细胞生物学-15生物芯片.ppt

1、第六章 生物芯片,Step #1: Discover genes and proteins in normal and disease or drug treated samples,Step #2: Predict biological pathways from above data,Step #3: Develop, perturb and test live cell model to prove pathway,Proteomics,Cellomics,Genomics,第六章 生物芯片,生物芯片（biochip）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

2、肽分子甚至组织切片、细胞等等生物样品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）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靶分子杂交，通过特定的仪器比如激光共聚焦扫描或电荷偶联摄影像机（CCD）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。,第六章 生物芯片,生物芯片,亲和力 生物芯片,微阵列结构 生物芯片,DNA芯片,蛋白芯片,组织芯片,毛细管电泳芯片,PCR反应芯片,介电电泳分离芯片,第六章 生物芯片-基因芯片,基因芯片(Gene chip)技术是指通过微阵列(Microarray)技术将高密度DNA片段阵列通过高速机器人或

3、原位合成方式以一定的顺序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记的DNA探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的基因表达及监测等方面研究的最新革命性技术。,第六章 生物芯片-基因芯片,第六章 生物芯片-基因芯片,Types of DNA Chips,第六章 生物芯片-基因芯片,DNA芯片作为一个技术平台，可以广泛应用于生命科学的多个领域。,DNA芯片平台 （基因表达检测）,进入平台的生物样品,正常组织,病变组织,待测化合物,得到的结果,疾病预测,疾病诊断,病理研究,药物靶标的确定,药物疗效研究,药物毒性研究,第六章 生物芯片-基因芯片,Comparison of DNA Chip Te

4、chnologies,Sensitivity of DNA chip based assays is a function of: Probe and target DNA/RNA (Complexity) Chip surface (autofluorescence & non-spec. bkg) Attachment chemistry/methodology (hyb. efficiency & crosshyb.) Hybridization efficiency (lots of factors) Detection technology (signal type, efficie

5、ncy, noise),Oligo-Chip cDNA-Chip Genomic Chip 8 n or 20 n 50,000 n,sequencing,expression,expression,genomic analysis,第六章 生物芯片-基因芯片,Why Genomic Biochips?,Screen specimens to determine gene copy number changes Establish correlations between gene copy number changes and disease biology Determine the in

6、teraction of multiple genes on the initiation and progression of disease Accelerate development of products for genomic disease management to guide therapeutic intervention Combined with expression chips, gives full understanding of disease process,第六章 生物芯片-基因芯片,DNA Chip Technology,Solid support (gl

7、ass, plastic, metal, silicon) Miniaturized array of DNA (genetic material) Work on the biochemical principle of DNA/DNA hybridization Hybridized probes (DNA molecules) are fluorescently labeled,DNA芯片技术过程示意图,Pseudo image,Pseudo image,Normalization and data analysis,第六章 生物芯片-基因芯片,第六章 生物芯片-基因芯片,Areas o

8、f Biochip Applications,Academic research of genetic diseases Cancer Prenatal genetics General genetic diseases Infectious diseases Drug discovery Animal farming/veterinary Industrial (fermentation, corrosion) Environmental,第六章 生物芯片-基因芯片,传统的Northern blot方法来验证酵母细胞受热激后，HSP26与HSP12两个基因表达发生的变化。1与3是25培养细胞

9、的RNA样，2与4是40培养细胞的RNA样。,a：40培养的酵母细胞芯片扫描图， B: 25培养的酵母细胞芯片扫描图，,基因表达谱（gene expression pattern),第六章 生物芯片-基因芯片,DNA芯片可以产生大量的实验数据，需要结合数学的方法来发掘其中相关的生物信息。系统聚类分析（Hierarchical Cluster Analysis）是在cDNA芯片的数据分析中最常用的一种。我们把系统聚类法用于分析抗真菌化合物处理酵母细胞后DNA芯片产生的数据。,样本 1 2 3 4 5 6,应用在药物研发、疾病预测等方面。,聚类分析DNA芯片产生的数据,第六章 生物芯片-基因芯片,

10、系统聚类法分析9种抗真菌化合物作用酵母细胞后的基因表达谱。红色诱导，绿色抑制，黑色无变化，灰色没有检测到信号。,系统聚类法分析DNA芯片产生的数据,第六章 生物芯片-基因芯片,LCM俘获细胞的基因表达分析,第六章 生物芯片-基因芯片,Gene expression profiles of laser-captured adjacent neuronal subtypes,Dorsal Root Ganglion (DRG) Rat Neurons, Nissl stained,第六章 生物芯片-基因芯片,cDNA microarray expression patterns of small

11、(S) and large (L) neurons,第六章 生物芯片-基因芯片,聚类分析的结果表明：第一，功能相似的基因聚类关系接近，可以使我们通过那些已知功能的基因推测出未知基因的功能；第二，不同化合物处理酵母细胞后，化合物的聚类关系也可以使我们了解其作用机制是否有相似之处。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,X,Y,Oncogene Targets On the AmpliOnc I Biochip,PDGFB,EGFR1,PDGFRA,MET,FGFR2,WNT1,MYB,HER2,YES1,HRAS1,CN

12、D1,RAF1,GLI,MYC,MDM2,20q13,REL,MYCL1,FGR,FES,ABL,INT2,PIK3CA,NMYC,AKT2,FGFR1,JUNB,AKT1,KRAS2,CDK4,AR,第六章 生物芯片-基因芯片,用表达谱芯片来分析基因组DNA的变化,第六章 生物芯片-基因芯片,用微生物表达谱芯片来分析菌种的亲缘关系,SNPs & STRs analysis,CodeLink SNP Bioarray,N,n,Allele N,Allele n,Duplicate Probes,N,n,第六章 生物芯片-基因芯片,生物芯片制作方法分类,第六章 生物芯片-基因芯片,原位合成(In

13、 Situ Synthesis),Light directed oligonucleotide synthesis. A solid support is derivatized with a covalent linker molecule terminated with a photolabile protecting group. Light is directed through a mask to deprotect and activate selected sites, and protected nucleotides couple to the activated sites. The process is repeated, activating different sets of sites and coupling different bases allowing arbitrary DNA probes to be constructed at each site.,第六章 生物芯片-基因芯片,第六章 生物芯片-基因芯片,接触式点样,Best!,第六章 生物芯片-基因芯片,喷墨法（Ink jets),第六章 生物芯片-基因芯片,第六章 生物芯片-基因芯片,第六章 生物芯片-蛋白芯片,分类