微生物应用技术-生物芯片
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纳米技术在分子生物学中的应用
PPT：蒋雨浓 主讲人：刘青伦 材料收集：郑亮 李东昂 王亮
Байду номын сангаас
生物芯片技术
生物芯片是基因生物学与纳米技术相结合的产物，它不 同于半导体芯片，它是在很小的几何尺度的表面积上，装配 一种或集成多种生物活性分子，仅用微量生理或生物采样， 即可同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性， 以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。生物 芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片） 和基因芯片（DNA芯片）等几类，都有集成、并行和快速检测 的优点，已经成为21世纪生物医学工程的前沿科技。
蛋白质芯片 应用
4.生化反应的检测 对酶活性的测定一直是临床生
化检验中不可缺少的部分。Cohen用常 规的光蚀刻技术制备芯片、酶及底物加 到芯片上的小室，在电渗作用中使酸及 底物经通道接触，发生酶促反应。通过 电泳分离，可得到荧光标记的多肽底物 及产物的变化，以此来定量酶促反应结 果。动力学常数的测定表明该方法是可 行的，而且，荧光物质稳定。Arenkov 进行了类似的试验，他制备的蛋白质芯 片片的一大优点，可以反复使用多次， 大大降低了试验成本。
蛋白质芯片为蛋白质功能研究提供了新的方法，合成的多肽及来源于细胞的蛋 白质都可以用作制备蛋白质芯片的材料。Uetz将蛋白质芯片引入酵母双杂交研究中，大 大提高了筛选率。建立了含6O0O个酵母蛋白的转化子，每个都具有开放性可阅读框架 （Open Reading Frame，0FR）的融合蛋白作为酵母双杂交反应中的激活区，此蛋白质 芯片检测到192个酵母蛋白与此发生阳性反应。
细胞芯片
不只有DNA或蛋白质，还有整个细胞或器官也能布置在玻璃表面上从而制得细胞芯片或 组织芯片。举例来说，如果你想要找与细胞膜受体成键的配体，你需要布置整个细胞而 不是提纯受体并用其点板。如果矩阵由不同的细胞组成，将会容易地辨认出与细胞特异 性成键配体。这种方法应用将会很广。例如，如果配体与一个特定的癌细胞成键，对照 试剂或者毒素取代物将会连到配体上，然后对每个做图像分析和处理。 相反，小分子或基因排列将会在一个芯片上被制备，而且细胞应用在它上面。当细胞连 接到芯片上的每个遗传材料时，每个基因将会缓慢地释放而且吸收到细胞内，正如病媒 动物的行为一样。如果病媒动物表达细胞表面的受体，受体序列将会在细胞表面上被构 造，为将来的化验做筛选。 大部分芯片实验要求多步样品制备过程，例如DNA、RNA或蛋白质萃取倍增等，在重复时 可能产生不可预知的人为误差和变化。举例来说，RNA样品易于被少量的RNase分解，而 RNase可能由实验者的皮肤或有黏液的组织产生。蛋白质也因环境因素不同程度的改变 本性。为了要减少这些种人为的误差，芯片上的整个制备步骤的自动化引发人们极大的 兴趣，这种方法称作芯片实验室。芯片实验室的成功结果将会得带一个测试芯片去任何 地点测试生物学的样品，例如血液，并进一步实时实地得到想要的数据成为可能。
2.特异性抗原抗体的检测 在CavinM．等人的实验中，蛋白
质芯片上的抗原抗体反应体现出很好的特 异性，在一块蛋白质芯片上10800个点中， 根据抗原抗体的特异性结合检测到唯一的 1个阳性位点。Cavin M．指出，这种特异 性的抗原抗体反应一旦确立，就可以利用 这项技术来度量整个细胞或组织中的蛋白 质的丰富程度和修饰程度。其次利用蛋白 质芯片技术，根据与某一蛋白质的多种组 分亲和的特征，筛选某一抗原的未知抗体， 将常规的免疫分析微缩到芯片上进行，使 免疫检测更加方便快捷。
多元蛋白质芯片模型 1）在格式化的改性表面上，固定配 基； 2）含配基的芯片与蛋白溶液相互作 用，蛋白特异性结合形成蛋白复合 物； 3）对芯片进行检测以确定蛋白间的 相互作用。
蛋白质芯片
蛋白质芯片（生物分子芯片）将生物分子作 为配基，以单一、或面阵、或序列方式固定 在固体芯片表面或表面微单元上。利用生物 分子间的特异结合的自然属性，待测分子与 配基分子在芯片表面会形成生物分子复合物。 然后，检测此复合物的存在与否，达到对蛋 白质的探测、识别和纯化的目的。
蛋白质芯片 应用
3.蛋白质的筛选及研究 常规筛选蛋白质主要是在基因水平上进行，基因水平的筛选虽已被运用到任意
的cDNA文库，但这种文库多以噬菌体为载体，：通过噬菌斑转印技术（plaque life procedure）在一张膜上表达蛋白质。但由于许多蛋白质不是全长基因编码，而且真核 基因在细菌中往往不能产生正确折叠的蛋白质，况且噬菌斑转移不能缩小到毫米范围进 行，所以这种方法的局限性，靠蛋白质芯片弥补。酶作为一种特殊的蛋白质，可以用蛋 白质芯片来研究酶的底物、激活剂、抑制剂等。
细胞芯片
细胞芯片：利用芯片表面微单元的几何尺寸和 表面改性，选择和固定细胞及细胞面密度控制。 通过调节细胞间距等，研究细胞分泌和胞间通 讯。此类细胞芯片还可以用作细胞分类和纯化 等。
新型的细胞芯片应满足以下3个方面的功能: ①在芯片上实现对细胞的精确控制与运输;②在芯片上完成对细胞 的特征化修饰;③在芯片上实现细胞与内外环境的交流和联系。
蛋白质芯片 应用
1.用于基因表达的筛选 AngelikaL．等人从人胎儿脑的cDNA文
库中选出92个克隆的粗提物制成蛋白质芯片， 用特异性的抗体对其也进行检测，结果的准确 率在87%以上，而用传统的原位滤膜技术准确 率只达到63%。与原位滤膜相比,用蛋白质芯片 技术在同样面积上可容纳更多的克隆，灵敏度 可达到pg级。
展 望
细胞芯片
细胞芯片是近年来发展起来的一种检测细胞的新技术，它是 对基因芯片和蛋白质芯片技术的重要补充。随着生物芯片技 术和生物信息学的不断进展，细胞芯片的制作技术将越来越 成熟。细胞芯片技术通过应用免疫细胞化学、原位分子杂交 等原理对细胞基因、蛋白表达水平进行定位检测等研究，已 经在基因检测、基因表达、组分多态性分析、药物开发筛选 和疾病诊断等诸多领域显示出重要的作用，在白血病等肿瘤 的辅助诊断和预后判断方面也有着重要的应用价值。可以预 见，细胞芯片技术作为一种新兴的生命科学领域中细胞水平 的研究手段和传统的研究细胞的方法相结合，将广泛的应用 于生命科学研究及其实践的各个领域。
PPT：蒋雨浓 主讲人：刘青伦 材料收集：郑亮 李东昂 王亮
Байду номын сангаас
生物芯片技术
生物芯片是基因生物学与纳米技术相结合的产物，它不 同于半导体芯片，它是在很小的几何尺度的表面积上，装配 一种或集成多种生物活性分子，仅用微量生理或生物采样， 即可同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性， 以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。生物 芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片） 和基因芯片（DNA芯片）等几类，都有集成、并行和快速检测 的优点，已经成为21世纪生物医学工程的前沿科技。
蛋白质芯片 应用
4.生化反应的检测 对酶活性的测定一直是临床生
化检验中不可缺少的部分。Cohen用常 规的光蚀刻技术制备芯片、酶及底物加 到芯片上的小室，在电渗作用中使酸及 底物经通道接触，发生酶促反应。通过 电泳分离，可得到荧光标记的多肽底物 及产物的变化，以此来定量酶促反应结 果。动力学常数的测定表明该方法是可 行的，而且，荧光物质稳定。Arenkov 进行了类似的试验，他制备的蛋白质芯 片片的一大优点，可以反复使用多次， 大大降低了试验成本。
蛋白质芯片为蛋白质功能研究提供了新的方法，合成的多肽及来源于细胞的蛋 白质都可以用作制备蛋白质芯片的材料。Uetz将蛋白质芯片引入酵母双杂交研究中，大 大提高了筛选率。建立了含6O0O个酵母蛋白的转化子，每个都具有开放性可阅读框架 （Open Reading Frame，0FR）的融合蛋白作为酵母双杂交反应中的激活区，此蛋白质 芯片检测到192个酵母蛋白与此发生阳性反应。
细胞芯片
不只有DNA或蛋白质，还有整个细胞或器官也能布置在玻璃表面上从而制得细胞芯片或 组织芯片。举例来说，如果你想要找与细胞膜受体成键的配体，你需要布置整个细胞而 不是提纯受体并用其点板。如果矩阵由不同的细胞组成，将会容易地辨认出与细胞特异 性成键配体。这种方法应用将会很广。例如，如果配体与一个特定的癌细胞成键，对照 试剂或者毒素取代物将会连到配体上，然后对每个做图像分析和处理。 相反，小分子或基因排列将会在一个芯片上被制备，而且细胞应用在它上面。当细胞连 接到芯片上的每个遗传材料时，每个基因将会缓慢地释放而且吸收到细胞内，正如病媒 动物的行为一样。如果病媒动物表达细胞表面的受体，受体序列将会在细胞表面上被构 造，为将来的化验做筛选。 大部分芯片实验要求多步样品制备过程，例如DNA、RNA或蛋白质萃取倍增等，在重复时 可能产生不可预知的人为误差和变化。举例来说，RNA样品易于被少量的RNase分解，而 RNase可能由实验者的皮肤或有黏液的组织产生。蛋白质也因环境因素不同程度的改变 本性。为了要减少这些种人为的误差，芯片上的整个制备步骤的自动化引发人们极大的 兴趣，这种方法称作芯片实验室。芯片实验室的成功结果将会得带一个测试芯片去任何 地点测试生物学的样品，例如血液，并进一步实时实地得到想要的数据成为可能。
2.特异性抗原抗体的检测 在CavinM．等人的实验中，蛋白
质芯片上的抗原抗体反应体现出很好的特 异性，在一块蛋白质芯片上10800个点中， 根据抗原抗体的特异性结合检测到唯一的 1个阳性位点。Cavin M．指出，这种特异 性的抗原抗体反应一旦确立，就可以利用 这项技术来度量整个细胞或组织中的蛋白 质的丰富程度和修饰程度。其次利用蛋白 质芯片技术，根据与某一蛋白质的多种组 分亲和的特征，筛选某一抗原的未知抗体， 将常规的免疫分析微缩到芯片上进行，使 免疫检测更加方便快捷。
多元蛋白质芯片模型 1）在格式化的改性表面上，固定配 基； 2）含配基的芯片与蛋白溶液相互作 用，蛋白特异性结合形成蛋白复合 物； 3）对芯片进行检测以确定蛋白间的 相互作用。
蛋白质芯片
蛋白质芯片（生物分子芯片）将生物分子作 为配基，以单一、或面阵、或序列方式固定 在固体芯片表面或表面微单元上。利用生物 分子间的特异结合的自然属性，待测分子与 配基分子在芯片表面会形成生物分子复合物。 然后，检测此复合物的存在与否，达到对蛋 白质的探测、识别和纯化的目的。
蛋白质芯片 应用
3.蛋白质的筛选及研究 常规筛选蛋白质主要是在基因水平上进行，基因水平的筛选虽已被运用到任意
的cDNA文库，但这种文库多以噬菌体为载体，：通过噬菌斑转印技术（plaque life procedure）在一张膜上表达蛋白质。但由于许多蛋白质不是全长基因编码，而且真核 基因在细菌中往往不能产生正确折叠的蛋白质，况且噬菌斑转移不能缩小到毫米范围进 行，所以这种方法的局限性，靠蛋白质芯片弥补。酶作为一种特殊的蛋白质，可以用蛋 白质芯片来研究酶的底物、激活剂、抑制剂等。
细胞芯片
细胞芯片：利用芯片表面微单元的几何尺寸和 表面改性，选择和固定细胞及细胞面密度控制。 通过调节细胞间距等，研究细胞分泌和胞间通 讯。此类细胞芯片还可以用作细胞分类和纯化 等。
新型的细胞芯片应满足以下3个方面的功能: ①在芯片上实现对细胞的精确控制与运输;②在芯片上完成对细胞 的特征化修饰;③在芯片上实现细胞与内外环境的交流和联系。
蛋白质芯片 应用
1.用于基因表达的筛选 AngelikaL．等人从人胎儿脑的cDNA文
库中选出92个克隆的粗提物制成蛋白质芯片， 用特异性的抗体对其也进行检测，结果的准确 率在87%以上，而用传统的原位滤膜技术准确 率只达到63%。与原位滤膜相比,用蛋白质芯片 技术在同样面积上可容纳更多的克隆，灵敏度 可达到pg级。
展 望
细胞芯片
细胞芯片是近年来发展起来的一种检测细胞的新技术，它是 对基因芯片和蛋白质芯片技术的重要补充。随着生物芯片技 术和生物信息学的不断进展，细胞芯片的制作技术将越来越 成熟。细胞芯片技术通过应用免疫细胞化学、原位分子杂交 等原理对细胞基因、蛋白表达水平进行定位检测等研究，已 经在基因检测、基因表达、组分多态性分析、药物开发筛选 和疾病诊断等诸多领域显示出重要的作用，在白血病等肿瘤 的辅助诊断和预后判断方面也有着重要的应用价值。可以预 见，细胞芯片技术作为一种新兴的生命科学领域中细胞水平 的研究手段和传统的研究细胞的方法相结合，将广泛的应用 于生命科学研究及其实践的各个领域。