基因芯片技术及其应用ppt课件.ppt

基因芯片技术及其应用DNAMicroarrayTechnologyanditsApplication,南方医科大学基因工程研究所所长教授、博士生导师马文丽博士,1,一、背景介绍二、应用领域三、前景展望,2,一、背景介绍,1、基因芯片概念,基因芯片,电子芯片,集成电子线路,集成分子线路,3,2、基因芯片技术发展概况,基因芯片技术的研制开发起始于上世纪九十年代初，美国国家自然科学基金首先资助了两个DNA芯片的制作方案。,打印式基因芯片,原位光刻基因芯片,一、背景介绍,4,第一种方案是斯坦福大学的P.Brown实验室提出的点阵打印式基因芯片，将DNA合成出来，然后制成点样液并显微点印在平方厘米的固体介质表面。,2、基因芯片技术发展概况,一、背景介绍,5,第二种方案是美国Affymetrix公司研制出来的。其原理与计算机芯片类似，即采用激光引导的原位光刻技术，使DNA片段的序列在原位合成延伸。,2、基因芯片技术发展概况,一、背景介绍,6,微型化、集成化高通量、平行化同时检测多个基因的改变,2、基因芯片技术发展概况,一、背景介绍,飞速发展,7,平均每年增长94%,平均每年增长57%,2000多家如PackerMotorola,发表论文专利申请参与公司,2、基因芯片技术发展概况,一、背景介绍,8,20世纪科技史上两件影响深远的事：一是微电子芯片，计算机和许多家电的心脏，它改变了我们的经济和文化生活，并已进入每一个家庭；二是基因芯片，它将改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平。,2、基因芯片技术发展概况,一、背景介绍,9,二、基因芯片的应用领域,科学研究,临床疾病诊断,环境检测,药物研究开发,法医学鉴定,动植物检疫,食品检测,军事应用,健康管理,运动医学,10,1、基因芯片在科学研究中的应用,1994年2011.9年,二、基因芯片的应用领域,microarrayORgenechip,79632篇,11,近7(2011.9前)年来公开发表的与基因芯片相关的学术论文,12,（1）SNP（SingleNucleotidePolymorphism)芯片的应用:即单核苷酸多态性芯片，指基因组中微小的基因序列差异。研究基因多态性与疾病易感性的关系识别特殊SNP谱图,1、基因芯片在科学研究中的应用,二、基因芯片的应用领域,13,（2）mCGH的应用：CGH(comparativegenomehybridization）即比较基因组杂交。即比较基因组杂交与DNA芯片技术结合形成mCGH技术，可高通量地比对基因组的结构和组成，在肿瘤、新药研究、药物敏感性以及新疗法的开拓中已开始发挥着重要的作用。,1、基因芯片在科学研究中的应用,二、基因芯片的应用领域,14,（3）基因表达谱芯片：可以高通量地检测基因表达信息。,1、基因芯片在科学研究中的应用,二、基因芯片的应用领域,15,（4）功能基因组研究：基因芯片的高通量、平行化、快速化等特点，为功能基因组学的研究提供了可靠平台，使大规模研究各物种功能基因组成为可能。,1、基因芯片在科学研究中的应用,二、基因芯片的应用领域,16,（5）生物信息学研究：基因芯片应用过程中产生的海量数据，为生物信息学研究提供了极好的平台。根据数据的归类，分析基因表达或比较基因组的差异，可探索这些差异所反映出的生物学功能或机制。目前的主要瓶颈是软件开发方面。,1、基因芯片在科学研究中的应用,二、基因芯片的应用领域,17,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,18,19,（1）早期诊断,组织,脏器,个体全身,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,20,对HIV、HBV、HCV等病毒感染的检测方面，基因芯片同样可以发挥其特殊的优势。基因芯片还可以发现早期窗口期的病例，从而为血库检验提供更加精密的技术，使血库用血的生物安全性得到保证。,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,（1）早期诊断,21,肿瘤早期诊断：而全基因组芯片则可从分子水平上对全基因组进行扫描，发现机体在基因组或基因表达水平最早期的差异。因此又称为分子水平的CT，可用于肿瘤的早期发现。,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,（1）早期诊断,22,根据基因芯片的高通量性，把多个病原体的基因探针显微集成到同一芯片上，还可以实现对多个相关的病原体进行诊断和鉴别诊断。,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,（2）鉴别诊断,23,呼吸系统感染消化系统感染,（2）鉴别诊断,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,24,2003年4月,与严重急性呼吸综合征（SARS)相关的一种新型冠状病毒的基因组全序列被测定。,针对SARS冠状病毒全长基因组，可设计多个靶探针检测位点,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,（3）急性传染病快速诊断,25,SARS发病急、传染快，只有对病人给予早期、快速和准确的诊断和隔离,才能有效地消除传染源。采用常规的临床诊断技术，敏感性低，产生假阳性或假阴性，且靶抗原或靶基因位点受局限，不易快速、敏感和准确的诊断。,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,（3）急性传染病快速诊断,26,根据SARS冠状病毒的TOR2株为参考序列,通过设计出30条特异的60mer寡核苷酸（oligo）,制备oligo基因芯片,可用于SARS-CoV的的检测。,ATCGTCCAGTACT.,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,（3）急性传染病快速诊断,27,（4）用于慢性病检测及康复效果评定,心血管病,骨质疏松,糖尿病,2、在临床疾病诊断中的应用,二、基因芯片的应用领域,肥胖症,28,3、基因芯片在健康管理中的应用,随着经济发展、人民生活水平提高以及人类疾病谱的改变，医疗模式正在由预防、治疗为主逐步转变为预防保健为主。,二、基因芯片的应用领域,29,上医治未病-中医治人，下医治病。,我们的祖先已认识到对疾病应“未雨稠缪、防患未然”的重要性,3、基因芯片在健康管理中的应用,二、基因芯片的应用领域,30,发达国家-发展预防医学，促进大众健康,在日本每330人：1名营养保健师,在英国：全科医生在美国：家庭医生,3、基因芯片在健康管理中的应用,二、基因芯片的应用领域,31,75%亚健康状态,20%患病者,5%健康,3、基因芯片在健康管理中的应用,二、基因芯片的应用领域,32,Agilent全基因组芯片,全基因组芯片，可以对机体的全部基因进行定时监测扫描，建立健康基因表达谱，为健康管理提供”分子快照”。,可用于健康管理的全基因组基因芯片（44K）,3、基因芯片在健康管理中的应用,二、基因芯片的应用领域,建立健康人全基因组表达谱,33,环境检测药物研究开发生物武器防御法医学鉴定动植物检疫,4、基因芯片在其它领域中的应用,二、基因芯片的应用领域,34,基因芯片的飞速发展引起世界各国的广泛关注和重视。1998年6月29日美国宣布正式启动生物芯片计划，世界各国也开始加大投入，以基因芯片为主的生物芯片产业正在全球崛起。,三、前景,国际形势,35,三、前景,通用电器公司进入基因技术领域,700亿美金收购AmershamInc.具有code-link基因芯片技术,国际形势,36,公共卫生问题,三、前景,国内情况,37,38,展望,39,剖面图,克隆并体外表达蜘蛛丝基因体外