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第四章
基因芯片技术
第四章
基因芯片技术nullnull一、基因分析芯片开发的动力
1、遗传信息迅猛增长
2、相关学科与技术的高度发展和相互渗透
nullnullnullnull二、定义
基因芯片 (gene chip):二、定义
基因芯片 (gene chip): 就是将大量探针分子固定于支持物上，根据碱基互补配对原理，与标记的样品分子进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布进而获取样品中靶分子的数量和序列信息。
蛋白质芯片(protein chip):蛋白质芯片(protein chip): 就是选择一种能够牢固地结合蛋白质分子(抗原或抗体)的固相载体，在上面按预先设计的方式固定大量蛋白质(抗原或抗体)，形成蛋白质的微阵列，然后加入与之特异性结合的带有特殊标记的蛋白质分子(抗原或抗体)，通过对标记物的检测来实现抗原抗体的互检。三、基因芯片的制备三、基因芯片的制备基因芯片技术主要包括四个主要步骤：
芯片制作
样品制备
分子杂交
信号检测与结果分析 （一）芯片的制备（一）芯片的制备 1、载体材料要求：1、载体材料要求：
①载体
表
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面必须具有可以进行化学反应的活性基团，以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。支持物的预处理
支持物的预处理
实性材料：硅芯片、玻片和瓷片,需进行预处理,使其表面衍生出羟基、氨基活性基团。
膜性材料：聚丙烯膜、尼龙膜、硝酸纤维膜,通常包被氨基硅烷或多聚赖氨酸。
null2、目前常用的基因芯片制作
方法
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：
接触点样法
喷黑法
原位合成法null接触点样法：是将样品直接点在基体上.
优点是仪器结构简单、容易研制，是一种快速、经济、多功能的仪器，可以在3.6cm2面积内点上10000个cDNA。不足之处是每个样品都必须合成好、经过纯化、事先保存的。
nullnull 喷黑法:是以定量供给的方式，通过压电晶体或其他推进形式从很小的喷嘴内把生物样品喷射到玻璃载体上。同样需要合成好的纯样品，包括cDNA、染色体DNA片段和抗体。在1cm2面积上可喷射10000个点。null原位合成法：主要是美国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，在1.6cm2面积上合成40万组寡核苷酸。nullnull(二）样品的准备(二）样品的准备样品的分离纯化：DNA , mRNA
扩增：PCR, RT—PCR
探针的标记： 荧光标记（常用Cy3、Cy5），生物素、放射性标记,通常是在待测样品的PCR扩增、逆转录或体外转录过程中实现对探针的标记。对于检测细胞内mRNA表达水平的芯片,一般需要从细胞和组织中提取RNA,进行逆转录,并加入偶联有标记物的dNTP,从而完成对探针的标记过程。 null 近年来运用的多色荧光标记技术可更直观地比较不同来源样品的基因表达差异，即把不同来源的探针用不同激发波长的荧光素标记，并使它们同时与基因芯片杂交，通过比较芯片上不同波长荧光的分布图获得不同样品间差异表达基因的图谱，常用的双色荧光试剂有Cy3-dNTP和Cy5-dNTP。 (三)分子杂交(三)分子杂交 该反应是指标记的样品与芯片上的靶基因进行杂交，产生检测信号的过程。
与经典分子杂交的区别：杂交时间短，30分钟内完成,可同时平行检测许多基因序列。
影响杂交反应的因素：靶分子的浓度、探针浓度、靶分子和探针的序列组成、盐浓度、杂交温度和反应时间、DNA二级结构等。null(四)信号检测与结果分析(四)信号检测与结果分析
芯片经杂交反应后，各反应点形成强弱不同的光信号图像，用芯片扫描仪和相关软件加以分析，即可获得有关的生物信息。如果是用同位素标记靶基因，其后的信号检测即是放射自显影；若用荧光标记，则需要一套荧光扫描及分析系统，对相应探针阵列上的荧光强度进行分析比较，得到待测样品的相应信息。null
激光激发使含荧光标记的DNA片段发射荧光
激光扫描仪或激光共聚焦显微镜采集各杂交点的信号
软件进行进行图象分析和数据处理null （一） 疾病的诊断与治疗：寻找和检测与疾病相关的基因及在RNA水平上检测致病基因的表达。
四、基因芯片的应用null（二）、基因芯片技术与中药品种鉴定
使用基因芯片对中药进行鉴别的前提是找出
标准
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品的特定基因排列方式，然后用这些特定基因在硅片基上制作“基因探针”，如果在中药供试品种存在与之互补的特定基因，“基因探针”可能把它测试出来，从而达到鉴别的目的。
nullnull从9种贝母球茎的基因组DNA 选取每种贝母的特定序列检测贝母药材的真伪优劣（三）基因芯片
与中药新药的研究开发（三）基因芯片
与中药新药的研究开发通过检测不同药物成分作用于细胞后基因表达的变化,迅速找到有效成份,从而更快速、更准确地进行药与药的配伍、成分与成分的配伍,缩短新药研究的周期。
null癌细胞株提取细胞株中的mRNA察看基因表达情况的变化
浙公网安备 33021202002483