基于基因芯片的生物信息學(xué)研究

基于基因芯片的生物信息學(xué)研究第1頁/共19頁生物信息學(xué)

交叉領(lǐng)域一門新興的學(xué)科起源：計(jì)算機(jī)技術(shù)和人類基因組計(jì)劃的發(fā)展學(xué)科組成：傳統(tǒng)意義上的生物信息學(xué)（bioinformatics）：用于建立現(xiàn)代生物學(xué)所需信息系統(tǒng)框架（支持生物學(xué)的信息管理系統(tǒng)、分析工具和通訊網(wǎng)絡(luò)）的研究開發(fā)工作。計(jì)算生物學(xué)（computationalbiology）：旨在理解基本生物學(xué)問題的基于計(jì)算的研究工作。第2頁/共19頁生物信息學(xué)的研究?jī)?nèi)容

生物信息的收集、存儲(chǔ)、管理與提供基因組序列信息的提取和分析功能基因組相關(guān)信息分析生物大分子結(jié)構(gòu)模擬和藥物設(shè)計(jì)生物信息分析的技術(shù)與方法研究應(yīng)用與發(fā)展研究第3頁/共19頁生物信息學(xué)的研究目標(biāo)

揭示“基因組信息結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及遺傳語言的根本規(guī)律”。第4頁/共19頁生物信息技術(shù)的研究方法和工具

兩種研究方法和工具：細(xì)胞蛋白質(zhì)二維凝膠電泳即2-D-gel及相應(yīng)的質(zhì)譜法測(cè)量蛋白質(zhì)分子量生物芯片技術(shù)（Biochip技術(shù)）第5頁/共19頁什么是生物芯片

一塊指甲大?。?cm3）的有多聚賴氨酸包被的硅片或其它固體支持物（如玻璃片、硅片、聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等）。生物芯片通過微加工和微流體系統(tǒng)將生化分析中的樣品制備、生化反應(yīng)、及結(jié)果檢測(cè)有機(jī)地結(jié)合集成在一起。具有高速度、分析自動(dòng)化、及高度并行處理能力。第6頁/共19頁生物芯片的發(fā)展80年代，俄羅斯國(guó)家科學(xué)院恩格爾分子生物學(xué)研究所和美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開始探索生物芯片技術(shù)1989年，在美國(guó)AFFYMETRIX公司誕生了世界上第一塊原位合成基因芯片1992年，斯坦福大學(xué)P.B.Brown實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了世界第一個(gè)微陣列技術(shù)1996年，AFFYMETRIX公司登陸納斯達(dá)克2004年，全球有超過2000家公司和實(shí)驗(yàn)室從事生物芯片相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)第7頁/共19頁生物芯片類型基因芯片蛋白質(zhì)芯片組織芯片細(xì)胞芯片第8頁/共19頁基因芯片及其特點(diǎn)基因芯片是按特定的排列方式固定有大量基因探針（或基因片段）的硅片、玻片、塑料片?；蛐酒奶攸c(diǎn)：技術(shù)操作簡(jiǎn)單自動(dòng)化程高序列數(shù)量大檢測(cè)效率高應(yīng)用范圍廣成本相對(duì)低第9頁/共19頁基因芯片的類型（一）

基因芯片按其材質(zhì)和功能，可以分為一下幾類：元件型微陣列芯片生物電子芯片凝膠元件微陣列芯片藥物控制芯片通道型微陣列芯片毛細(xì)管電泳芯片PCR擴(kuò)增芯片集成DNA分析芯片毛細(xì)管電層析芯片生物傳感芯片光學(xué)纖維陣列芯片白光干涉譜傳感器芯片第10頁/共19頁基因芯片的類型（二）按基因芯片點(diǎn)陣的制備方法，可以分為：原位合成適用于寡核苷酸。根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣序列在每個(gè)位點(diǎn)通過有機(jī)合成的方式直接聚合得到所要求的探針分子。兩種途徑：光刻法：可合成30nt左右，每步縮合率較低為95％左右，產(chǎn)率僅20％，

需要特殊的合成試劑。

壓電打印法：可合成50nt左右，每步縮合率為99％以上，產(chǎn)率可達(dá)74％

不需要特殊的合成試劑。

直接點(diǎn)樣多用于大片段DNA，有時(shí)也用于寡核苷酸，甚至mRNA。將合成好的探針、cDNA、基因組通過特定的高速點(diǎn)樣機(jī)器人直接點(diǎn)在芯片上。優(yōu)點(diǎn)：方法較原位合成簡(jiǎn)單，定量準(zhǔn)確，重現(xiàn)性好，使用壽命命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：噴印的斑點(diǎn)大，探針密度低。第11頁/共19頁基因芯片的類型（三）按基因芯片的支持物，可以分為：薄膜型：如聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等。其點(diǎn)陣通過“點(diǎn)膜”形式制作，并通過一定的方法使探針能夠牢固地結(jié)合在上面。玻片型：其點(diǎn)陣通過原位合成技術(shù)制作，點(diǎn)陣密度很高，必須借助于特殊的儀器對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行解讀和分析。微板型：一種具有高密度、小容量測(cè)試孔的小型酶聯(lián)免疫檢測(cè)板集成電路型

：將雜交技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合于一體有目的地通過電子裝置檢測(cè)或控制DNA等生物大分子的作用過程。第12頁/共19頁基因芯片的應(yīng)用基因表達(dá)檢測(cè)尋找新基因DNA測(cè)序突變體和多態(tài)性的檢測(cè)其它：如藥物篩選、疾病診斷、基因掃描、基因文庫(kù)作圖等第13頁/共19頁基因芯片研制的總體藍(lán)圖

基因組序列分析與待檢基因探針序列的確定檢測(cè)樣品的制備探針陣列的準(zhǔn)備雜交檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析檢測(cè)設(shè)備的研制研制方向的確定第14頁/共19頁基因芯片的相關(guān)技術(shù)合適探針的選擇PCR技術(shù)點(diǎn)樣技術(shù)包被技術(shù)Microarray和Macroarray第15頁/共19頁基因芯片相關(guān)的設(shè)備制作設(shè)備雜交箱洗板機(jī)點(diǎn)樣儀烘箱成像及分析系統(tǒng)原位合成儀分子交聯(lián)儀激光共聚焦掃描儀點(diǎn)樣機(jī)器人玻片掃描設(shè)備第16頁/共19頁基因