNA–测序分析，寻找点突变•微量点样（针点、喷墨〕–较高密度（可达10万点/6.5平方厘米）–500~5000bp–DNA、抗体抗原、受体药物等–对比分析基因芯片技术流程制备方法及点样仪器•探针的制备：标记方法•杂交：杂交液、杂交温度、洗涤条件的选择扫描仪:激光CCD分析软件的开发基因芯片的制备杂交检测数据分析一、制备基因芯片1、靶基因的获得细胞或组织mRNAcDNA文库PCR扩增各种基因序列2、芯片基质的选择及活化载玻片表面涂氨基硅烷或多聚赖氨酸3、点样仪点样二、制备样本核酸探针1、样本总RNA的抽提：异硫氰酸胍2、mRNA的分离与纯化：oligo－dT3、反转录并标记随机引物法逆转录标记物：同位素、荧光染料(cy3-绿色/cy5－红色)、化学发光三、杂交实验条件•杂交杂交体积(使核酸浓度增加10万倍）玻片:2-200l滤膜：5-50ml杂交液和杂交液的组份杂交温度、时间•洗涤洗涤液的组成洗涤的温度、时间四、杂交信号的检测1、激光共聚焦扫描光源：特定波长的光激发面积：100m2ScanArray30002、CCD成像术光源：连续波长的光（如弧光灯）激发面积：同时激发多个1cm2五、芯片数据的处理和分析–图像的处理–数据的获取、存储与显示–芯片数据统一化–芯片数据的统计学分析–芯片数据的生物学分析基因芯片芯片测序药物研究基因图绘制农林业表达分析突变检测军事、司法疾病诊断…….…….…….…….基因芯片技术的应用一、芯片测序1，未知序列的DNA与大量的寡核苷酸集合的杂交2，完整的双链体的寡聚物的鉴定与分析3，重建DNA序列一百万个12核苷酸的点阵可测定1000个碱基的序列二、突变检测三、基因图谱绘制已知序列的基因多态性的探测及基因全序列的测定四、大规模基因表达平行性分析测定和识别细胞谱系和组织间有差异表达的基因，以及某项干预前后同一细胞差异表达的基因。四、药物筛选西药中药功能食品•筛选药物作用的靶标•筛选药物的有效成份•筛选药物的毒副作用及致畸致突变作用五、临床实验室诊断(1)高度的灵敏性和准确性(2)快速简便(3)可同时检测多种疾病(4)自动化程度高(5)便于数据综合性分析六、微生物菌种鉴定及致病机制研究•致病微生物毒力基因、抗药基因、致病因子的筛选检测•研究感染微生物基因组，进行菌种鉴定•监测受感染宿主基因表达改变，研究致病微生物致病机制•了解药物对微生物基因表达的影响，研究药物作用机制七、生物芯片在农林业中的应用（1）农业：高产、适应能力强种株的选育（2）林业：抗病虫害、经济价值高林木的选育八、军事、司法方面（1）开发生物战病原体检测系统（2）研制生物战保护剂（3）血型及亲子鉴定（4）DNA指纹分析小结•基因芯片是近年分子生物学研究的热点•应用前景广泛•目前国内刚刚起步•亟待开发分类基因芯片以满足不同研究需要•芯片制备专业化程度高，基因芯片成本高，检测设备较贵，限制了临床大规模使用•完善与基因芯片分析有关的计算机应用软件