生物芯片介绍最新更新ppt课件.ppt

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1、基因芯片技术State-of-theart*冯永强*GrahamRamsay,NatureBiotechnology1998,16:40一、基因组序列数据库及分子生物学的研究现状1.人类基因组（测序）计划（Humangenomeproject）的逐步实施，现（1997年底）已完成2%序列及800，000个cDNA片段(EST)的测序工作，预计2005年可全部完成；2.其它生物基因组的测定工作：11种微生物0.6-4.2Mb、大肠杆菌4.6Mb、酵母13Mb全序列，线虫71%、果蝇6%、小鼠0.2%序列得到测定。然而，怎样去研究如此众多基因的生物信息及其在生命过程

2、中所担负的功能，成了全世界生命科学工作者共同的课题！二、分子生物学的发展为核酸序列分析与测定提出的新要求速度快、效率高可同时对大量核酸序列进行检测和分析操作简便、自动化程度更高总体效率较常规杂交方法高三、基因芯片的基本概念及发展经过基因芯片(Genechip)又称DNA芯片（DNAChip）或生物芯片(Biologicalchip，不过该词尚包括肽芯片等其它类型),它是指将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布进而对靶分子的序列和数量进行分析。早在八十年代初有人就曾设想利用计算机半导体技术生产基因芯片以对人类基因组大量

3、的遗传信息进行分析和检查，但直到光引导原位合成(light-directedinsitusynthesis)高密度探针技术和激光共聚焦显微扫描问世之后才使该设想逐步成为现实，并迅速应用到分子生物学的多个领域，得到了科学界的高度重视。四、基因芯片技术与传统杂交检测方式的比较基因芯片技术从本质上说与SouthernBlotting或NorthernBlotting相同（所以Affymetrix曾与Southern就专利问题产生冲突），只是探针密度极高而已。不过，为此花费了大量的人力物力从事研制工作。当然，其结果也很是诱人。五、基因芯片的基本构造1.支持物：如玻片、硅

4、片、NC膜、Nylon膜2.探针：高密度的探针序列按照一定的次序固定在支持物上，每个位点的序列是已知的外观探针支持物剖面图平面局部放大六、基因芯片相关技术硬件：序列合成设备包括：核酸或多肽合成仪（作预合成点样用）、照相平板印刷及半导体制作相应设备（作光引导原位合成）。激光共聚焦显微扫描设备：激光共聚焦显微镜或相应设备，以采集高密度点阵杂交信号并进行数字化处理分析。软件基因序列分析及探针筛选技术（可能涉及专利等产权问题）序列合成及定位技术（光引导原位合成或微量点样技术）杂交信号的采集和分析技术（需要处理极大量的杂交信号并能由此得到所需信息）七、基因芯片当前研究状况

5、现在全世界已有十多家公司专门从事基因芯片的研究和开发工作，而且已有较为成型的产品和设备问世。这些公司主要以美国的Affymetrix公司为代表，该公司聚集有多位计算机、数学和分子生物学专家，其每年的研究经费在一千万美元以上，且已历时六七年之久，拥有多项专利。产品即将或已有部分投放市场，产生的社会效益和经济效益令人瞩目。详情如下表所示：世界十大基因芯片研制单位简要情况一览续表八、基因芯片的主要类型基因芯片以其片基(substrate)的不同可以分为无机片基和有机合成物片基。前者主要包括半导体硅片和玻璃片，其上的探针主要以原位聚合的方法合成，后者主要有特定孔径的硝酸

6、纤维膜和尼龙膜，其上的探针主要是预先合成后通过特殊的微量点样装置或仪器滴加到片基上去（如下表所示）。基因芯片的主要类型及其简要特点不过，也有人(RobertS.Matson)等以聚丙烯膜为支持物用传统的亚磷酰胺固相法原位合成高密度探针序列。九、基因芯片检测原理及简要过程基本过程用生物素标记并经扩增（也可使用其它放大技术）的靶序列或样品然后再与芯片上的大量探针进行杂交用链霉亲和素(streptavidin)偶联的荧光素（常用的荧光素还有lassamine和phycoerythrin）进行显色图象的采集用落射荧光显微镜(epifluorescencemicrosco

7、pe)、激光共聚焦显微镜或其它荧光显微装置对片基扫描由计算机收集荧光信号，并对每个点的荧光强度数字化后进行分析。由于完全正常的Watson-Crick配对双链要比具有错配(mismatch)碱基的双链分子具有较高的热力学稳定性，所以，前者的荧光强度要比后者强出5-35%。从这一点来说，该检测方法是具有一定特异性的，而且荧光信号的强度还与样品中靶分子含量呈一定的线性关系。以下图为例。十、探针的合成与固定光引导原位合成(Lightdirectedinsitusynthesis）光引导聚合技术是照相平板印刷技术(photolithography)与固相合成技术、计算机

8、技术以及分子生物学等多学