第七章生物信息学与生物芯片技术预案.ppt

主要内容 §7.1 基因芯片原理与应用 §7.2 蛋白质芯片原理与应用 1995年秋天，在斯坦福大学做博士后的Mark Schena(M.谢纳）等人在Science杂志上发表论文，第一次成功地应用了基因芯片技术对拟南芥的基因表达进行了分析。标志着基因芯片进入了广泛应用的新阶段。 Mark Schena, Dari Shalon, Ronald W. Davis, and Patrick O. Brown. Quantitative Monitoring of Gene Expression Patterns with a Complementary DNA Microarray. Science , 1995: 467-470. （二）基因芯片的制备（主要有两种基本方法） （三）样品制备及芯片杂交 根据基因芯片的检测目的不同,可以把样品制备方法分为： 1）用于表达谱测量的mRNA样品制备 2）用于多态性(或突变)研究的基因样品的制备 （四）杂交信号检测 对于用荧光素标记经扩增（也可用其他放大技术）的序列或样品，与芯片上的探针进行杂交，然后冲洗，采集荧光图像。 图像的采集用荧光显微镜、激光共聚焦显微镜、激光扫描仪、半导体传感器等进行。 三、生物信息学在基因芯片中的应用 生物信息学在基因芯片中的应用主要体现在三个方面: 确定芯片检测目标 芯片设计 实验数据管理与分析 2　DNA序列突变检测分析 有两种方法可以进行已知突变点的分析: 一种方法是对于目标序列上已知的突变点，以该点为中心，从目标序列选取一个片段，作为设计探针的参考序列。根据参考序列，分别设计四个高度特异的探针，这四个探针除中心位置外均相同并与参考序列互补。 另一种方法是对于目标序列上已知的突变点，分别设计四组探针，其中每一组探针分别检测一种核苷酸替换。同一组中的各个探针长度相同，相互之间交叠，并且每个探针均覆盖对应的突变点。 4、基因表达分析 基因表达是以基因的DNA为模板进行mRNA转录和蛋白质翻译合成的过程，各种基因的表达存在差异，一种组织中不同基因表达水平的差异可达1万倍。功能基因研究的一种重要的方法就是采用高通量基因表达检测技术，全面分析基因的表达水平，了解基因的功能。 考试题型 1、名词解释 2、填空题 3、选择题 4、简答题 5、论述题 5、寻找新基因 在缺乏任何序列信息的条件下，基因芯片也可用于基因发现。如HME基因和黑色素瘤生长刺激因子就是通过基因芯片技术发现的。 目前，大量涌现的人类ESTs给cDNA微阵列提供了丰富的序列资源，数据库中ESTs代表了人类基因，因此ESTs微阵列可在缺乏其它序列信息的条件下用于基因发现和基因表达检测，从而加快人类基因组功能分析的进程。 §7.2 蛋白质芯片原理与应用 蛋白质芯片的提出 DNA芯片的成功证明了生物芯片是可行的 　　DNA芯片对医学与生物学研究产生了巨大影响 　　DNA芯片成为研究活体基因组的强有力工具 DNA芯片不能作为蛋白质检测的直接依据 　　mRNA与蛋白质表达水平不直接相关 蛋白质组计划需要一种新的蛋白质分析技术 尽管还存在许多问题, 2000年秋天, Schreiber小组展示了他们可以制造高密度蛋白质芯片并且保持蛋白质成键能力的技术。 　　蛋白芯片技术的基本原理是将各种蛋白质有序地固定于滴定板、滤膜和载玻片等各种载体上成为检测用的芯片；然后，用标记了特定荧光抗体的蛋白质或其他成分与芯片作用，经漂洗将未能与芯片上的蛋白质互补结合的成分洗去；再利用荧光扫描仪或激光共聚焦扫描技术，测定芯片上各点的荧光强度，通过荧光强度分析蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系，由此达到测定各种蛋白质功能的目的。 一、蛋白质芯片基本原理 蛋白质固定（探针） 杂交 扫描成像或进行质谱分析 蛋白质功能鉴定 1）保持蛋白质的活性。 2）保证蛋白质正确定位。 3）与现存的mRNA芯片研究工具要相兼容。 4）缺乏与PCR等价的蛋白质扩增技术，因而对低丰度蛋白质的检测是蛋白质芯片技术的极大挑战。 蛋白质芯片要解决的问题： 蛋白质活性保持 　　在制备芯片过程中,为了保证被固定在载体上的蛋白质依然保持天然的构象和生物学活性,他们在蛋白质点样的磷酸缓冲液（PBS)中加入40 %的甘油,以防止因液体的蒸发而造成的蛋白质变性。 弹性蛋白模拟物 亮氨酸链 蛋白质固定 化学表面型蛋白质芯片和生物表面型蛋白质芯片。化学表面芯片又可分为疏水型、亲水型、弱阳离子、强阴离子、金属离子螯合、特异结合等，以适用检测不同情况下蛋白表达。生物表面芯片人又可分为抗原-抗体、受体-配体、DNA－蛋白质、酶等芯片。 二、蛋白质芯片的应用 蛋白质芯片技术具有快速、并行、自动化和高通量