第五章 基因芯片.ppt

基因表达谱芯片应用最为广泛，技术上也最成熟。 这种芯片可以检测整个基因组范围的众多基因在mRNA表达水平的变化。它能对来源于不同个体、不同组织、不同细胞周期、不同发育阶段、不同分化阶段、不同生理病理、不同刺激条件下的组织细胞内基因表达情况进行对比分析。从而对基因群在个体特异性、组织特异性、发育特异性、分化特异性、疾病特异性、刺激特异性的变化特征和规律进行描述。进一步阐明基因的相互协同、抑制、互为因果等关系。 * 有助于理解基因及其编码的蛋白质的生物学功能，并从已知生物学功能的基因推论未报道基因的生物学意义。同时，还可在基因水平上解释疾病的发病机理，为疾病诊断、药效跟踪、用药选择等提供有效手段。 急性白血病、黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌等表达谱芯片的研究。 * 2.基因型及多态性分析 利用结合在玻璃支持物上的等位基因特异性寡核苷酸(ASOs)微阵列建立了简单快速的基因多态性分析方法。 将ASOs共价固定于玻璃载片上，采用PCR扩增基因组DNA，其一条引物用荧光素标记，另一条引物用生物素标记，分离两条互补的DNA链，将荧光素标记DNA链与微阵列杂交，通过荧光扫描检测杂交模式，即可测定PCR产物存在的多种多态性，该方法对人的酪氨酸酶基因第4个外显子内含有的5个单碱基突变进行分析，结果显示单碱基错配与完全匹配的杂交模式非常易于区别。这种方法可快速、定量地获得基因信息。 * 3.杂交测序 人类基因组计划的实施促进了更高效率的、能够自动化操作的测序方法的发展。芯片技术中杂交测序(sequencing byhybridization,SBH)技术及邻堆杂交(contiguous stacking hybridization,CSH)技术即是一种新的高效快速测序方法。 * SBH技术的效率随着微阵列中寡核苷酸数量与长度的增加而提高，但微阵列中寡核苷酸数量与长度的增加则提高了微阵列的复杂性，降低了杂交准确性。 CSH技术弥补了SBH技术存在的弊端，CSH技术的应用增加了微阵列中寡核苷酸的有效长度，加强了序列准确性，可进行较长的DNA测序。计算机模拟论证了8聚寡核苷酸微阵列与5聚寡核苷酸邻堆杂交，相当于13聚寡核苷酸微阵列的作用。可测定数千个核苷酸长的DNA序列。 * 4. 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 基因芯片在感染性疾病、遗传性疾病和肿瘤等疾病的临床诊断方面具有独特的优势： 与传统检测方法相比，它可以在一张芯片同时对多个病人进行多种疾病的检测； 无需机体免疫应答反应，能及早诊断，待测样品用量小； 能检测病原微生物的耐药性，病原微生物的亚型；极高的灵敏度和可靠性； 检测成本低，自动化程度高，利于大规模推广应用。 这些特点使得医务人员在短时间内，可以掌握大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。 * 5.基因功能研究 在基因组学和后基因组学研究中，基因芯片起到重要的作用。 应用基因芯片可以开展DNA测序、基因表达检测、基因突变性、基因功能研究、寻找新基因、单核苷酸多态性（SNP）测定等研究。 与传统的Northern blot杂交或点杂交方法相比，基因芯片技术具有大规模平行处理的能力。 * 6.在营养与食品卫生领域的应用 采用基因芯片技术研究营养素与蛋白和基因表达的关系，将为揭示肥胖的发生机制及预防打下基础。 用于营养与肿瘤相关基因表达的研究，如癌基因、抑癌基因的表达与突变，营养与心脑血管疾病关系的分子水平研究。 食品营养成分的分析、食品中有毒、有害成分的分析和检测等。 * 7.在环境科学领域中的应用 可以快速检测污染微生物或有机化合物对环境、人体、动植物的污染和危害； 通过大规模的筛选寻找保护基因，制备防治危害的基因工程药品、或能够治理污染源的基因产品。 * 8.农业和畜牧业 利用基因芯片技术，对有重要经济价值的农作物和水果等的基因组进行大规模高通量的研究，筛选农作物的基因突变，并寻找高产量、抗病虫、抗干旱、抗冷冻的相关基因，以开发高技术含量、高附加值的新产品。 利用基因芯片技术筛选、开发高效低毒的生物农药。 * 9.军事和司法 美国已有部分公司得到政府的资助开发生物战病原体检测系统。 在司法领域，国外的公司正在开发便携式DNA芯片检测装置，它可以直接在犯罪现场对可能是疑犯留下来的头发、唾液、血液、精液等进行分析，并立刻与DNA罪犯指纹库系统存储的DNA“指纹”进行比较，以尽快、准确的破案。 我国上海的司法部司法鉴定科学技术研究所第一个“罪犯DNA数据库”在99年9月7日通过了专家鉴定，利用DNA破案将成为一种重要的破案手段。 基因芯片还可作亲子鉴定等方面的工作。 * * 生物芯片 可识别的有序点阵集合上