基因芯片技術(shù)簡(jiǎn)介.ppt

1、馮永強(qiáng)，基因芯片技術(shù)簡(jiǎn)介，第一，基因分析芯片發(fā)展的動(dòng)力，基因信息的快速增長(zhǎng)隨著人類基因組計(jì)劃的逐步實(shí)施和分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)科的快速發(fā)展，越來(lái)越多的動(dòng)物、植物和微生物基因組序列被確定，基因序列數(shù)據(jù)正以前所未有的速度快速增長(zhǎng)。然而，如何研究如此多的基因在生命過(guò)程中的功能已經(jīng)成為全世界生命科學(xué)家的共同話題。因此，建立新的雜交和測(cè)序方法來(lái)高效、快速地檢測(cè)和分析大量的遺傳信息就顯得尤為重要。相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的高度發(fā)展和相互滲透是基因信息大規(guī)模分析的基礎(chǔ)。然而，實(shí)驗(yàn)室基因芯片的產(chǎn)業(yè)化直接得益于探針固相原位合成技術(shù)和照相平版印刷技術(shù)的有機(jī)結(jié)合以及激光共聚焦顯微技術(shù)的引入。它使得合成和固定數(shù)以萬(wàn)計(jì)的高密度探針分子

2、成為可能，并且使得借助激光共聚焦顯微掃描技術(shù)實(shí)時(shí)、靈敏和準(zhǔn)確地檢測(cè)和分析雜交信號(hào)成為可能。隨著科學(xué)的發(fā)展和人類的進(jìn)步，需要對(duì)基因信息進(jìn)行大規(guī)模分析。鑒于基因芯片的多種用途及其廣闊的發(fā)展前景，許多生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和生物技術(shù)公司相繼參與了這項(xiàng)技術(shù)的研究。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前僅在中國(guó)就有十多家單位從事這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)，估計(jì)世界上至少有二三十家。它已經(jīng)像半導(dǎo)體技術(shù)一樣成為一個(gè)重要的工業(yè)方向。目前，它已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷和基因組學(xué)研究。2.基因分析芯片1簡(jiǎn)介。什么是基因芯片基因芯片是指同時(shí)處理和分析成千上萬(wàn)個(gè)基因片段的技術(shù)，如生物技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。這種技術(shù)意味著大量探針分子固定在支持

3、物上并與標(biāo)記的樣品分子雜交，樣品分子的數(shù)量和序列信息通過(guò)檢測(cè)每個(gè)探針分子的雜交信號(hào)強(qiáng)度獲得。2.基因芯片技術(shù)的主要特點(diǎn)：技術(shù)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，序列數(shù)量多，檢測(cè)效率高，應(yīng)用范圍廣，成本相對(duì)較低；3.由于信號(hào)采集和解釋的普遍性，這里不介紹基因芯片的主要類型。晶格的制備方法主要有兩種：原位合成法和“點(diǎn)膜法”。原位合成是指根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的晶格序列通過(guò)有機(jī)合成在每個(gè)位點(diǎn)直接聚合，以獲得所需的探針分子。聚合后，芯片基板的制作完成。有兩種方法：光導(dǎo)向原位聚合技術(shù)和壓電印刷原位合成技術(shù)。光導(dǎo)原位聚合技術(shù)的簡(jiǎn)要過(guò)程如下：首先，將載體羥基化，用光敏保護(hù)基團(tuán)保護(hù)，并選擇合適的掩膜使待聚合部分透明，而其它部分不透

4、明。這樣，光通過(guò)遮光膜照射在載體上，并且光接收部分的羥基被去保護(hù)，然后與單體分子共價(jià)鍵合。由于合成中使用的單體分子的一端通過(guò)傳統(tǒng)的固相合成方法活化，另一端受到光敏保護(hù)基團(tuán)的保護(hù)，反應(yīng)后偶聯(lián)部分仍然具有光敏保護(hù)基團(tuán)。因此，通過(guò)控制遮光膜(透明和不透明)的圖案來(lái)確定哪些區(qū)域應(yīng)該被活化、所用單體的類型和反應(yīng)順序，可以在未確定的位置合成大量具有預(yù)定序列的低聚物。優(yōu)點(diǎn)：合成效率高，點(diǎn)陣密度高，設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，反應(yīng)收率低。壓電打印原位聚合技術(shù)與普通彩色噴墨打印機(jī)沒有什么不同，所使用的技術(shù)也是常規(guī)的固相合成方法。也就是說(shuō)，墨盒中的墨水被四種堿合成試劑所代替，并且在支架被涂覆之后，計(jì)算機(jī)控制噴墨打印機(jī)將特

5、定種類的試劑噴射到其上洗滌、脫保護(hù)、偶聯(lián)等與一般固相原位合成技術(shù)相同。通過(guò)類比，可以合成長(zhǎng)度為40至50個(gè)堿基的探針。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備便宜，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，反應(yīng)收率高。缺點(diǎn)：晶格密度低，容易產(chǎn)生交叉污染?！包c(diǎn)膜”式合成是由傳統(tǒng)的DNA固相合成儀完成的，但合成后，用特殊的自動(dòng)微量點(diǎn)樣裝置以較高的密度涂在硝酸纖維素膜、尼龍膜或載玻片上。載體應(yīng)該預(yù)先進(jìn)行特殊處理，例如，用帶正電的聚賴氨酸或氨基硅烷涂覆，以便能夠牢固地結(jié)合寡核苷酸分子。目前大多數(shù)中小企業(yè)都采用這種方法。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備便宜，工藝簡(jiǎn)單，開發(fā)周期短，靈活性高。缺點(diǎn)：點(diǎn)陣密度低，可分為薄膜如聚丙烯薄膜、硝酸纖維素薄膜、尼龍膜等。這種類型的“芯片”的晶格是

6、以“點(diǎn)膜”的形式制成的，探針可以通過(guò)某種方法牢固地結(jié)合到其上。整個(gè)過(guò)程類似于點(diǎn)雜交技術(shù)(如克隆技術(shù))。載玻片芯片的點(diǎn)陣采用原位合成技術(shù)制作，點(diǎn)陣密度很高，因此測(cè)定結(jié)果必須借助專用儀器進(jìn)行解釋和分析。目前，很少有公司(如Affimetrix公司)有能力開發(fā)此類產(chǎn)品。微芯片本質(zhì)上是一個(gè)具有高密度和小容量測(cè)試孔的小型酶聯(lián)免疫吸附板(如聚乙烯公司等)。)。集成電路型將雜交技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)電子設(shè)備(如Nanogen公司)有目的地檢測(cè)或控制生物大分子(如DNA)的作用過(guò)程。4.基因芯片開發(fā)的總體藍(lán)圖、發(fā)展方向的確定、基因組序列分析和待測(cè)基因探針序列的確定、試樣制備、探針陣列制備、檢測(cè)設(shè)備開發(fā)、雜交檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析、3?；蛐酒闹饕獞?yīng)用：1 .擬南芥和酵母中基因表達(dá)的檢測(cè)：2.BRCA基因外顯子11、CFTR基因、地中海貧血、酵母突變株、HIV-1逆轉(zhuǎn)錄