第七章 基因芯片技术

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基因芯片技术及其应用

基因芯片技术及其应用

基因芯片技术及其应用随着生物学、生命科学的发展,基因芯片技术越来越受到关注。

基因芯片又称为DNA芯片,是一种利用微阵列技术来检测基因表达水平的高通量方法。

基因芯片技术的发展带来了许多应用领域的新成果,包括疾病预测、药物研发等。

本文将介绍基因芯片技术及其应用。

一、基因芯片技术的原理基因芯片技术是一种高通量的生物技术,它利用微阵列生物芯片来检测基因表达的水平。

这种技术利用了DNA分子的特异性与完整性,它可以在任何生物样品中高效地检测出其蛋白质表达水平和基因组变异情况。

基因芯片技术的工作原理基于蛋白质表达水平与基因组变异情况的探测。

首先,需要将基因DNA序列通过逆转录过程转换成mRNA序列,进而使用荧光标记标记mRNA序列。

接下来将标记好的mRNA序列通过微阵列技术固定到芯片上,并使用高通量扫描技术来观察标记后荧光强度的变化程度。

荧光值越高,则说明该基因表达水平越高。

基因芯片技术不仅可以检测基因表达水平,还可以检测基因序列的变异情况,用于了解某种疾病或细胞状态的基因组变化情况。

比如,可以用这种技术针对某种疾病相关的单核苷酸多态性位点检测基因变异情况。

二、基因芯片技术的应用1. 癌症筛查基因芯片技术可用于癌症筛查,将肿瘤组织中的RNA与正常细胞组织的RNA进行比较,寻找表达水平具有显著差别的基因,进而确定这些基因是否与癌症发展相关。

利用这种方法可以更加准确地判断某个癌症的种类、发展程度等。

2. 个性化药物设计基因芯片技术可用于个性化药物设计,通过基因芯片可以确定某个病人,是否会对某种药物产生不良反应,从而确定是否使用该药物。

同时,可以利用基因芯片技术根据病人的基因组变异情况,设计出一种更加适合该病人的药物。

3. 遗传疾病筛查基因芯片技术可用于遗传疾病筛查,利用基因芯片技术可以检测出某些基因的表达水平是否异常,从而确定在某些疾病中,基因的表达水平是否存在异常。

4. 农业和环保应用基因芯片技术不仅可以应用在医学领域,还可以应用于农业和环保领域,例如种植业、畜牧业、水产养殖业等。

基因芯片技术的原理和发展

基因芯片技术的原理和发展

基因芯片技术的原理和发展随着科技的不断发展,人们对于基因的研究也越来越深入,基因芯片技术作为一种迅速发展的生物技术,具有重要的理论意义和实践价值。

基因芯片技术是一种高通量和高标准化的分子生物学技术,可以用于基因表达、基因变异、蛋白质量、DNA甲基化等领域的研究。

1. 基因芯片技术的原理基因芯片技术是将DNA分子、RNA分子或蛋白质分子等多样化的生物大分子分子序列固定在一块小小的玻璃片或硅片上,然后利用微量的核酸或蛋白质的杂交反应来检测样品中这些生物大分子的存在或相对数量。

这些生物大分子的浓度水平可以用来衡量基因的表达情况、基因变异、蛋白质相互作用等生物学过程。

具体操作过程包括:1.1 表达谱芯片表达谱芯片是一种测量运用基因芯片技术研究基因表达的方法。

在表达谱芯片上可以固定多种类型的DNA序列,例如真核细胞DNA片段,互补DNA片段、探针、引物等。

对于鉴定被检测样品的物种,应选择特异而高丰度的探针或引物。

通过部分或大量存储的文献或数据库,研究人员首先确定所需的目标基因,然后通过设计合适的核酸杂交探针,将所需目标基因的序列在探针区域进行固定。

1.2 基因组芯片基因组芯片是一种利用基因芯片技术直接测量基因组中DNA 分子存在量的方法。

基因组芯片和其他一些技术类似,通常分三部分作用:建立样品库,设计并制备基因组芯片,通过基因芯片技术来测量DNA分子的存在量。

2. 基因芯片技术的发展基因芯片技术是一种非常年轻的生物技术,近年来其不断得到完善和发展,具有日益广泛的应用前景。

2.1 应用于生物医学基因芯片技术在生物医学领域得到广泛的应用,其中最具有代表性的应用是基因诊断和基因治疗。

通过基因芯片技术,可以对特定基因的表达情况和蛋白质质量进行分析和检测,为许多临床诊疗和治疗提供了关键方法。

2.2 应用于生态环境基因芯片技术也可以用于生态环境监测,特别是对于环境中的有害生物及其基因信息的监测。

基因芯片技术可以通过绿色监测来减轻生态环境对生物生态的影响。

《基因芯片技术》课件

《基因芯片技术》课件

STEP 02
公平性问题
基因信息属于个人隐私, 如何在科学研究与隐私保 护之间取得平衡是一个重 要问题。
STEP 03
误用风险
基因芯片技术可能被误用 于基因决定论或种族歧视 等不道德用途。
基因技术的应用可能带来 不公平的医疗资源和机会 分配。
展望与未来发展
高通量测序技术
随着测序技术的进步,基因芯片将与 高通量测序技术结合,提供更全面、 深入的基因组信息。
表面活性剂
为了提高芯片表面的亲水性和降低非特异性吸附,通常会 在芯片表面涂覆一层表面活性剂,如聚乙二醇(PEG)。
表面洁净度
芯片表面的洁净度对实验结果至关重要,必须严格控制表 面污染物的种类和浓度。
探针的合成与固定
探针设计
探针是基因芯片的关键组成部分,其设计应考虑特异性、长度、 GC含量等因素。常用的探针合成方法包括化学合成和生物合成。
详细描述
基因芯片可以快速检测和识别各种疾病相关基因的变异,如 癌症、遗传性疾病等。通过基因芯片技术,医生可以精确地 确定疾病的类型、分期和预后,为制定个性化治疗方案提供 依据。
药物研发与毒理学研究
总结词
基因芯片技术在药物研发和毒理学研究中具有重要作用,能够加速新药的发现和开发,同时降低药物研发成本和 风险。
通路和网络分析
通过生物信息学工具对差 异表达基因进行通路和网 络分析,揭示基因之间的 相互作用关系。
基因功能注释与富集分析
基因功能注释
利用生物信息学数据库对基因进 行功能注释,了解其生物学功能 和分类。
富集分析
通过统计方法检测差异表达基因 在特定生物学过程或通路中的富 集程度,揭示基因的功能特点和 潜在作用机制。
高灵敏度

C7 基因芯片技术简介

C7 基因芯片技术简介

7.2 生物芯片的分类
按载体材料分: • 玻璃芯片:荧光背景低、应用方便,
材料易得,应用最广泛。 • 硅芯片 • 陶瓷芯片
按点样方式分
• 原位合成( loci-synthetic DNA )芯片 :利用半导体光
蚀刻技术原位合成一定长度(~20 bp)的寡核甘酸片段。
• 微阵列( microarray ) 芯片 : DNA 直接点样(针点或喷
靶基因样品的标记
• 靶基因样品被标记后,与芯片上的探针分子杂交。
• 荧光标记;生物素和放射性同位素标记
• 双色荧光标记:常用标记物为荧光素Cy3和Cy5 ,分别用来 标记两中不同的样品(如样品和对照)。 • cy3:激发波长550 nm,发绿色荧光。 cy5:激发波长649 nm,发红色荧光。
标记方法
基因芯片技术的发展简史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
Microarray
• 1989年,Southern获得在刚性载体表面固定寡聚核苷酸及 杂交法测序的专利 • 1992年, Affymetrix公司成功应用光导向平板印刷技术, 直接在硅片上合成寡核甘酸点阵的高密度芯片,是世界上 第一块原位合成的基因芯片。 • 1997年,美国Stanford大学Brown实验室,制作了世界上 第一张全基因组芯片(含有6116个基因的酵母全基因组芯 片)。
7.5 基因芯片的应用
• • • • • • • • 基因表达分析 基因型及多态分析 杂交测序 核酸和蛋白质相互作用的研究 疾病的诊断与治疗 药物开发 营养与食品卫生领域 环境科学领域
参考书
• 马文丽 等,DNA芯片技术的方法与应用, 广东科技出版社,2002 • 马立人等,生物芯片,化学工业出版社, 1999(第一版)

基因芯片技术及其在生物医学中的应用

基因芯片技术及其在生物医学中的应用

基因芯片技术及其在生物医学中的应用随着科技日益发展,基因芯片技术受到了越来越多的关注和重视,因为它可以对数万个基因进行分析,并在更短的时间内获取更准确的基因信息。

在现代生物医学领域中,基因芯片技术可以被应用到许多方面,如研究疾病的原因、制定诊断方案和治疗方案等。

一、基因芯片技术的原理基因芯片技术以小而微的芯片为载体,通过高通量的技术对芯片表面上的核酸探针进行检测,从而检查目标核酸(如DNA, RNA)的序列和表达谱。

这些芯片上一般会固定几万甚至几十万个寡核苷酸探针,用于检测样本中的基因、蛋白质、代谢物等。

二、基因芯片技术在疾病研究中的应用1. 研究肿瘤的发生和发展基因芯片技术可以用于研究肿瘤的发生和发展,它可以检测数千个基因的表达谱,并找到可能与肿瘤相关的基因。

这些信息可以帮助人们了解肿瘤的细胞生长、代谢、分化和凋亡等生理和病理过程,从而为研究肿瘤的治疗和预防提供重要的基础数据。

2. 帮助筛选新的药物靶标基因芯片技术可以帮助科学家筛选新的药物靶标。

例如,专家可以通过比较病人的肿瘤基因组和正常组织样本的基因组数据,找到与肿瘤相关的基因。

然后,研究人员可以进一步研究这些基因的功能,验证其与肿瘤形成过程的相关性。

这样,基因芯片技术可以帮助研究人员快速准确地找到可能用于开发新药物的分子靶标。

3. 帮助制定个性化医疗方案基因芯片技术也可以使用个体化医疗的方法。

通过使用基因芯片技术,医生可以获得患者的基因组数据,并根据这些数据来制定个性化的治疗方案。

例如,基因芯片可以检测基因突变和异常表达以确定治疗某种癌症所需的化疗药物,甚至可以在治疗开始之前查明是否存在的不良反应风险。

三、基因芯片技术在生殖医学中的应用1. 早期孕期检测基因芯片技术可以作为一种早期孕期检测手段,通过检测孕妇血液中游离DNA的含量来确定胚胎的健康状况,并预测是否存在胎儿染色体异常,如唐氏综合征等。

这种方法使用基因芯片可以快速、精确和无创地确定胚胎的染色体状态。

基因芯片技术简介及应用

基因芯片技术简介及应用

基因芯片技术简介及应用随着基因组学研究的不断深入,人类已进入一个崭新的生物世纪,基因芯片在基因功能研究、临床诊断及新药开发等方面显示了巨大的威力,被誉为基因功能研究领域最重要的技术之一。

一、基因芯片技术基本原理基因芯片的创意来自于计算机芯片。

它和计算机芯片一样,具有超微化、高度集成、信息贮存量大等特点,所不同的是,计算机芯片采用的是半导体集成电路,而基因芯片是以基因片段作为“探针”来进行工作的。

(一)基因芯片的定义基因芯片(gene chip)又称DNA芯片,是指将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针,有规律地排列固定于支持物上,样品DNA或RNA通过PCR扩增、体外转录等技术掺入荧光等标记分子,然后按碱基配对原理与固定的探针杂交,再通过荧光检测系统等对芯片进行扫描,通过计算机系统对每一探针的信号进行处理,从而迅速得出所需要的信息。

基因芯片技术工作原理与经典的核酸分子杂交是一致的,都是应用已知核酸序列作为探针与互补的靶核苷酸序列杂交,通过随后的信号检测进行定性与定量分析。

在一块1cm2大小的基因芯片上,根据需要可固定数以千计甚至万计的基因片段,以此形成一个密集的基因方阵,与标记的样品分子进行杂交,实现对成千上万个基因的高通量同步检测(见文末彩图-1)。

图-1 经荧光扫描后的芯片图示(二)基因芯片技术的主要特点基因芯片技术归纳起来,具有高并行性、多样性、微型化和自动化这四大特点。

高并行性有利于基因芯片所示图谱的快速对照和阅读,效率大为提高;多样性则提供了样品的多指标测定,每块芯片上都含有成百上千种的寡核苷酸探针或cDNA探针,能够用于基因突变、单核苷酸多态性(SNP)、细菌分型等需要高通量的检测;微型化的好处在于对样品的需要量非常少,而且还能节省试剂用量,降低检测成本;自动化使得人力、物力投入减少,检测时间缩短并保证了质量。

同时,它还具有操作简便、信息综合处理能力强、结果可靠和仪器配套齐全等优势,因而备受青睐。

基因芯片技术在基因表达研究中的应用

基因芯片技术在基因表达研究中的应用

基因芯片技术在基因表达研究中的应用随着现代科学技术的不断发展,基因芯片技术作为一种新兴的科学技术,引起了人们的广泛关注。

基因芯片技术是一种基于DNA 光学成像技术的高通量分析技术,能够以高效的方式同时识别和监测上千个基因,并且可以用于大规模、高通量的基因表达研究。

一、基因芯片技术的原理基因芯片技术通过特定的方法把数万个 DNA 片段置于一个非常小的芯片上,在每个 DNA 碎片的位置上附着荧光分子或其他化学分子,然后监测每个位置上分子的光信号来测量每个 DNA 片段的实时表达情况。

通过这种方法,可以大规模地研究生物体内基因的表达模式,以及这些表达模式与生物体的生理状态和疾病发生的关系。

二、基因芯片技术是一种非常有前景的新兴分析技术,可以广泛应用于生命科学领域的基因研究、基因表达分析和疾病诊断。

下面我们将重点介绍基因芯片技术在基因表达研究方面的一些应用。

1、基因表达谱分析基因芯片技术不仅可以识别和量化单个基因的表达,同时还能够同时测量并比较限定的许多基因。

这种方法的产生使学者们无需单独的克隆和筛选,也不需要对基因的序列信息有很深的了解,就可以大规模快速、全面地分析基因表达谱。

举个例子,基因芯片技术可以在一个非常短的时间内分析一组基因的表达情况,通过分析,把不同结构和功能基因的表达情况可视化,这有助于学者们理解基因和生物体之间的关系。

这一应用在生命科学领域中被广泛使用。

2、发现基因与疾病之间的关系基因芯片技术不仅可以发现表达谱在基因水平上的变化,同时还能够帮助学者们发现与某些疾病有关的基因。

基因芯片技术通过对于基因的大规模分析,可以大大缩小关键基因的范围,这对于医学研究者来说,是一个极为宝贵的资源。

3、建立生命科学数据库基因芯片技术还可以通过全面的基因识别研究,为构建生命科学数据库作出重要贡献。

基因芯片技术可以获取基因表达谱信息,用以建立相应的数据库,这有助于学者们研究生物体的生理状态、基因调控网络的建立和控制机制的研究等方面。

基因芯片技术

基因芯片技术

(3)、待检病毒核酸的扩增与标记
提取病毒RNA后,用锚定随机引物进行反转录获得cDNA 作模板,反转录随机引物序列为5′-GTTTCCCAGTCACGATCNNNNNNNNN-3′,然后用测序酶合成第二链cDNA,随机PCR 扩增用随机引物5′-GTTTCCCAGT-CAOGATC-3′进行,并在 扩增的过程中掺入aa-dUTP对PCR产物进行标记,PCR反应 体系为100ug,扩增条件为95℃变性5min,然后94℃30s、 55℃30s、72℃60s,共35个循环。
ห้องสมุดไป่ตู้
图1、利用基因芯片进行杂交测序 的原理
三、基因芯片的技术流程
三、基因芯片的技术流程
T7 promoter
PCR
体内转录
T7 promoter
荧光素
片段化
1.5 小时
杂交、冲洗
ACGT
扫描分析 1 小时
图 2 样品处理与检测过程简图
四、基因芯片技术与传统杂交 检测方式的比较
操作 自动化程度 一次可检测的序列个数 总体效率 基因芯片技术 传统杂交方法 简便 很高 复杂 很低 极大 很小 很高 很低
二、基因芯片的基本原理
基因芯片的制作技术主要包括芯片制备,样品制备, 杂交反应,信号检测和结果分析。
将各种基因寡核苷酸点样于芯片表面,微生物样品 DNA经PCR扩增后制备荧光标记探针,然后再与芯片上 寡核苷酸点杂交,最后通过扫描仪定量好分析荧光分 布模式来确定检测样品是否存在某些特定微生物。
该技术可检测各种介质中的微生物,研究复杂微 生物群体的基因表达。
(2)、病毒的培养和病毒核酸的提取
EEEV、WEEV、VEEV、MAYV、WNV和JBEV用BHK细胞培养,1-4型 DENV用C6/36细胞培养,BUNV用Vero-E6细胞培养。产生细胞病变 后,将培养瓶在-70℃冰箱中冻融,用于病毒核酸的提取。 由于以上13种虫媒病毒均为RNA病毒,因此,病毒总RNA用 QIAGENRNAeasy试剂盒提取。

第七章_基因芯片技术11_图文

第七章_基因芯片技术11_图文

4、寡核苷酸探针的优化设计
基因芯片布局
Target T C C G T T A G C T G A C T G C A G C T
探针布局图
TG变异
杂交模式
5.基因芯片的制备
基因芯片使用步骤
芯片制作
样品处理
把探针固定于载体表面 目标分子富集
分子间的杂交 结果检测与数据分析
基因芯片的制 作方式
Байду номын сангаас
3、cDNA芯片与寡核苷酸芯片的设计
cDNA芯片设计的关键在于般采用点样法,多用于基因表 达的监控和分析。
寡核苷酸芯片制备一般采用在片合成方法。优化是寡 核苷酸芯片设计的一个重要环节,包括探针的优化和 整个芯片设计结果的优化。
4、点样法
点样法是将合成好的探针、cDNA或基因组DNA通过特定 的高速点样机器人直接点在芯片上。点样分子可以是核酸也可 以是寡核酸。
采用人工点样的方法将寡核苷酸分子点样于化学处理后的 载玻片上,经一定的化学方法处理非干燥后,寡核苷酸分子即 固定于载玻片上,制备好的DNA芯片可置于缓冲液中保存。
用多聚赖氨酸包被固相支待物玻片,经过分区后用计算机控 制的微阵列点样机按照预先设计顺序点上核酸分子,点样量很 小,约为5nl。大规模CDNA芯片多采用这种方法,与其寡核苷 酸微芯片相比。DNA芯片的潜在优越性是具有更强的亲和势和 特异性杂交,但是需要大量制备,纯化,量化,分类PCR产物 。
2. 通道型微阵列芯片 ① 毛细管电泳芯片 ② PCR扩增芯片 ③ 集成DNA分析芯片 ④ 毛细管电层析芯片
3. 生物传感芯片 ① 光学纤维阵列芯片 ② 白光干涉谱传感芯片
小鼠基因表达谱芯片(MGEC)
目前国内基因芯片常见品种.(上海博星公司)

基因芯片技术

基因芯片技术

基因芯片技术基因芯片技术是一种高通量的生物技术平台,可以同时测量上千个基因的表达量或突变状态。

该技术的出现,为研究基因与生物体生理、发育、进化及疾病发生等方面的关系提供了重要工具,同时也推动了生物医学、农业、环境科学等领域的发展。

基因芯片技术的基本原理是,将成千上万个寡核苷酸探针固定在玻璃片或硅片上,形成一个固定化的小芯片。

每个探针可以与特定的基因序列互补配对,从而可以在芯片上同时检测多个基因的表达情况。

通常,研究人员会将待检测的RNA或DNA 样品标记,然后加到芯片上,通过互补配对,可以确定每个基因的表达量或突变状态。

基因芯片技术的关键在于可以高效、快速地同时检测大量基因信息。

基因芯片技术的应用广泛,其中最重要的应用之一是基因表达谱分析。

通过测量细胞或组织中所有基因的表达水平,可以了解基因在不同生理或病理条件下的变化。

例如,在癌症研究中,可以通过基因芯片技术比较癌细胞与正常细胞的基因表达谱,找出与癌症相关的基因变化,从而揭示癌症的发生机制,并寻找治疗目标。

此外,基因芯片技术还可以用来研究基因调控网络、药物作用机制等。

与传统的方法相比,基因芯片技术具有很多优势。

首先,基因芯片技术可以同时检测大量基因,大大提高了实验效率。

一张芯片上可以同时检测数千个基因,比传统方法要快捷得多。

其次,基因芯片技术具有高灵敏性和高精确性。

可以检测到低表达基因的信号,并可以避免手工操作引入的误差。

此外,基因芯片技术还可以提供大量的数据,为生物学研究提供了更多的信息。

然而,基因芯片技术也存在一些局限性。

首先,基因芯片技术只能检测已知的基因序列,对于未知基因或新发现的基因变体,无法提供准确的信息。

其次,芯片设计需要基于已有的基因序列信息,如果基因组中还有未解析的区域,这些区域的信息可能无法得到有效检测。

再者,基因芯片技术的数据处理和分析也面临一定的挑战,需要建立合适的分析流程和算法,以准确解读芯片数据。

尽管存在一些局限性,基因芯片技术仍然是一种重要的生物技术平台。

基因芯片技术

基因芯片技术

基因芯片技术摘要基因芯片技术是同时将大量的探针分子固定到固相支持物上,借助核酸分子杂交配对的特性对样品的序列信息进行高效的解读和分析。

它可用于基因表达谱的分析、突变检测、多态性分析、基因测序和基因组文库作图等研究作,同时在人类疾病的检测、预防等方面也具有广阔的潜在应用价值,在未来的生命科学领域必将发挥重要的作用。

关键词基因芯片、遗传工程随着人类基因组测序计划的逐步实施以及分子生物学相关学科的迅猛发展,越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定,基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。

然而怎样去研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能就成了全世界生命科学工作者共同的课题。

为此,建立新型杂交和测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要了。

基因芯片(又称DNA芯片、生物芯片)技术就是顺应这一科学发展要求的产物,它的出现为解决此问题提供了光辉的前景。

该技术系指将大量通常每平方厘米点阵密度高于400探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。

早在1980年代,Bains等人就将短的DNA片断固定到支持物上,借助杂交方式进行序列测定。

但基因芯片从实验室走向工业化却是直接得益于探针固相原位合成技术和照相平板印刷技术的有机结合以及激光共聚焦显微技术的引入图。

它使得合成、固定高密度的数以万计的探针分子切实可行,而且借助激光共聚焦显微扫描技术使得可以对杂交信号进行实时、灵敏、准确的检测和分析。

正如电子管电路向晶体管电路和集成电路发展时所经历的那样,核酸杂交技术的集成化也已经和正在使分子生物学技术发生着一场革命。

基因芯片技术由于同时将大量探针固定于支持上,所以可以一次性对样品大量序列进行检测和分析,从而解决了传统核酸印迹杂交技术操作繁杂、自动化程度低、操作序列数量少、检测效率低等不足。

而且,通过设计不同的探针阵列、使用特定的分析方法可使该技术具有多种不同的应用价值,如基因表达谱测定、实变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序等。

基因芯片技术在生物研究中的应用

基因芯片技术在生物研究中的应用

基因芯片技术在生物研究中的应用生物科技领域的快速发展,使得我们对基因的理解越来越深入。

在这个领域中,基因芯片技术是一项不可或缺的工具,它可以帮助科学家们更深入地了解生命的机理,为疾病的早期诊断和治疗提供有力支持。

什么是基因芯片技术?基因芯片技术是一种高通量的分析技术,可以同时监测数千个基因的表达。

基因芯片数组由许多纵向排列的小晶片组成,每个小晶片有数千个被固定在上面的DNA、RNA或蛋白质探针。

在样品中的RNA或DNA样本经过标记和杂交到芯片上的探针之后,基因芯片通过荧光技术或光学信号对样品进行扫描并进行分析。

通过这样的技术,我们可以得出数千个基因表达或变化的信息,帮助科学家们更好地了解生物体在不同时间点和条件下的反应。

基因芯片技术在医疗领域的应用基因芯片技术的应用在医疗领域尤为重要。

通过芯片分析患者的基因表达谱,人们可以更好地了解疾病的诊断和治疗。

例如,在肿瘤治疗中,通过基因芯片技术进行全基因组表达谱分析,可以确定与肿瘤相关的不同信号通路和基因。

这有助于为每个患者制定个性化的治疗方案,同时也有助于开发更有效的癌症治疗方法。

基因芯片技术还可以用于诊断遗传性疾病。

通过芯片测试,可以检测出导致某些疾病的基因突变,帮助医生更准确地诊断和治疗患者。

除了遗传性疾病,基因芯片技术还可以用于诊断传染病。

例如,基因芯片技术可以检测出多种感染性病毒,如HIV、乙肝、丙肝和艾滋病毒等。

基因芯片技术在农业领域的应用基因芯片技术在农业领域也有着广泛应用。

通过基因芯片技术,可以分析大规模生物材料中的各种生物标记,了解植物或动物基因表达的变化,从而提高生物产品的产量和质量。

例如,在农业领域,基因芯片技术可以检测出杂交种植物的基因组,以确定其产量和品质。

基因芯片技术还可以用于肉类和乳制品生产,以准确地测量肉类和乳制品的脂肪、蛋白质和碳水化合物含量。

此外,基因芯片技术还可以检测食品中的致病微生物和化学物质污染,以保护公众健康。

基因芯片技术原理

基因芯片技术原理

基因芯片技术原理基因芯片技术是一种高通量基因分析技术,可以同时检测和分析大量基因的表达水平、基因突变和基因型等信息。

基因芯片技术利用了DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的亲和性和特异性相互作用,在一个小芯片上固定上千至百万个特定的核酸序列或蛋白质,从而实现多个基因或蛋白质的高通量检测和分析。

首先是芯片设计。

芯片设计是基因芯片技术的关键步骤之一,需要依据研究目的选择合适的探针,将目标基因的序列信息或基于已知基因的特定序列设计成探针。

常用的基因芯片包括全基因组芯片、差异表达芯片、SNP芯片和甲基化芯片等。

全基因组芯片包含了整个基因组的探针,能够对全基因组的表达水平进行分析;差异表达芯片是基于不同样品之间基因表达的差异,通过比较样品间的信号差异来鉴定差异基因;SNP芯片用于检测单核苷酸多态性位点的基因型;甲基化芯片则用于分析DNA的甲基化水平。

接下来是样品制备。

样品制备是基因芯片技术的另一个重要步骤,主要包括核酸提取、标记和杂交等过程。

首先需要从样品中提取出目标核酸(DNA或RNA),并进行高质量的纯化和放大。

接下来,需要对提取的核酸进行标记,常用的标记方法包括荧光标记和生物素标记等。

标记后的核酸样品将通过特定的杂交液处理,与芯片上的探针发生特异性杂交反应。

然后是杂交。

杂交是基因芯片技术的核心步骤,即将标记后的核酸样品与芯片上的探针进行特异性结合,形成揭示目标基因表达或突变水平的信号。

通常采用液相杂交或固相杂交的方式,将标记的核酸样品与探针共同放置在芯片上,通过温度和盐浓度的控制,使核酸与探针之间发生特异性结合。

结合完毕后,通过洗涤去除非特异性结合的核酸,进一步提高信号的特异性。

最后是信号检测。

信号检测是基因芯片技术的最后一步,主要通过荧光扫描、激光检测等方法来获取芯片上的信号,并将其转化为数值化的数据。

在芯片表面固定的探针与杂交样品结合形成亲和复合物后,根据标记的方式可以得到荧光信号。

通过高分辨率的扫描仪或激光检测仪,可以获取芯片上每个探针的信号强度。

计算生物学中的基因芯片技术

计算生物学中的基因芯片技术

计算生物学中的基因芯片技术计算生物学是一门新兴的交叉学科,将计算机科学和生物学融合起来,其主要研究内容是利用计算机技术研究生物学领域中的问题。

基因芯片技术是计算生物学领域的一个重要分支,也是目前最为常用的生物芯片技术之一。

本文将从基因芯片技术的定义、应用、制备等方面来进行探讨。

一、基因芯片技术的定义基因芯片技术是通过高通量技术,在微芯片上附着大量DNA探针或RNA探针,来检测或分析样品中所有基因的表达水平或突变状态的一种技术手段。

它不仅能够发现新基因,还能够观察已知基因的表达量以及特定的变异。

这种技术具有较高的灵敏性和可重复性,同时具有高通量、高分辨率、高灵敏度等特点,因此被广泛地应用于生物学研究、药物筛选和临床诊断等领域。

二、基因芯片技术的应用基因芯片技术的应用范围很广,其主要应用于以下几个方面:(一)基因表达分析基因表达分析是基因芯片技术最常用的应用之一。

通过将样品的RNA提取出来,并在芯片上检测与DNA探针的杂交情况,可以得到样品中每个基因的表达情况,从而了解基因在不同条件下的表达模式。

这种方法在研究新药物的生物效应、诊断肿瘤等领域具有重要的应用价值。

(二)基因突变检测基因突变是导致疾病的主要原因之一,因此,基因突变的检测对诊断疾病以及研究突变机制具有重要意义。

基因芯片技术可以通过检测样品中基因的突变状态,来发现基因在序列水平上的改变,从而加深对突变机制的理解。

同时,该技术还可以用于肿瘤分型和肿瘤治疗的监测等方面。

(三)基因组测序基因芯片技术在基因组测序方面也具有重要的应用价值。

基因芯片可以用于检测基因组DNA的拷贝数变异以及序列在基因间的变异情况。

这种技术在基因组学、进化生物学和研究人类遗传基础等领域中都有广泛的应用。

(四)蛋白质互作网络分析基因芯片技术还可以用于蛋白质互作网络分析。

该方法可以通过检测蛋白质相互作用的强度,来确定蛋白质在细胞内的功能和相互作用关系。

这种方法在研究细胞信号传导通路、蛋白质功能和代谢途径等方面具有非常重要的应用价值。

07 基因芯片技术.ppt.Convertor

07 基因芯片技术.ppt.Convertor

第七章基因芯片技术Number of complete ( andgapped ( genomes䦋㌌㏒㧀좈໱琰茞ᓀ㵂ÜComplete genomes genomes,Bacteria Archaea Viral Eukarya 363261843911274089基因组计划带来的困扰基因芯片的产生和发展传统技术的不断改进的结果基因信息分析规模不断扩大的需求人类基因组计划的需求后基因组时代的需求基因芯片基因芯片在基因表达中的运用对生命活动过程中众多基因的功能的全面认识需要新的技术克服早期的Northern技术等在技术上的制约。

第一节生物芯片的简介一、生物芯片的定义生物芯片(Biochip)是指通过机器人自动印迹或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列,根据分子间的特异性相互作用的原理,将生命科学领域中不连续的分析过程集成于芯片表面,以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。

基因芯片的定义基因芯片: 又称DNA芯片或DNA阵列,是将DNA分子固定于固相支持物上,并与标记的样品杂交,从而检测样品中mRNA分子的表达量或进行基因突变体检测的技术。

二、基因芯片的分析流程主要包括样品的标记处理、芯片制作、分子杂交、信号的检测和数据处理分析等几个步骤。

数据分析、寻找差异表达的基因Cy3标记的A组织mRNACy5标记的B组织mRNA混合探针以两种波长的激光扫描 cy3-532nmcy5-635nm杂交基因表达谱芯片的原理靶基因点样三、基因芯片技术的发展史1989 年英国牛津大学的 Southern 等取得了在刚性载体表面固定寡聚核苷酸及杂交法测序的专利;与此同时俄罗斯和美国的科学家也提出了运用杂交法测定核酸序列(SBH)的设想。

1992年世界第一块原位合成基因芯片在美国Affymetrix诞生1994 年研制出了一种基因芯片并用于检测β-地中海贫血病的基因突变,筛选了一百多个β-地中海贫血病已知的突变基因。

第七章生物信息学与生物芯片技术详解演示文稿

第七章生物信息学与生物芯片技术详解演示文稿

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14 mRNA表达谱芯片服务内容:39个物种
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上海伯豪生物
/
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二、基因芯片工作基本步骤
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(一)基因芯片设计
• 提出基因芯片要解决的问题,确定研究目标。
• 根据所选择的基因序列,设计探针阵列,确定 每个探针以及探针在芯片上的排列。
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(六)研究领域
1 测定未知序列
一组寡核苷酸探针
ATACGTTA
TACGTTAG
由杂交位置确定的一组 核酸探针序列
ATACGTTA
TACGTTAG ACGTTAGA CGTTAGAT GTTAGATC
杂交探针组
ACGTTAGACGTTAGAT GTTAGATC
ATACGTTAGATC
昂飞是生物芯片产业的先驱,公司长期与美国国立卫生研究院、 斯坦福大学、麻省理工、哈佛、耶鲁、加州大学伯克利等世界 知名院校和研究所合作,在生物芯片行业中始终处于国际领先地 位。
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第十二页公司
科学家正着手于将生物芯片技术应用于亲子鉴定中,应用生物芯 片后,鉴定精度将大幅提高。
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27 (五)现代农业
基因芯片技术可以用来筛选农作物的基因突变, 并寻找高产量、抗病虫、抗干旱、抗冷尚待开发。
白质表达谱的分析、蛋白质功能及蛋白质-蛋白质间相互 作用的研究、临床疾病(如肿瘤等) 的诊断和疗效评价、 药物新靶点的筛选和新药的研制等各个领域。
Patrick O. Brown. Quantitative Monitoring of Gene Expression Patterns with a Complementary DNA

《生物信息学课件-探秘基因芯片技术》

《生物信息学课件-探秘基因芯片技术》
《生物信息学课件——探 秘基因芯片技术》
生物信息学领域的基因芯片技术是一项令人激动的前沿技术。本课程将带您 深入探索基因芯片的分类、原理、应用以及优势和挑战。
基因芯片技术概述
1 什么是基因芯片技术?
基因芯片是一种能够高通量检测基因表达或基因变异的生物技术。
2 基因芯片的分类
基因芯片可按照不同的设计策略和应用领域进行分类,如表达芯片和 SNP芯片。
基因变异研究
通过基因芯片,可以探索不同个体之间的基因变异, 有助于了解基因与个体特征之间的关系。
基因芯片技术的优势和挑战
优势
基因芯片技术具有高通量、多样性和高效性等 优点,能够提供大量的基因信息。
挑战
基因芯片技术面临着数据解读的挑战,如数据 质量控制、分析方法选择和结果解释等。
基因芯片在医学领域的应用
基因芯片的原理
1
探究基因芯片的工作原理
基因芯片通过DNA杂交的方式,将样本中
DNA杂交和探针设计
2
的DNA与芯片上的探针结合,并通过染色 技术进行检测。
有效的DNA杂交和探针设计是基因芯片技 术成功的关键,包括序列选择和探针长
度等方面的考虑。
用于研究不同生物状态下基因的表达水 平,从而揭示基因功能与生物过程之间的关联。
1 癌症基因诊断
基因芯片可用于检测癌症相关基因的表达和变异,有助于早期诊断和 个体化治疗。
2 药物治疗个体化
通过基因芯片分析患者的基因变异,可以为个体选择最合适的药物治 疗方案。
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第七章 生物芯片技术Techniques of Bioarray本章提要•生物芯片简介•生物芯片分类•基因芯片的制作•基因芯片的杂交及结果分析•基因芯片的应用本章要求•掌握生物芯片、基因芯片的概念;基因芯片技术的特点;生物芯片的类别。

•熟悉基因芯片的分析流程;基因芯片在现代工农业、生活、医学及科学研究中的应用。

•了解基因芯片的制作方法;基因芯片的杂交特点和基因芯片的结果分析方法。

生物芯片是八十年代末在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术,它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。

世界著名商业杂志《财富》对基因生物芯片领域非常看好,它在其1997年的3月31刊中讲到:“微处理器使我们的经济发生了根本改变、给人类带来了巨大的财富、改变了我们的生活方式。

然而,生物芯片给人类带来的影响可能会更大…...”酵母全基因组芯片第一节 生物芯片简介1.1 生物芯片的定义生物芯片是指通过机器人自动印迹或光引导化学合成技术在硅片、玻璃、凝胶或尼龙膜上制造的生物分子微阵列,根据分子间的特异性相互作用的原理,将生命科学领域中不连续的分析过程集成于芯片表面,以实现对细胞、蛋白质、基因及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。

•基因芯片——又称DNA芯片或DNA阵列,是生物芯片的一种类型,它是将DNA分子固定于支持物上,并与标记的样品杂交,通过自动化仪器检测杂交信号的强度来判断样品中靶分子的数量,进而得知样品中mRNA 的表达量,也可以进行基因突变体的检测和基因序列的测定。

1.2 基因芯片分析流程基因芯片分析的过程主要包括样品制备及其标记处理、芯片制作、分子杂交、信号的检测和数据处理及分析等几个步骤。

•基因芯片的理论基础:•传统的Southern blot和Northern blot是将受检测的样本固定在尼龙膜上,再利用特定的已知探针来检测样本中是否存在互补的DNA序列。

•基因芯片的核心原理与Southern blot和Northern blot相同,只是相反将各种探针固化到基质上,用以检测受检样品中与各种探针互补的核酸物质的变化。

1 样品制备2 DNA提取3 荧光标记4 分子杂交5 信号检测6 点阵分析1.3 基因芯片技术的特点1、基因芯片的优点1)高通量性:可同时并行分析成千上万种分子。

节省时间,并减少系统误差。

2)微型化3)高度自动化4)结果重现性和准确性更高(基因芯片能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,这样就实现了平行化操作,避免了各种误差,使实验结果具有可比性)2、基因芯片的缺点基因芯片技术体系的建立和使用需要较大的投入。

(但是,相对于传统的表达分析技术而言,单个基因分析的成本仍是较低的。

)第二节 生物芯片的分类2.1 按载体材料分类玻璃芯片硅芯片陶瓷芯片玻璃芯片具有易得、荧光背景低、应用方便等优点,目前在国际上广泛使用。

2.2 按点样方式分类1、原位合成芯片(将半导体中的光蚀刻技术运用到DNA合成化学中,以单核苷酸或其他分子大分子为底物,在玻璃晶片上原位合成寡核苷酸)2、微矩阵芯片(目前应用最广泛的基因芯片之一。

具有高密度、制作简便的特点。

其是将用PCR或化学合成等方法得到的DNA或寡核苷酸片段用针点或喷点的方法直接排列到玻片等载体上,从而制备成芯片。

)3、电定位芯片(利用静电吸附的原理将DNA快速定位在硅基质、导电玻璃上。

)芯片实验室的特点:其一、集成性。

目前一个重要的趋势是:集成的单元部件越来越多,且集成的规模也越来越大。

所涉及到的部件包括:和进样及样品处理有关的透析、膜、固相萃取、净化;用于流体控制的微阀(包括主动阀和被动阀),微泵(包括机械泵和非机械泵);微混合器,微反应器,另外还有微通道和微检测器等。

其二、分析速度极快。

Mathies研究小组在一个半径仅为8厘米长的园盘上集成了384个通道的电泳芯片。

他们在325秒内检测了384份与血色病连锁的H63D 突变株(在人HFE基因上)样品,每个样品分析时间不到一秒钟。

其三、高通量。

其四、能耗低,物耗少,污染小。

每个分析样品所消耗的试剂仅几微升至几十个微升,被分析的物质的体积只需纳升级或皮升级。

其五、廉价,安全。

无论是化学反应芯片还是分析芯片由于上述特点随着技术上的成熟,其价格将会越来越廉价。

针对化学反应芯片而言,由于化学反应在微小的空间中进行,反应体积小,分子数量少,反应产热少,又因反应空间体表面积大,传质和传热的过程很快,所以比常规化学反应更安全。

2.4 按芯片使用功能分类(1)测序芯片(2)表达谱芯片(3)基因差异表达分析芯片一组寡核苷酸探针—TATGCAATCTAGCGTTAGATACGTTAGAATACGTTAGATCTACGTTAG由杂交位置确定的一组核酸探针序列GTTAGATC杂交探针组TATGCAATCTAG重组的互补序列靶序列TACGTTAG ACGTTAGAATACGTTACGTTAGATGTTAGATCATACGTTA测序芯片基因表达谱芯片基因差异表达分析芯片第三节 基因芯片的制作固相介质硅片、二氧化硅、玻璃、尼龙膜、塑料等。

靶片段DNA、寡核苷酸、RNA等。

探针mRNA,或是以mRNA为模板合成的cDNA。

标记物常采用荧光剂(如Cy3、Cy5);同位素等。

3.1 用于芯片制作的DNA样品的来源(1)从细胞或组织中提取mRNA 后反转录成cDNA 文库,经测序及生物信息学分析得到代表各个基因的DNA序列,用PCR 扩增技术或DNA 固相合成技术来获取人们所期望的各种基因片段;(2)利用基因组测序数据,经生物信息学分析得到代表各个基因的数据,在利用PCR 技术或DNA 固相合成技术来获取人们所期望的各种基因片段。

3.2 生物芯片的制作方法生物芯片微阵列的制作技术按照制作方法可分为:原位合成和预合成后点样。

原位合成法是由点样系统将探针的组成部分逐步转移到基体上,同时实现探针合成和转移的目的。

预合成后点样是指制备芯片微阵列前,要固定的探针已经合成好,点样系统需要做的就是把这些合成好的样品涂印或喷涂在基体上。

1、原位合成光刻DNA合成法(将半导体工业中的光刻技术和DNA化学合成相结合,把光不稳定保护基团保护的4种DNA模块固定在玻片上,通过光脱保护,用少量的保护寡核苷酸和试剂按照设计的序列进行DNA合成。

)优点:合成的密度和精度优于后两种方法。

缺点:需要花费大量的时间去设计和制造价格很高的照相掩蔽网。

1 通过光刻掩膜曝光2 去保护区域被激活3 固相化合成1个碱基4 通过另一个光刻掩膜曝光5 引入另一个碱基6 重复这一步骤2、预合成后点样(1)接触点样法(将样品直接点在基体上)优点:仪器结构简单、容易研制,是一种快速、经济、多功能的仪器。

缺点:每个样品都必须是合成好、经过纯化、事先保存的。

2202芯片点样仪•生产商 Bio-Rad•性能介绍分辨率:1.25μm(x,y轴)和0.25 μm(Z轴) ,重复性:3 μm球面精确性:l0 μm。

一次制成芯片数:126块芯片每块玻片点样量>82,000个点(2)喷墨法(通过压电晶体或其他推进式从很小的喷嘴内把生物样品喷射到玻璃载体上。

)该法所需的样品都必须是合成好的纯样品(cDNA、染色体DNA和抗体)。

与接触点样法不同之处在于喷嘴不与芯片接触。

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于芯片的相应位点。

玻璃基质基因芯片微 点 阵制备系统3.3 DNA分子在刚性表面的固定制作生物芯片的载体材料必须符合下列要求:(1)载体表面必须适应透射或反射光的测量;(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。

•基因芯片制作的关键就是如何将大量的探针分子固定于支持物上,并保持探针分子的构像处于自然状态,使探针 DNA 分子能自由地与样品分子进行杂交。

第四节 基因芯片的杂交及结果分析4.1 探针的标记标记的方法通常是在反转录的底物中加入带有标记基团的寡核苷酸单体,通过反转录将标记分子掺入cDNA 分子中。

mRNA反转录标记方法直接影响DNA芯片分析结果的准确性及重现性。

Cy3, MW = 765.95 Ex. (nm): 548 Em. (nm): 562 Cy5, MW = 791.99 Ex. (nm): 646 Em. (nm): 6644.2 杂交在一定条件下,分子间氢键的断裂与恢复是 DNA/DNA、DNA/RNA 分子间选择性结合的根本动力,这一过程称之为杂交。

与经典分子杂交的区别:1.杂交时间短,30分钟内完成2.可同时平行检测许多基因序列影响杂交反应的因素:靶分子浓度、探针浓度、靶分子和探针的序列组成、盐浓度及杂交温度和时间等。

4.3 芯片结果读取与扫描仪生物芯片的扫读(扫描)是指将与目的DNA (或RNA)杂交后、或与目的抗原、抗体、或受体等目的靶分子反应结合后的生物芯片上成千上万个点阵的生物反应结果阅读出来,转变成为可供计算机处理的数据。

荧光标记的生物芯片扫描仪按其原理与结构可以分为激光系统扫描仪和CCD系统扫描仪。

•基因芯片杂交结果要用专用的扫描系统读取。

BB AC DE 放大器数模转换器计算机A:激光器 B:滤光片 C:二色镜 D:反光镜 E:关栅基因芯片扫描结果不同的颜色代表一个探针点杂交上的带荧光标记的核酸分子数的差异。

红〉黄〉绿〉蓝〉紫高密度微点阵检测扫描系统基因芯片荧光侦测仪图象分析系统高密度微点阵分析软件4.4 生物芯片的软件系统与数据处理当从芯片发出的荧光转换成数字输出后,数据文件就被定量和翻译,通过重叠芯片像线栅,软件对芯片上的每个点计算平均密度值,从而完成定量,通过对芯片上实验点和对照点的比较,选出杂交点,并定量。

一个完整的生物芯片配套软件应该包括生物芯片扫描仪的硬件控制软件、生物芯片的图像处理软件和数据提取或统计分析软件,以及芯片表达基因的国际互联网上检索和表达基因数据库分析和积累。

第五节 基因芯片的应用1、基因表达分析2、基因型及多态性分析3、杂交测序4、核酸和蛋白质相互作用的研究5、疾病的诊断与治疗6、药物开发7、在营养与食品卫生领域的应用8、在环境科学领域中的应用基因芯片在医学领域的应用一、基因芯片可应用于疾病诊断1)肿瘤的基因诊断例:Affymetrix公司,把P53基因全长序列和已知突变的探针集成在芯片上,制成P53基因芯片,将在癌症早期诊断中发挥作用。

2)用于诊断遗传性疾病例:上海联合基因公司开发了β-地中海性贫血的检测芯片。

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