生物信息学与基因芯片.ppt

关于生物信息学与基因芯片***第一节：概述什么是生物芯片（biochip）？生物芯片是指采用光导原位合成或微量点样等方法，将大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等生物样品有序地固定于支持物的表面，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中的靶分子杂交，通过特定的仪器对杂交信号的强度进行快速、并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量。由于常用玻片/硅片作为固相支持物，且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术，所以称为生物芯片技术。第2页,共30页，星期六，2024年，5月**根据芯片上固定的探针不同，生物芯片包括：基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，根据原理还有元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。第3页,共30页，星期六，2024年，5月**一、基因芯片简介（一）基因芯片的基本原理及生物信息学的作用基因芯片（genechip），又称DNA微阵列（microarray），是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列，其工作的基本原理是通过杂交检测信息。基因芯片把大量已知序列探针集成在同一个基片上，经过标记的若干靶核酸序列通过与芯片特定位置上的探针杂交，便可根据碱基互补匹配的原理确定靶基因的序列。通过处理和分析基因芯片杂交检测图像，可以对生物细胞或组织中大量的基因信息进行分析。第4页,共30页，星期六，2024年，5月**基因芯片的类型（一）基因芯片按其材质和功能，可以分为一下几类：元件型微阵列芯片生物电子芯片凝胶元件微阵列芯片药物控制芯片通道型微阵列芯片毛细管电泳芯片PCR扩增芯片集成DNA分析芯片毛细管电层析芯片生物传感芯片光学纤维阵列芯片白光干涉谱传感器芯片第5页,共30页，星期六，2024年，5月**基因芯片的类型（三）按基因芯片的支持物，可以分为：薄膜型：如聚丙烯膜、硝酸纤维素膜、尼龙膜等。其点阵通过“点膜”形式制作，并通过一定的方法使探针能够牢固地结合在上面。玻片型：其点阵通过原位合成技术制作，点阵密度很高，必须借助于特殊的仪器对测定结果进行解读和分析。微板型：一种具有高密度、小容量测试孔的小型酶联免疫检测板集成电路型：将杂交技术与微电子技术结合于一体有目的地通过电子装置检测或控制DNA等生物大分子的作用过程。第6页,共30页，星期六，2024年，5月**基因芯片的类型（二）按基因芯片点阵的制备方法，可以分为：原位合成适用于寡核苷酸。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。两种途径：光刻法：可合成30nt左右，每步缩合率较低为95％左右，产率仅20％，需要特殊的合成试剂。压电打印法：可合成50nt左右，每步缩合率为99％以上，产率可达74％不需要特殊的合成试剂。直接点样多用于大片段DNA，有时也用于寡核苷酸，甚至mRNA。将合成好的探针、cDNA、基因组通过特定的高速点样机器人直接点在芯片上。优点：方法较原位合成简单，定量准确，重现性好，使用寿命命长。缺点：喷印的斑点大，探针密度低。第7页,共30页，星期六，2024年，5月**根据探针的类型和长度，基因芯片可分为两类。其中一类是较长的DNA探针（?100mer）芯片这类芯片的探针往往是PCR的产物，通过点样方法将探针固定在芯片上，主要用于基因的表达分析。另一类是短的寡核苷酸探针芯片其探针长度为25mer左右，一般通过在片（原位）合成方法得到，这类芯片既可用于RNA的表达监控，也可以用于核酸序列分析。根据探针的内容：寡核苷酸芯片、cDNA芯片和Genomic芯片根据探针模式：一是将靶DNA固定于支持物上，适合于大量不同靶DNA的分析；二是将大量探针分子固定于支持物上，适合于对同一靶DNA进行不同的探针序列的分析从应用方面：研究基因型和监控RNA表达。第8页,共30页，星期六，2024年，5月**基因芯片的相关技术包括：基因芯片的设计，基因芯片的制备、靶基因的制备、杂交和检测、检测结果分析等。第9页,共30页，星期六，2024年，5月**（二）基因芯片制备基因芯片的制备主要有两种基本方法：基因芯片的制