基因芯片原理及数据分析01

基因芯片技术
基因芯片分类
根据功能
基因表达谱芯片 DNA测序芯片 疾病监测的诊断类芯片 。。。
根据探针类型
Cdna 寡核苷酸
基因芯片技术
基因芯片分类

按制备方式
原位合成：指根据预先设计的点阵序列在每个位点通过有机合成的
方式直接聚合得到所要求的探针分子。聚合之后芯片片基的制作即 告结束。--Affymetrix公司研制 安捷伦公司 点样法（1）首先是探针库的制备, 根据基因芯片的分析目标从相关 的基因数据库中选取特异的序列进行PCR扩增或直接人工合成寡核 苷酸序列，（2）然后通过计算机控制的三坐标工作平台用特殊的针 头和微喷头分别把不同的探针溶液逐点分配在玻璃、尼龙以及其它 固相基片表面的不同位点上，通过物理和化学的方法使之固定 该方法各技术环节均较成熟，且灵活性大，适合于研究单位根据需要 自行制备点阵规模适中的基因芯片 –斯坦福大学
1990: first high-density Nylon filter Arrays (Lennon/Lehrach, 1991, Trends Genet., Review) 1995: cDNA-Microarrays described by Schena et al, Science 1996: Affymetrix Genechip Technology described by Lockhart et al, Nat. Biotechnol
基因芯片技术
什么是生物芯片(Biochips)？
生物芯片是将大量生物识别 分子按预先设置的排列固定于一 种载体（如硅片、玻片及高聚物 载体等）表面，利用生物分子的 特意性亲和反应，如核酸杂交反 应，抗原抗体反应等来分子各种 生物分子存在的量的一种技术。
生物芯片包括： DNA芯片 蛋白质芯片 组织芯片 其它芯片
基因芯片原理及数据分析
杨德印 生物信息学系
参考教材和资料
《基因芯片数据分析与处理》李瑶 化学工业出版社 2006年 《生物芯片分析》 [美]M.谢纳 著 科学出版社 《DNA芯片技术的方法与应用》 马文丽 郑文岭 广东科 技出版社 《生物芯片技术》 邢婉丽 程京 清华大学出版社 《生物芯片技术》 陈忠斌 化学工业出版社 《基因芯片与功能基因组》 李瑶 化学工业出版社 Google,ncbi,endnote:网络资源，文章（Paper） 相关关键词microarray,gene chip，gene expression
基因芯片的缺点在于其 不能对待检测基因在多细胞 类型组织中的精确定位进行 判断。另外很多蛋白质调节 其功能不主要是依赖其是否 表达或表达量高低，而是依 赖蛋白质磷酸化-去磷酸化等 方式。在这种情况下，用核 酸类生物芯片就没有什么意 义了，蛋白类芯片可能会有 所作为的。 从数据分析的角 度，高维，小样本，高噪。
基因芯片技术
基因芯片的应用

发育
相同的遗传物质，不同的细胞形状、大小、功能等
全基因组表达谱研究-〉分子调控

疾病研究
不同疾病导致不同的基因表达异常
比较正常组织和疾病组织的表达谱差异-〉疾病发生的分子基础-〉预防和治 疗

药物发现
很多药物通过与特定的药靶结合，抑制蛋白质的功能，影响基因的表达



基因芯片的概念


基因芯片(Gene chip) 指对数以千记的DNA片段同时进 行处理分析的技术，诸如基因组DNA突变谱和 mRNA表 达谱的检测等。 该技术系指将大量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进行大量的基因表达及监测等方面 研究的最新革命性技术。 探针：所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，在探 针上连接一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用 基因探针到基因混合物中识别特定基因。它将大量探针分 子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检 测杂交信号的强度及分布来进行分析。

内容
基因芯片技术（概念、制作过程、应用等） 基因芯片数据分析一般流程和主要内容

课程目的
基因芯片分析流程
生物学问题 实验设计 芯片实验 图像采集和处理（图像分析） 预处理和标准化 聚类分析 差异表达基因分析 判别分析 基因网络分析
生物学解释和验证
基因芯片数据分析
基因芯片的产生
人类基因组计划完成，人类基因组研究的 重心逐渐进入后基因组时代 （ Postgenome Era）向基因的功能及基因 的多样性倾斜 ，基因芯片正是迎合这一需 要产生的
基因芯片技术
基因芯片的优点

基因芯片的最大优点在于其 高通量。传统方法检测众多 基因要经历多次实验而且自 动化程度低，因而每次实验 之间是存在系统误差的。基 因芯片可以克服这个缺点， 众多基因的探针的标记、杂 交等过程是在一次实验过程 中完成的，而且自动化程度 高，数据客观可靠。
基因芯片技术
基因芯片的缺点
基因芯片示例图片
基因芯片技术
基因芯片原型
基因芯片技术
基因芯片的制作、检测
基因芯片技术
基因芯片的其他称呼

通常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以基因芯 片(gene chip)又称DNA芯片,DNA微阵列(DNA microarray)。 DNA芯片为生物芯片(biochip )的一 种，基因芯片是生物芯片中应用最广泛、技术最成 熟的一种,它来源于计算机芯片.一块基因芯片相当 于一个集成处理器,其中的每个探针相当于一个探头, 能对相关及大量信息实现同时、自动和快速的采集、 传输、分析和处理,做出相应的检测和诊断.
基因芯片技术在不同学科和技术的基础上发 展起来的。
基因芯片技术
基因芯片的技术发展历史
Southern & Northern Blot
Dot Blot
Macroarray
Microarray
基因芯片技术

Based on Southern BIot Technology (Edward Southern, 1975, J. Mol. Biol.)
比较病人疾病发生的过程和用药过程基因表达的变化情况-〉药物发现、毒理 研究和临床Байду номын сангаас效研究-〉降低成本、缩短研发周期、降低药物的毒副作用等