基因芯片技術(shù)簡介

1、 基因芯片技術(shù)簡介基因芯片技術(shù)簡介馮永強(qiáng)馮永強(qiáng)一、基因分析芯片開發(fā)的動力遺傳信息迅猛增長 隨著人類基因組（測序）計劃（Human genome project）的逐步實施以及分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展，越來越多的動植物、微生物基因組序列得以測定，基因序列數(shù)據(jù)正在以前所未有的速度迅速增長。然而,怎樣去研究如此眾多基因在生命過程中所擔(dān)負(fù)的功能就成了全世界生命科學(xué)工作者共同的課題。為此，建立新型雜交和測序方法以對大量的遺傳信息進(jìn)行高效、快速的檢測、分析就顯得格外重要了。相關(guān)學(xué)科與技術(shù)的高度發(fā)展和相互滲透 當(dāng)代與信息產(chǎn)業(yè)相伴隨的計算機(jī)、精密機(jī)械等科學(xué)技術(shù)是大規(guī)模解析基因信息的基礎(chǔ)，而基因芯片從實驗室

2、走向工業(yè)化卻是直接得益于探針固相原位合成技術(shù)和照相平板印刷技術(shù)的有機(jī)結(jié)合以及激光共聚焦顯微技術(shù)的引入。它使得合成、固定高密度的數(shù)以萬計的探針分子切實可行，而且借助激光共聚焦顯微掃描技術(shù)使得可以對雜交信號進(jìn)行實時、靈敏、準(zhǔn)確的檢測和分析?？茖W(xué)的發(fā)展人類的進(jìn)步要求進(jìn)行大規(guī)模基因信息的解析 鑒于基因芯片的多種用途和其遠(yuǎn)大的發(fā)展前景，不少生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和生物技術(shù)公司都先后參與了這項技術(shù)的研究。據(jù)不完全統(tǒng)計目前僅國內(nèi)就有十多家單位從事該技術(shù)的研究與開發(fā)工作，全世界估計至少有二三十家。它已象半導(dǎo)體技術(shù)一樣成為一個重要的產(chǎn)業(yè)方向。當(dāng)前已正被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，包括生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷學(xué)和基因組學(xué)研究。二、

3、基因分析芯片的簡要描述 1. 什么是基因芯片 基因芯片指對數(shù)以千記的DNA片段同時進(jìn)行處理分析的技術(shù)，諸如基因組DNA突變譜和mRNA表達(dá)譜的檢測等（Trends in Biotechnology)。 該技術(shù)系指將大量探針分子固定于支持物上后與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。2. 基因芯片技術(shù)的主要特點 技術(shù)操作簡單 自動化程度高 序列數(shù)量大 檢測效率高 應(yīng)用范圍廣 成本相對低3 基因芯片的主要類型 鑒于信號的獲取與解讀具有通用性，所以此處不予特別介紹。從點陣的制備方法來分從點陣的制備方法來分主要有兩類：原位合成型與“點膜”型。 原位

4、合成型 指根據(jù)預(yù)先設(shè)計的點陣序列在每個位點通過有機(jī)合成的方式直接聚合得到所要求的探針分子。聚合之后芯片片基的制作即告結(jié)束。該方法有兩類：光引導(dǎo)原位聚合技術(shù)與壓電打印原位合成技術(shù)。 光引導(dǎo)原位聚合技術(shù)光引導(dǎo)原位聚合技術(shù)的簡要過程為：首先使支持物羥基化，并用光敏保護(hù)基團(tuán)將其保護(hù)起來，選取擇適當(dāng)?shù)恼诠饽ぃ╩ask）使需要聚合的部位透光，其它部位不透光。這樣，光通過遮光膜照射到支持物上，受光部位的羥基去保護(hù)，進(jìn)而與單體分子共價結(jié)合。因為合成所用的單體分子一端按傳統(tǒng)固相合成方法活化，另一端受光敏保護(hù)基的保護(hù)，所以發(fā)生偶聯(lián)的部位反應(yīng)后仍舊帶有光敏保護(hù)基團(tuán)。因此，每次通過控制遮光膜的圖案（透光與不透光）決定

5、哪些區(qū)域應(yīng)被活化，以及所用單體的種類和反應(yīng)次序就可以實現(xiàn)在待定位點合成大量預(yù)定序列寡聚體的目的。 優(yōu)點： 合成效率高，點陣密度高 缺點： 設(shè)備昂貴，技術(shù)復(fù)雜，反應(yīng)產(chǎn)率低 壓電打印原位聚合技術(shù)壓電打印原位聚合技術(shù) 其裝置與普通的彩色噴墨打印機(jī)并無兩樣，所用技術(shù)也是常規(guī)的固相合成方法。即將墨盒中的墨汁分別用四種堿基合成試劑替代，支持物經(jīng)過包被后，通過計算機(jī)控制噴墨打印機(jī)將特定種類的試劑噴灑到預(yù)定的區(qū)域上。沖洗、去保護(hù)、偶聯(lián)等則同于一般的固相原位合成技術(shù)。如此類推，可以合成出長度為40到50個堿基的探針。 優(yōu)點： 設(shè)備廉價，技術(shù)相對簡單，反應(yīng)產(chǎn)率高 缺點： 點陣密度低，易產(chǎn)生交叉污染 “點膜”型 合

6、成工作用傳統(tǒng)的DNA固相合成儀完成，只是合成后用特殊的自動化微量點樣裝置將其以比較高的密度涂布于硝酸纖維膜、尼龍膜或玻片上。支持物應(yīng)事先進(jìn)行特定處理，例如包被以帶正電荷的多聚賴酸或氨基硅烷，以便能夠牢固地結(jié)合寡核苷酸分子。該方法是目前大多數(shù)中小型公司所采用的方法。 優(yōu)點：設(shè)備廉價，技術(shù)簡便，研制周期短，靈活性高 缺點：點陣密度低從支持物來分主要有：從支持物來分主要有：薄膜型如聚丙烯膜、硝酸纖維素膜、尼龍膜等。這種類型“芯片”的點陣是通過“點膜”形式制作的，并通過一定的方法使探針能夠牢固地結(jié)合于其上，整個過程類似于斑點雜交技術(shù)（如CloneTech公司）。玻片型這種芯片的點陣是通過原位合成技術(shù)制

7、作的，點陣密度很高，所以必須借助于特殊的儀器對測定結(jié)果進(jìn)行解讀和分析。當(dāng)前具有此類產(chǎn)品研制能力的公司很少（如Affimetrix公司）。 微板型這種芯片實質(zhì)上是一種具有高密度、小容量測 試 孔 的 小 型 酶 聯(lián) 免 疫 檢 測 板 （ 如 P E 公 司 等 ） 。 集成電路型 將雜交技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合于一體有目的地通過電子裝置檢測或控制DNA等生物大分子的作用過程（如 Nanogen公司）4. 基因芯片研制的總體藍(lán)圖 研制方向的確定基因組序列分析與待檢基因探針序列的確定檢測樣品 的制備探針陣列的準(zhǔn)備檢測設(shè)備的研制雜交檢測與數(shù)據(jù)分析三、基因芯片的主要應(yīng)用1 基因表達(dá)檢測 擬南芥、酵母基因表達(dá)研究等2 突變檢測 BRCA基因外顯子11、CFTR基因、-地中海貧血、酵母突變菌株、HIV-1