生物信息学在基因芯片中的应用N

《生物信息学在基因芯片中的应用N》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章、生物信息学与基因芯片1生物信息学和基因芯片是生命科学研究领域中的两种新方法和新技术，生物信息学与基因芯片密切相关，生物信息学促进了基因芯片的研究与应用，而基因芯片则丰富了生物信息学的研究内容。2第一节概述１、基因芯片简介3（１）基因芯片的基本原理及生物信息学的作用基因芯片（genechip），又称DNA微阵列（microarray），把大量已知DNA或寡核苷酸探针密集排列形成的探针阵列，并将经过标记的若干靶核酸序列（样品）通过与芯片特定位置上的探针杂交，便可根据碱基互补匹配的原理确定样本的基因序列、基因表达信息等。4基因芯片荧光标记的样品共聚焦显微镜获取荧光图象杂交结果分析探针设计杂交

2、5基因芯片技术流程图芯片制作样品的制备显微光蚀刻压电打印分子打印原位合成芯片探针设计与制备支持物预处理探针打印探针固化DNA微集阵列样品核酸的提取与纯化扩增与标记标记样品的纯化杂交及杂交后清洗扫描与分析6根据探针的类型和长度，基因芯片可分为两类。其中一类是较长的DNA探针（100mer）芯片这类芯片的探针往往是PCR的产物，通过点样方法将探针固定在芯片上，主要用于RNA的表达分析。另一类是短的寡核苷酸探针芯片其探针长度为25mer左右，一般通过在片（原位）合成方法得到，这类芯片既可用于RNA的表达监控，也可以用于核酸序列分析。78载体材料要求：①载体表面必须具有可以进行化学反应的活性基团，以

3、便与生物分子进行偶联。②使单位载体上结合的生物分子达到最佳容量。③载体应当是惰性的和有足够的稳定性，包括机械的、物理的和化学的稳定性。惰性:是指载体的其他性能或特异性吸附都不应该干扰生物分子的功能。稳定性:是指在进行分子杂交或结合时，可能遭受一定的压力或酸、碱条件而不发生变化。（2）基因芯片制备9实性材料硅芯片、玻片和瓷片等。膜性材料聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维素膜等。10支持物（载体）的预处理原因：支持物表面上要有一种合适的功能基团以连接探针，并使探针稳定地固定于支持物表面，以防止杂交后清洗时被洗脱。经处理后其表面衍生出氨基、醛基、异硫氰酸基及环氧基团。这些活性基团可与DNA分子中的磷酸基、氨

4、基、羟基等基团形成离子键或共价结合而使打印在上面的DNA牢固地固定在支持物表面。支持物表面经处理后，可减少亲水性探针在其表面的扩散，因而提高了点阵密度。11一是玻片来源方便，经表面处理后可结合多种分子；二是适合光学检测要求。此外玻片还具有其它材料所不能比拟的优点：①玻片是一种耐用的材料，可在高温及用高离子强度溶液清洗；②玻片是非孔性材料，因此杂交体积可以减至最小，从而加快了探针与靶基因片段之间杂交和退火的动力学过程；③玻片的荧光信号本底低，背景干扰小12基因芯片的制备主要有两种基本方法:一是在片合成法:在片合成法是基于组合化学的合成原理,它通过一组定位模板来决定基片表面上不同化学单体的偶联位点

5、和次序。在片合成法制备DNA芯片的关键是高空间分辨率的模板定位技术和固相合成化学技术的精巧结合。13美国Affymetrix公司开发的寡聚核苷酸原位光刻DNA合成技术：采用的技术原理是在合成碱基单体的5’羟基末端连上一个光敏保护基，利用光照射使羟基端脱保护，然后逐个将5’端保护的核苷酸单体连接上去，这个过程反复进行直至合成完毕。此方法的优点是合成循环中探针数目呈指数增长。1415另一种方法是点样法:基因芯片点样法首先按常规方法制备cDNA（或寡核苷酸）探针库，然后通过特殊的针头和微喷头,分别把不同的探针溶液，逐点分配在玻璃、尼龙或者其它固相基底表面上不同位点,并通过物理和化学的结合使探针被固定

6、于芯片的相应位点。16（３）靶基因样品的制备及芯片杂交样品的准备过程包括从组织、细胞中分离纯化核酸样品，以及对待测样品中的靶基因进行特异性扩增。在扩增过程中，将耦联了荧光染料(Cy3、Cy5等)的核苷酸掺入到扩增产物中，对靶基因进行标记。17（４）杂交信号检测经荧光样品杂交后的芯片，荧光信号可经过荧光显微镜、激光共聚焦显微镜或激光扫描仪等进行信号的收集。收集后的信号，经过计算机处理，并与探针阵列的位点进行比较，可得出杂交的检测结果。18基因芯片的特点①微型化和自动化现已出现的芯片面积最大不过525cm２,最小仅有1cm２；每个阵列中阵点样品DNA的用量仅为0.5μg/μL左右；同时杂交和洗片等

7、过程都可实现自动化,工作效率大幅度提高。②高度平行性基因芯片技术是将待研究的基因制作成芯片,并在同一张芯片上同时对实验组和对照组材料进行杂交分析,从而使实验结果具有可比性。③巨大的信息产出率在一张芯片上不仅可以获得组织、细胞、血液等基因表达信号的定性、定量分析，还可实现全局检测静态到动态、时间与空间上的差异及遗传信息。19④高度敏感性和专一性能可靠并准确检测出10pg/μL的DNA样品。⑤高度重复