微生物應(yīng)用技術(shù)-生物芯片資料

1、納米技術(shù)(n m j sh)在分子生物學(xué)中的應(yīng)用PPT：蔣雨濃主講人：劉青倫 材料(cilio)收集：鄭亮 李東昂 王亮共十六頁 生物芯片是基因生物學(xué)與納米技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它不同于半導(dǎo)體芯片，它是在很小的幾何(j h)尺度的表面積上，裝配一種或集成多種生物活性分子，僅用微量生理或生物采樣，即可同時(shí)檢測和研究不同的生物細(xì)胞、生物分子和DNA的特性，以及它們之間的相互作用，獲得生命微觀活動的規(guī)律。生物芯片可以粗略地分為細(xì)胞芯片、蛋白質(zhì)芯片（生物分子芯片）和基因芯片（DNA芯片）等幾類，都有集成、并行和快速檢測的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的前沿科技。生物芯片(shn w xn pin)技術(shù)

2、共十六頁細(xì)胞芯片：利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面改性，選擇和固定細(xì)胞及細(xì)胞面密度控制。通過調(diào)節(jié)細(xì)胞間距(jin j)等，研究細(xì)胞分泌和胞間通訊。此類細(xì)胞芯片還可以用作細(xì)胞分類和純化等。新型的細(xì)胞芯片應(yīng)滿足以下3個(gè)方面的功能:在芯片上實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞的精確控制與運(yùn)輸(ynsh);在芯片上完成對細(xì)胞的特征化修飾;在芯片上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與內(nèi)外環(huán)境的交流和聯(lián)系。 細(xì)胞芯片共十六頁細(xì)胞(xbo)芯片不只有DNA或蛋白質(zhì)，還有整個(gè)細(xì)胞或器官也能布置在玻璃表面上從而制得細(xì)胞芯片或組織芯片。舉例來說，如果你想要找與細(xì)胞膜受體成鍵的配體，你需要布置整個(gè)細(xì)胞而不是提純受體并用其點(diǎn)板。如果矩陣由不同的細(xì)胞組成，將會容易地辨

3、認(rèn)出與細(xì)胞特異性成鍵配體。這種方法應(yīng)用將會很廣。例如，如果配體與一個(gè)特定的癌細(xì)胞成鍵，對照試劑或者毒素取代物將會連到配體上，然后對每個(gè)做圖像分析和處理。相反，小分子或基因排列將會在一個(gè)芯片上被制備，而且細(xì)胞應(yīng)用在它上面。當(dāng)細(xì)胞連接到芯片上的每個(gè)遺傳材料時(shí)，每個(gè)基因?qū)徛蒯尫哦椅盏郊?xì)胞內(nèi)，正如病媒動物的行為一樣(yyng)。如果病媒動物表達(dá)細(xì)胞表面的受體，受體序列將會在細(xì)胞表面上被構(gòu)造，為將來的化驗(yàn)做篩選。大部分芯片實(shí)驗(yàn)要求多步樣品制備過程，例如DNA、RNA或蛋白質(zhì)萃取倍增等，在重復(fù)時(shí)可能產(chǎn)生不可預(yù)知的人為誤差和變化。舉例來說，RNA樣品易于被少量的RNase分解，而RNase可能由實(shí)

4、驗(yàn)者的皮膚或有黏液的組織產(chǎn)生。蛋白質(zhì)也因環(huán)境因素不同程度的改變本性。為了要減少這些種人為的誤差，芯片上的整個(gè)制備步驟的自動化引發(fā)人們極大的興趣，這種方法稱作芯片實(shí)驗(yàn)室。芯片實(shí)驗(yàn)室的成功結(jié)果將會得帶一個(gè)測試芯片去任何地點(diǎn)測試生物學(xué)的樣品，例如血液，并進(jìn)一步實(shí)時(shí)實(shí)地得到想要的數(shù)據(jù)成為可能。共十六頁細(xì)胞(xbo)芯片細(xì)胞芯片是近年來發(fā)展起來的一種檢測細(xì)胞的新技術(shù)，它是對基因芯片和蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的重要補(bǔ)充。隨著生物芯片技術(shù)和生物信息學(xué)的不斷進(jìn)展，細(xì)胞芯片的制作技術(shù)將越來越成熟。細(xì)胞芯片技術(shù)通過應(yīng)用免疫(miny)細(xì)胞化學(xué)、原位分子雜交等原理對細(xì)胞基因、蛋白表達(dá)水平進(jìn)行定位檢測等研究，已經(jīng)在基因檢測、基

5、因表達(dá)、組分多態(tài)性分析、藥物開發(fā)篩選和疾病診斷等諸多領(lǐng)域顯示出重要的作用，在白血病等腫瘤的輔助診斷和預(yù)后判斷方面也有著重要的應(yīng)用價(jià)值?？梢灶A(yù)見，細(xì)胞芯片技術(shù)作為一種新興的生命科學(xué)領(lǐng)域中細(xì)胞水平的研究手段和傳統(tǒng)的研究細(xì)胞的方法相結(jié)合，將廣泛的應(yīng)用于生命科學(xué)研究及其實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。展望共十六頁蛋白質(zhì)芯片（生物分子芯片）將生物分子作為配基，以單一、或面陣、或序列方式固定在固體芯片表面或表面微單元上。利用生物分子間的特異結(jié)合的自然屬性，待測分子與配基分子在芯片表面會形成(xngchng)生物分子復(fù)合物。然后，檢測此復(fù)合物的存在與否，達(dá)到對蛋白質(zhì)的探測、識別和純化的目的。 多元蛋白質(zhì)芯片模型1）在格式化

6、的改性表面(biomin)上，固定配基；2）含配基的芯片與蛋白溶液相互作用，蛋白特異性結(jié)合形成蛋白復(fù)合物；3）對芯片進(jìn)行檢測以確定蛋白間的相互作用。蛋白質(zhì)芯片共十六頁蛋白質(zhì)芯片(xn pin)1.用于基因表達(dá)的篩選AngelikaL等人從人胎兒腦的cDNA文庫中選出92個(gè)克隆的粗提物制成蛋白質(zhì)芯片，用特異性的抗體對其也進(jìn)行檢測，結(jié)果的準(zhǔn)確率在87%以上，而用傳統(tǒng)(chuntng)的原位濾膜技術(shù)準(zhǔn)確率只達(dá)到63%。與原位濾膜相比,用蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在同樣面積上可容納更多的克隆，靈敏度可達(dá)到pg級。應(yīng)用2.特異性抗原抗體的檢測在CavinM等人的實(shí)驗(yàn)中，蛋白質(zhì)芯片上的抗原抗體反應(yīng)體現(xiàn)出很好的特異性，

7、在一塊蛋白質(zhì)芯片上10800個(gè)點(diǎn)中，根據(jù)抗原抗體的特異性結(jié)合檢測到唯一的1個(gè)陽性位點(diǎn)。Cavin M指出，這種特異性的抗原抗體反應(yīng)一旦確立，就可以利用這項(xiàng)技術(shù)來度量整個(gè)細(xì)胞或組織中的蛋白質(zhì)的豐富程度和修飾程度。其次利用蛋白質(zhì)芯片技術(shù)，根據(jù)與某一蛋白質(zhì)的多種組分親和的特征，篩選某一抗原的未知抗體，將常規(guī)的免疫分析微縮到芯片上進(jìn)行，使免疫檢測更加方便快捷。共十六頁蛋白質(zhì)芯片(xn pin)應(yīng)用(yngyng)3.蛋白質(zhì)的篩選及研究常規(guī)篩選蛋白質(zhì)主要是在基因水平上進(jìn)行，基因水平的篩選雖已被運(yùn)用到任意的cDNA文庫，但這種文庫多以噬菌體為載體，：通過噬菌斑轉(zhuǎn)印技術(shù)（plaque life proced

8、ure）在一張膜上表達(dá)蛋白質(zhì)。但由于許多蛋白質(zhì)不是全長基因編碼，而且真核基因在細(xì)菌中往往不能產(chǎn)生正確折疊的蛋白質(zhì)，況且噬菌斑轉(zhuǎn)移不能縮小到毫米范圍進(jìn)行，所以這種方法的局限性，靠蛋白質(zhì)芯片彌補(bǔ)。酶作為一種特殊的蛋白質(zhì)，可以用蛋白質(zhì)芯片來研究酶的底物、激活劑、抑制劑等。蛋白質(zhì)芯片為蛋白質(zhì)功能研究提供了新的方法，合成的多肽及來源于細(xì)胞的蛋白質(zhì)都可以用作制備蛋白質(zhì)芯片的材料。Uetz將蛋白質(zhì)芯片引入酵母雙雜交研究中，大大提高了篩選率。建立了含6O0O個(gè)酵母蛋白的轉(zhuǎn)化子，每個(gè)都具有開放性可閱讀框架（Open Reading Frame，0FR）的融合蛋白作為酵母雙雜交反應(yīng)中的激活區(qū)，此蛋白質(zhì)芯片檢測到1

9、92個(gè)酵母蛋白與此發(fā)生陽性反應(yīng)。共十六頁蛋白質(zhì)芯片(xn pin)應(yīng)用(yngyng)4.生化反應(yīng)的檢測對酶活性的測定一直是臨床生化檢驗(yàn)中不可缺少的部分。Cohen用常規(guī)的光蝕刻技術(shù)制備芯片、酶及底物加到芯片上的小室，在電滲作用中使酸及底物經(jīng)通道接觸，發(fā)生酶促反應(yīng)。通過電泳分離，可得到熒光標(biāo)記的多肽底物及產(chǎn)物的變化，以此來定量酶促反應(yīng)結(jié)果。動力學(xué)常數(shù)的測定表明該方法是可行的，而且，熒光物質(zhì)穩(wěn)定。Arenkov進(jìn)行了類似的試驗(yàn)，他制備的蛋白質(zhì)芯片片的一大優(yōu)點(diǎn)，可以反復(fù)使用多次，大大降低了試驗(yàn)成本。5.藥物篩選疾病的發(fā)生發(fā)展與某些蛋白質(zhì)的變化有關(guān)，如果以這些蛋白質(zhì)構(gòu)筑芯片，對眾多候選化學(xué)藥物進(jìn)行篩

10、選，直接篩選出與靶蛋白作用的化學(xué)藥物，將大大推進(jìn)藥物的開發(fā)。蛋白質(zhì)芯片有助于了解藥物與其效應(yīng)蛋白的相互作用，并可以在對化學(xué)藥物作用機(jī)制不甚了解的情況下直接研究蛋白質(zhì)譜。還可以將化學(xué)藥物作用與疾病聯(lián)系起來，以及藥物是否具有毒副作用、判定藥物的治療效果，為指導(dǎo)臨床用藥提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。另外，蛋白芯片技術(shù)還可對中藥的真?zhèn)魏陀行С煞诌M(jìn)行快速鑒定和分析。共十六頁蛋白質(zhì)芯片(xn pin)應(yīng)用(yngyng)6.疾病診斷蛋白質(zhì)芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有著潛在的廣闊應(yīng)用前景。蛋白質(zhì)芯片能夠同時(shí)檢測生物樣品中與某種疾病或者環(huán)境因素?fù)p傷可能相關(guān)的全部蛋白質(zhì)的含量情況，即表型指紋（phenomic fingerprint

11、）。表型指紋對監(jiān)測疾病的過程或預(yù)測，判斷治療的效果也具有重要意義。Ciphelxen Biosystems公司利用蛋白質(zhì)芯片檢測了來自健康人和前列腺癌患者的血清樣品，在短短的三天之內(nèi)發(fā)現(xiàn)了6種潛在的前列腺癌的生物學(xué)標(biāo)記。Englert將抗體點(diǎn)在片基上，用它檢測正常組織和腫瘤之間蛋白質(zhì)表達(dá)的差異，發(fā)現(xiàn)有些蛋白質(zhì)的表達(dá)，如前列腺組織特異抗原，明膠酶 蛋白在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用，這給腫瘤的診斷和治療帶來了新途徑。應(yīng)用蛋白質(zhì)芯片在臨床上還發(fā)現(xiàn)乳腺癌患者中的28.3KD的蛋白質(zhì)；存在于結(jié)腸癌及其癌前病變患者的血清13.8KD的特異相關(guān)蛋白質(zhì)。共十六頁直接用粗生物樣品(yngpn)（血清、尿、體

12、液）進(jìn)行分析 發(fā)現(xiàn)(fxin)低豐度蛋白質(zhì) 測定疏水蛋白質(zhì)： 與“雙相電泳加飛行質(zhì)譜”相比，除了有相似功能外，并可增加測定疏水蛋白質(zhì) 同時(shí)快速發(fā)現(xiàn)多個(gè)生物標(biāo)記物 小量樣品 高通量的驗(yàn)證能力 在同一系統(tǒng)中集發(fā)現(xiàn)和檢測為一體 特異性高 利用單克隆抗體芯片，可鑒定未知抗原/蛋白質(zhì)，以減少測定蛋白質(zhì)序列的工作量。 其他蛋白質(zhì)芯片優(yōu)點(diǎn)共十六頁研究蛋白相互作用的芯片 Protein G、p50和FRB等三種蛋白分別以點(diǎn)狀陣列固定到玻片上。三種探針(tn zhn)分別與三種蛋白發(fā)生特異性相互作用。D表示無任何探針的狀態(tài)。DNA芯片(xn pin)共十六頁DNA芯片又稱為寡核苷酸陣列或雜交陣列分析，它是根據(jù)D

13、NA雙螺旋原理而發(fā)展的核酸鏈間分子雜交的技術(shù)。實(shí)際上，DNA芯片是一種特殊的分子操縱，即將DNA子片段集約固化在固體表面上以構(gòu)成DNA芯片，是一種儲存和處理生命信息的新概念。它的基本結(jié)構(gòu)類似于面陣型蛋白質(zhì)芯片，在芯片表面能夠制備(zhbi)成千上萬的基因單元作為配體，對待測基因進(jìn)行篩選。待測基因通過PCR擴(kuò)增技術(shù)得到數(shù)量放大，再進(jìn)行熒光標(biāo)記，使其在篩選過程中產(chǎn)生可識別的熒光發(fā)射或光譜轉(zhuǎn)移。此熒光信號被熒光顯微鏡檢出，達(dá)到基因識別的目的。將已知的DNA和未知的核酸序列之間的一方以有序的陣列固定到載玻片或硅片上，再與熒光標(biāo)記的另一方進(jìn)行雜交。當(dāng)熒光標(biāo)記的一方在DNA芯片上發(fā)現(xiàn)互補(bǔ)序列時(shí)即發(fā)生雜交，

14、雜交的結(jié)果以熒光和模式識別分析來檢測。DNA芯片技術(shù)可以快速分析大量的基因信息，從而使生物醫(yī)學(xué)工作者可以研究并收集基因表達(dá)和變異信息。 DNA芯片(xn pin)共十六頁DNA芯片(xn pin)DNA芯片還可用于監(jiān)測不同的人體細(xì)胞和組織基因表達(dá)，以檢測癌癥(i zhn)或其它疾病所對應(yīng)的基因的變化。隨著DNA芯片及雜交技術(shù)的發(fā)展，DNA芯片將有可能直接應(yīng)用于臨床診斷，藥物開發(fā)和人類遺傳診斷。 基因表達(dá)的微陣列圖：以兩種顏色的熒光標(biāo)記來自于兩種細(xì)胞的樣品，雜交后，對微陣列的每一位點(diǎn)進(jìn)行熒光掃描。每一位點(diǎn)的光強(qiáng)度正比于它所結(jié)合的熒光cDNA的量。光強(qiáng)越強(qiáng)，樣品中該基因的表達(dá)水平越高。如微陣列的位點(diǎn)無熒光，說明兩種細(xì)胞均不表達(dá)該基因。如某一位點(diǎn)顯示一種熒光，說明該標(biāo)記的基因只在此細(xì)胞樣品中表達(dá)。同一位點(diǎn)顯示兩種熒光，說明該基因在兩種細(xì)胞樣品中均表達(dá)。共十六頁謝謝觀賞共十六頁內(nèi)容摘要納米技術(shù)在分子生物學(xué)中的應(yīng)用。生物芯片是基因生物學(xué)與納米技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它不同于半導(dǎo)體芯片，它是在很小的幾何尺度的表面積上，裝配一種或集成多種生物活性分子，僅用微量