基因芯片技术及其应用

1、基因芯片技术和应用例子，目的，记录，1，2，3，4，5，定义，基因芯片的分类，基因芯片的原理，基因芯片技术的4个技术要素，基因芯片技术的应用，定义， 基因芯片技术采用寡核苷酸原位合成和微印刷方法，将数万个DNA探针固化在支撑体表面，生成二维DNA探针序列，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号快速、并行、有效地检测生物样品特征：高吞吐量、高集成、微细化、平行化、多样化、自动化。 基因芯片的分类根据其基板分为无机基板芯片和有机合成基板芯片。 根据其应用，可分为表达谱芯片、诊断芯片、检测芯片。 根据其结构，可分为DNA阵列和寡核苷酸芯片。 根据其制造方法，分为原位合成芯片和合成后交联芯片(合成

2、后点样品芯片)。 基因芯片的原理是基于核酸分子碱基间(A-T/G-C )互补配对的原理，利用分子生物学、基因组学、信息技术、微电子、精密机械和光电子等技术，将一系列短已知序列的寡核苷酸探针排列在特定的固相表面上构成微晶格标记的样品分子和微晶格上的DNA杂交，实现了多到数万个分子间的杂交反应，从杂交模式构建了目标DNA序列，达到了高吞吐量大规模分析样品中多个基因的表达情况和特定基因(DNA )分子的存在的目的。 基因芯片技术的四个技术环节，1、芯片的制造主要是原位合成法和直接点样品法。 原位合成法适用于寡核苷酸的点花纹法多用于大片段，同时也用于寡核苷酸。 原位合成法有光导合成法和压电合成法。 其

3、优点是反应量多、探针密度高，而且可以与其他芯片制造方法并用，该方法的缺点是探针长度短，一般为2050bp。 点图案法分为接触式点图案和非接触式点图案，也称为喷墨式印刷。 点图案法成本高，因此适合芯片上需要同一探针，还是探针为长链DNA。 2、样品的制备和标记从检测细胞和组织中分离DNA和RNA，经过逆转录、PCR扩增、末端标记等操作，标记主要有荧光标记、生物素和同位素标记，目前常用的荧光素标记，提高检测灵敏度和使用者的安全性。 3、杂交反应是固液的反相交杂，探针分子固定在芯片表面，与液相的目标分子发生反应。 但是，杂交条件的选择必须考虑杂交反应体系中的盐浓度、探针G-C含量和带电量、探针与芯片

4、之间连接臂的长度和种类、基因二次结构的影响等多方面因素。 由于基因芯片的影响因素很多，应合理设置异种核酸的平行实验、核酸的质量、检测对照、封闭对照、规范化对照，以保证结果的准确性和再现性。 4、信号检测和分析芯片杂交结束后，需要进行信号的采集和分析。 根据使用的标记的不同，检测方法也不同。 常用的荧光标记法使用激光共集成荧光扫描仪进行信号检测。 激光共焦扫描仪的激光光源可以产生激发不同荧光色素的光，当探针和测定的核酸完全成对时，荧光信号的强度是单一或单一不匹配碱基探针的535倍，荧光信号的强度也与样品中的目标分子的含量具有一定的线性关系新发展的纳米金标记，用银放大后可以直接用肉眼观察，具有非常

5、好的灵敏度(超过荧光标记法的100倍)和特异性。 基因芯片技术的应用，一、在食品中的应用，细菌污染的检测是食品中最常见的污染，食品中致病性细菌的检测是食品卫生安全检测的重要方面。 Anthony等人确立了4h以内病原细菌的快速诊断方法。 他们采用该方法测定158例经血培养判定为阳性的样品，符合率为79.7%。卡尔等对大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒菌、空肠弯曲菌4种细菌采用基因芯片检测方法，其检测结果不仅比传统方法灵敏度高，操作简单，重现性好，节省了很多时间，大幅度提高了4种细菌的诊断效率。 2、对转基因食品转基因食品的安全性的检测仍有很大的争论，可以利用基因芯片技术快速准确地检测样品是否是转基因食品

6、。 只要将目前共通的报告基因、抗性基因、启动子和终止子的特异片段与检测芯片和检测产品的DNA进行交配，就能判断检测样品是否为转基因产品。 该技术检测的可靠性通过大豆、玉米、油菜、棉花等农作物样品的检测结果证实。 另外，还可以利用该技术筛选转基因所需的目的基因。 3、检测食品营养成分的传统检测方法检测食品营养成分非常麻烦，当然要鉴定食品的种类和性质。 基因芯片技术研究食品的营养成分，快速准确地鉴定食品的种类和性质。 Lyakhovich等应用DNA芯片技术检测经1，25羟基维生素D3处理的乳腺癌细胞FGF 7的表达，发现在mRNA水平和蛋白水平均明显增加，首次表明可以通过调节FGF 7的表达来调

7、节细胞的生长分化二、在医药领域的应用一、使用发现药物作用的新目标基因芯片技术，可以比较正常组织细胞和病变组织细胞中大量(达数千)基因的表达差异，将一系列疾病相关基因或致病性新基因作为药物筛选目标发现药物作用新目标KumarSinha等人利用DNA芯片，在乳腺癌或其他癌细胞中检测脂肪酸合成酶(fattyacidsynthesis，FAS )基因的过度表达，酪氨酸酶抑制剂抑制FAS基因表达是乳腺癌细胞的凋亡表明FAS基因及其相应的信号通路与乳腺癌的发生有关，有可能作为治疗和药物筛选的新靶点。 Mandel等人利用基因芯片绘制了帕金森病基因表达指纹(finger-prints )图谱，发现了许多潜在

8、的药物目标，有助于开发和开发对抗帕金森病的药物。 2、在药物有效成分的筛选中如何分离和鉴定药物有效成分是目前药物开发面临的重大障碍，基因芯片技术是解决该障碍的有效手段。 在寻找HIV药物中，Jellis用化学合成DNA芯片组合技术筛选了65453种硫代磷酸八聚核苷酸，从中鉴定了具有XXG4XX样结构的抑制物，表明该筛选物对HIV感染细胞有明显的阻断作用三、在植物研究中的应用，一、基因表达水平检测植物基因的表达受遗传、环境或生化信号的影响，具有时空特异性，组织器官的基因仅在某一特定情况下表达，表达量也大不相同，形成不同的基因表达谱，基因表达谱在植物体内基因表达水平的测定，Schena等人采用拟南

9、芥基因组中合计45个基因的cDNA微阵列(其中14个是完全序列，31个是EST )，测定该植物根、叶组织中这些基因的表达水平，用不同颜色的荧光素标记逆转录产物分别与该微阵列杂交，激光显微镜扫描结果显示，该植物根和叶组织中有26个基因的表达差异，而参与叶绿素合成的CAB1基因在叶组织中的表达比根组织高500倍。 2、基因多态性分析和突变检测将基因芯片技术应用于分子突变检测，不仅能正确确定突变部位和突变类型，而且其快速高效的方法不能与目前使用的其他方法相比。基因芯片可以同时检测出多个基因乃至整个基因组的突变，研究基因(组)的多态性，这大大促进了植物育种科学的发展，促进了植物新品种的发生。 研究突变性和多态性对防治植物疾病、探讨分子突变与环境的关系，促进植物育种和植物新品种的发生等有积极意义。 总结目前，基因芯片技术发展迅速，广泛应用于基因表达分析、基因诊断、药物筛选、序列分析等多