生物芯片 生命科學(xué)前沿 教學(xué)課件

1、生物芯片一， 生物芯片開展歷史Southern & Northern BlotDot BlotMacroarrayMicroarray生物芯片技術(shù)與傳統(tǒng)雜交檢測(cè)方式的比較 生物芯片技術(shù)從本質(zhì)上說與Southern Blotting或Northern Blotting相同,只是探針密度極高而已。操作自動(dòng)化程度一次可檢測(cè)的序列個(gè)數(shù)總體效率生物芯片簡(jiǎn)便很高極大很高傳統(tǒng)雜交復(fù)雜很低很小很低 早在八十年代初有人就曾設(shè)想利用計(jì)算機(jī)半導(dǎo)體技術(shù)生產(chǎn)基因芯片以對(duì)人類基因組大量的遺傳信息進(jìn)行分析和檢查，但直到高密度探針技術(shù)和激光共聚焦顯微掃描問世之后才使該設(shè)想逐步成為現(xiàn)實(shí)。走近生物芯片 通過機(jī)器人自動(dòng)打印或光引導(dǎo)

2、化學(xué)合成技術(shù)在硅片、玻璃上制造的生物分子微陣列，芯片上集成有成千上萬個(gè)與生命相關(guān)的信息分子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞或其它生物組分進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。為“后基因組方案時(shí)期基因功能的研究及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)及醫(yī)學(xué)診斷學(xué)的開展提供了強(qiáng)有力的工具，為整個(gè)人類社會(huì)帶來深刻廣泛的變革。該技術(shù)被評(píng)為1998年度世界十大科技進(jìn)展之一。二、生物芯片技術(shù)的概念生物芯片技術(shù)是指通過微陣(Microarray)技術(shù)將高密度DNA片段以一定的順序或排列方式使其附著在,如玻璃片等固相外表，再以熒光標(biāo)記的DNA探針，借助堿基互補(bǔ)雜交原理，進(jìn)行大量的基因表達(dá)及監(jiān)測(cè)等方面研究的最新革命性技術(shù)。基因芯片的根本構(gòu)

3、造1.支持物：如玻片、硅片、NC膜、Nylon膜2.基因：高密度的探針序列按照一定的次序固定在支持物上，每個(gè)位點(diǎn)的序列是的外觀探針支持物剖面圖平面局部放大meta(2,1)meta(2,2),2)meta(3,1),1)meta(3,2),2)meta(4,1),1)meta(4,2),2)meta(5,1),1)meta(5,2),2)meta(6,1),1)meta(6,2),2)meta(7,1),1)meta(7,2),2)meta(8,2),2)meta(9,1),1)meta(9,2),2)meta(10.2),2)meta(11.1)1)meta(11.2)meta(1,1)me

4、ta(1,2)Barcodemeta(8,1),1)meta(10.1) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 meta/ row(A)1 2 3 4 . . .141 2 3 4 5 . . . 31sub/ column(D)sub/ row(C)meta/ column(B)1 2ABCDGBACC62133AF020338Human 10K / Mouse 11K 生物芯片的分類(一)按載體材料分類玻璃芯片、硅芯片、陶瓷芯片。(二)按點(diǎn)樣方式分類原位合成芯片、微矩陣芯片。 (三)按芯片固定的生物分子類型分類基因芯片、蛋白質(zhì)芯片和芯片實(shí)驗(yàn)室 基因芯片技術(shù)(gene chip):

5、就是將大量探針分子固定于支持物上，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原理，與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交，通過檢測(cè)雜交信號(hào)的強(qiáng)度及分布，進(jìn)而獲取樣品中靶分子的數(shù)量和序列信息。Comparison of DNA Chip Technologies Oligo-Chip cDNA-Chip Genomic Chip 8 n or 20 n 50,000 nsequencingexpressionexpressiongenomic analysis蛋白質(zhì)芯片(protein chip):就是選擇一種能夠牢固地結(jié)合蛋白質(zhì)分子(抗原或抗體)的固相載體，在上面按預(yù)先設(shè)計(jì)的方式固定大量蛋白質(zhì)(抗原或抗體)，形成蛋白質(zhì)的微陣列，然后

6、參加與之特異性結(jié)合的帶有特殊標(biāo)記的蛋白質(zhì)分子(抗原或抗體)，通過對(duì)標(biāo)記物的檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)抗原抗體的互檢。芯片實(shí)驗(yàn)室(lab-on-chip):是將納米技術(shù)引入生物芯片，在微小的硅材料外表，制造出能夠?qū)ξ⒘繕悠愤M(jìn)行變性、別離、純化、電泳、PCR擴(kuò)增、加樣及檢測(cè)等微小結(jié)構(gòu)，使過去一個(gè)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟微縮于一個(gè)芯片上,這種技術(shù)稱為芯片實(shí)驗(yàn)室。三，基因芯片技術(shù)的根本原理與方法1，將許多特定的寡核苷酸片段或cDNA基因片段作為靶基因，有規(guī)律地排列固定于支持物上；DNAs (cDNAs, synthesized oligonucleotides)Solid support (glass, plastic,

7、metal, silicon)2，樣品DNA/RNA通過PCR擴(kuò)增、體外轉(zhuǎn)錄等技術(shù)摻入熒光標(biāo)記分子或放射性同位素作為探針RNA labelling cDNA labelling reaction Buffer 10 xdNTP mixture 1mM Cy3-dUTP or Cy5-dUTP RNase inhibitor AMV reverse transcriptaseHybridized probes (DNA or RNA molecules) are fluorescently labeled用于標(biāo)記的熒光基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)SO3-NSO3-NNH(CH2)5NHNOOOHOHOPPPOC

8、y3-UTPSO3-NSO3-NNH(CH2)5NHNOOOHOHOPPPOCy5-UTPCyanine dye550nm 570nm colour649nm 670nm colour3、分子雜交樣品與DNA芯片上的探針陣列進(jìn)行雜交。與經(jīng)典分子雜交的區(qū)別：雜交時(shí)間短，30分鐘內(nèi)完成可同時(shí)平行檢測(cè)許多基因序列影響雜交反響的因素：鹽濃度、溫度、反響時(shí)間、DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)按堿基配對(duì)原理將兩者進(jìn)行雜交Work on the biochemical principle of DNA/DNA or DNA/RNA hybridization4、檢測(cè)分析 芯片經(jīng)雜交反響后，各反響點(diǎn)形成強(qiáng)弱不同的光信號(hào)圖像，對(duì)

9、相應(yīng)探針陣列上的熒光強(qiáng)度進(jìn)行分析比較，得到待測(cè)樣品的相應(yīng)信息。 Result of analysis基因表達(dá)譜gene expression pattern)BiologicalSampleFunctionalInformation紅色 上調(diào)黃色 不變綠色 下調(diào)通過適當(dāng)內(nèi)參的設(shè)置及對(duì)熒光信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)化可對(duì)細(xì)胞內(nèi)mRNA的表達(dá)進(jìn)行定量檢測(cè)。計(jì)算Ratio 值 (Cy3/Cy5)。進(jìn)而獲取初步功能信息。An effect of size 1 corresponds to a 2-fold change in expression0.5-2.0 之外的定義為在兩樣本中有明顯差異表達(dá) 演示基因芯片根本

10、原理總圖四，芯片的制備制備方法根本上可分為兩大類原位合成和預(yù)合成后點(diǎn)樣。預(yù)合成后點(diǎn)樣：是指制備芯片微陣列前，要固定的探針已經(jīng)合成好，點(diǎn)樣系統(tǒng)需要做的就是把這些合成好的樣品涂在載體上。原位合成：是指利用光導(dǎo)合成的方法在載體外表上逐個(gè)合成寡核苷酸，合成后點(diǎn)樣可能將十幾至幾十個(gè)堿基的寡核苷酸或幾百個(gè)堿基的cDNA片段固定到載體上制成寡核苷酸芯片或cDNA微陣列。1 支持物的預(yù)處理載體材料要求：1，載體外表必須具有可以進(jìn)行化學(xué)反響的活性基團(tuán)，以便與生物分子進(jìn)行偶聯(lián)。2，載體應(yīng)當(dāng)是惰性的和有足夠的穩(wěn)定性。惰性:是指載體的其他性能或特異性吸附都不應(yīng)該干擾生物分子的功能。穩(wěn)定性:是指在進(jìn)行分子雜交或結(jié)合時(shí)，

11、可能遭受一定的壓力或酸、堿條件而不發(fā)生變化。主要以玻璃片、硝酸纖維素膜或硅片為載體，實(shí)性材料：硅芯片、玻片和瓷片,需進(jìn)行預(yù)處理,使其外表衍生出羥基、氨基活性基團(tuán)。膜性材料：聚丙烯膜、尼龍膜、硝酸纖維膜,通常包被氨基硅烷或多聚賴氨酸。方式：預(yù)先合成DNA或制備基因探針 然后打印到芯片上已克隆的基因片段PCR，RT-PCR擴(kuò)增的基因片段人工合成的DNA片段2，DNA微矩陣列的制備3 芯片的制作生物芯片制備中材料的固定方式主要包括1，原位合成法2，點(diǎn)樣法接觸式點(diǎn)樣法非接觸式點(diǎn)樣法原位合成法：主要是美國(guó)Affymetrix公司開發(fā)的寡聚核苷酸原位光刻DNA合成技術(shù)。以單核苷酸或其他生物大分子為底物，在

12、玻璃晶片上原位合成寡核苷酸，從而制備成芯片。此方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在較小的區(qū)域內(nèi)制造大量不同的探針在1cm2面積上合成40萬組寡核苷酸。光導(dǎo)原位合成接觸點(diǎn)樣法：是將樣品直接點(diǎn)在載體上，其優(yōu)點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易研制?？梢栽?.6cm2面積內(nèi)點(diǎn)上10000個(gè)cDNA。每個(gè)樣品都必須合成好、經(jīng)過純化、事先保存的。非接觸式點(diǎn)樣法噴墨法:通過壓電晶體或其他推進(jìn)形式從很小的噴嘴內(nèi)把生物樣品噴射到玻璃載體上。同樣需要合成好的純樣品，包括cDNA、染色體DNA片段和抗體。在1cm2面積上可噴射10000個(gè)點(diǎn)。噴墨打印技術(shù)基因芯片的特點(diǎn)微型化和自動(dòng)化?，F(xiàn)已出現(xiàn)的芯片最小僅有1cm,;每個(gè)陣列中陣點(diǎn)樣品DNA的用量

13、僅為5nl(0.5g/L)左右;同時(shí)雜交和洗片等過程都可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,工作效率大幅度提高。高度平行性。基因芯片技術(shù)是將待研究的基因制作成芯片,并在同一張芯片上同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組材料進(jìn)行雜交分析,從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可比性.巨大的信息產(chǎn)出率。在一張芯片上不僅可以獲得組織、細(xì)胞、血液等基因表達(dá)信號(hào)的定性、定量分析，還可實(shí)現(xiàn)全局檢測(cè)靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、時(shí)間與空間上的差異及遺傳信息。高度敏感性和專一性。能可靠并準(zhǔn)確檢測(cè)出10 pg/l的DNA樣品。 生物芯片技術(shù)是90年代中期以來影響最深遠(yuǎn)的重大科技進(jìn)展之一，是融微電子學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)為一體的高度交叉的新技術(shù)，具有重大的根底研究?jī)r(jià)值，又具有明

14、顯的產(chǎn)業(yè)化前景。目前，基因芯片和蛋白質(zhì)芯片作為生物芯片的代表，已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，開始產(chǎn)業(yè)化了。TNF Ligand Family: Fasl (Tnfsf6), Tnf, Tnfsf10, Tnfsf12, Cd40lg, Cd70.TNF Receptor Family: Fas (Tnfrsf6), Ltbr, Tnfrsf10b, Tnfrsf11b, Tnfrsf1a, Cd40.Bcl-2 Family: Bad (Bbc2), Bag1, Bag3, Bak1, Bax, Bcl2, Bcl2l1, Bcl2l2, Bcl2l10, Bid, Bnip2, Bnip3, Bnip3l

15、, Bok, Mcl1.Caspase Family: Casp1, Casp2, Casp3, Casp4, Casp6, Casp7, Casp8, Casp9, Casp12, Casp14.IAP Family: Birc1a, Birc1b, Birc2, Birc3, Birc4, Birc5.TRAF Family: Traf1, Traf2, Traf3.CARD Family: Apaf1, Bcl10, Birc3, Birc4, Nod1, Card6, Card10, Casp1, Casp2, Casp4, Casp9, Cradd, Nol3, Pycard (As

16、c), Ripk1.Death Domain Family: Cradd, Dapk1, Fadd, Fas (Tnfrsf6), Ripk1, Tnfrsf10b (TRAIL-R), Tnfrsf11b, Tnfrsf1a.Death Effector Domain Family: Casp8, Cflar (Cash), Fadd.CIDE Domain Family: Cidea, Cideb, Dffa, Dffb.p53 and DNA Damage-Induced Apoptosis: Akt1, Apaf1, Bad (Bbc2), Bax, Bcl2, Bcl2l1, Bid

17、, Casp3, Casp6, Casp7, Casp9, Trp53 (p53), Trp53bp2, Trp53inp1, Trp63, Trp73.Anti-Apoptosis: Akt1, Api5, Atf5, Bag1, Bag3, Bcl2, Bcl2l1, Bcl2l10, Bcl2l2, Birc1a, Birc1b, Birc2, Birc3, Birc4, Birc5, Bnip2, Bnip3, Casp2, Cflar, Dad1, Tsc22d3, Fas (Tnfrsf6), Hells, Il10, Lhx4, Mcl1, Nfkb1, Nme5, Pak7 (

18、Arc), Pim2, Polb, Prdx2, Rnf7, Sphk2, Tnf, Cd40lg (CD40L), Zc3hc1 (Nipa). Mouse Apoptosis PCR Array Figure 1:How PCR Arrays Work - Protocol ChartPCR Arrays Yield Highly Reproducible ResultsPCR Arrays Amplify A Single Gene-Specific Product in Every Reaction.ECM & Adhesion PCR Arrays Revealed Up- and

19、Down-Regulated Genes生物芯片的應(yīng)用正處在迅速開展中，并將在生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面發(fā)揮越來越重要的作用。具體有哪一些應(yīng)用呢？基因芯片的應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)上也最成熟。這種芯片可以檢測(cè)整個(gè)基因組范圍的眾多基因在mRNA表達(dá)水平的變化。它能對(duì)來源于不同個(gè)體、不同組織、不同細(xì)胞周期、不同發(fā)育階段、不同分化階段、不同生理病理、不同刺激條件下的組織細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)情況進(jìn)行比照分析。進(jìn)一步說明基因的相互協(xié)同、抑制、互為因果等關(guān)系。有助于理解基因及其編碼的蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能。同時(shí)，還可在基因水平上解釋疾病的發(fā)病機(jī)理，為疾病診斷、藥效跟蹤、用藥選擇等提供有效手段。急性白血病、黑色素瘤、卵巢癌、乳腺

20、癌、前列腺癌、肝癌。基因表達(dá)分析： 人類基因組編碼大約100,000個(gè)不同的基因，僅掌握基因序列信息資料，要理解其基因功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此，具有監(jiān)測(cè)大量mRNA的實(shí)驗(yàn)工具很重要?；蛐酒夹g(shù)可清楚地直接快速地檢測(cè)出以1:300,000水平出現(xiàn)的mRNA，且易于同時(shí)監(jiān)測(cè)成千上萬的基因。 自測(cè)健康 一分鐘取血樣，兩分鐘檢測(cè)，三分鐘出診斷結(jié)果！聽起來就像是神化一樣。然而有了生物芯片，這個(gè)神話就將變成現(xiàn)實(shí)，將來任何人隨時(shí)隨地都能自測(cè)健康狀況，這就是它的神奇之處。 檢測(cè)時(shí)，只需把血液滴在芯片上，其中的疾病基因就會(huì)和芯片上對(duì)應(yīng)的基因發(fā)生化學(xué)反響而結(jié)合，用特制的電腦掃描儀已進(jìn)行掃描后，計(jì)算機(jī)很快就能識(shí)別發(fā)

21、生反響的是哪一種疾病的基因，從而判斷被檢測(cè)者是患了哪種病。 個(gè)性化治療 基因芯片能查出人與人的遺傳基因的特性。這意味著將不再對(duì)所有患者采用千篇一律的治療方法，而是針對(duì)個(gè)人，分別投以最有效的治療藥物或方法。 也許就在不久的將來，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)生物芯片就在你我身邊！科學(xué)體檢 不久的將來，傳統(tǒng)繁復(fù)的身體檢查可能將被基因芯片全面取代。在操作中，只要在人體上取一滴血，放到拇指甲大小的一塊芯片上，便可以由計(jì)算機(jī)迅速自動(dòng)診斷出被檢者是否患有遺傳病，以及其他可能存在的遺傳缺陷，預(yù)測(cè)到你未來假設(shè)干年的健康回收到哪些威脅，以便采取相應(yīng)的對(duì)策加以預(yù)防。 我國(guó)在生物芯片領(lǐng)域的開展 面對(duì)生物芯片的巨大產(chǎn)業(yè)，我國(guó)的科學(xué)家們

22、也積極行動(dòng)，研制開發(fā)出我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物芯片，在醫(yī)用生物芯片研究和工程技術(shù)的某些方面到達(dá)了國(guó)際先進(jìn)水平。2000年10月，清華大學(xué)生物芯片研究開發(fā)中心程京教授在國(guó)際生物芯片技術(shù)大會(huì)上宣布，他們已經(jīng)研制出世界上第一個(gè)1平方厘米大小的多力生物芯片平臺(tái)系統(tǒng)。利用它可以在指甲大小的芯片上建立縮微實(shí)驗(yàn)室，用于醫(yī)學(xué)根底研究、疾病診斷、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、航天、環(huán)保等領(lǐng)域的分析檢測(cè)。上述成果說明，雖然中國(guó)在生物芯片領(lǐng)域起步較晚，與美國(guó)、歐洲、日本相比在實(shí)際制作實(shí)物的能力方面，還有相當(dāng)差距，但在某些想法和構(gòu)思方面走到了國(guó)際前沿。開發(fā)新藥 從經(jīng)濟(jì)效益來說，生物芯片最大的應(yīng)用領(lǐng)域可能就是開發(fā)新藥。目前已經(jīng)

23、有多家制藥企業(yè)介入芯片的開發(fā)。由于存在個(gè)體差異，可以說沒有一種藥物可以適用于所有的病人。因此，根據(jù)每個(gè)人的特有的基因開發(fā)出專用藥物，即個(gè)性化藥物，將成為藥物治療學(xué)上的一次質(zhì)的飛躍。這就要快速分析病人的多個(gè)基因已確定用藥的方案，基因芯片技術(shù)將是最正確選擇。 雜交測(cè)序：人類基因組方案的實(shí)施促進(jìn)了更高效率的、能夠自動(dòng)化操作的測(cè)序方法的開展。芯片技術(shù)中雜交測(cè)序(sequencing by hybridization,SBH)技術(shù)及鄰堆雜交(contiguous stacking hybridization,CSH)技術(shù)即是一種新的高效快速測(cè)序方法。用含65,536個(gè)8聚寡核苷酸的微陣列，采用SBH技術(shù)

24、，可測(cè)定200bp長(zhǎng)DNA序列，采用67,108,864個(gè)13聚寡核苷酸的微陣列，可對(duì)數(shù)千個(gè)堿基長(zhǎng)的DNA測(cè)序。SBH技術(shù)的效率隨著微陣列中寡核苷酸數(shù)量與長(zhǎng)度的增加而提高，但微陣列中寡核苷酸數(shù)量與長(zhǎng)度的增加那么提高了微陣列的復(fù)雜性，降低了雜交準(zhǔn)確性。CSH技術(shù)彌補(bǔ)了SBH技術(shù)存在的弊端，CSH技術(shù)的應(yīng)用增加了微陣列中寡核苷酸的有效長(zhǎng)度，加強(qiáng)了序列準(zhǔn)確性，可進(jìn)行較長(zhǎng)的DNA測(cè)序。計(jì)算機(jī)模擬論證了8聚寡核苷酸微陣列與5聚寡核苷酸鄰堆雜交，相當(dāng)于13聚寡核苷酸微陣列的作用?？蓽y(cè)定數(shù)千個(gè)核苷酸長(zhǎng)的DNA序列。 疾病的診斷與治療：尋找和檢測(cè)與疾病相關(guān)的基因及在RNA水平上檢測(cè)致病基因的表達(dá)基因芯片在感染

25、性疾病、遺傳性疾病和腫瘤等疾病的臨床診斷方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，它可以在一張芯片同時(shí)對(duì)多個(gè)病人進(jìn)行多種疾病的檢測(cè)；無需機(jī)體免疫應(yīng)答反響，能及早診斷，待測(cè)樣品用量小；能檢測(cè)病原微生物的耐藥性，病原微生物的亞型；極高的靈敏度和可靠性；檢測(cè)本錢低，自動(dòng)化程度高，利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。這些特點(diǎn)使得醫(yī)務(wù)人員在短時(shí)間內(nèi)，可以掌握大量的疾病診斷信息，這些信息有助于醫(yī)生在短時(shí)間內(nèi)找到正確的治療措施。 藥物研究與開發(fā)：芯片技術(shù)具有高通量、大規(guī)模、平行性等特點(diǎn)可以進(jìn)行新藥的篩選，尤其對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)的中藥有效成分進(jìn)行篩選。目前，國(guó)外幾乎所有的主要制藥公司都不同程度地采用了基因芯片技術(shù)來尋找藥物靶標(biāo)，查檢藥

26、物的毒性或副作用，用芯片作大規(guī)模的篩選研究可以省略大量的動(dòng)物試驗(yàn)，縮短藥物篩選所用時(shí)間，在基因組藥學(xué)pharmacogenomics領(lǐng)域帶動(dòng)新藥的研究和開發(fā)。 基因功能研究：在基因組學(xué)和后基因組學(xué)研究中，基因芯片也起到重要的作用。應(yīng)用基因芯片可以開展DNA測(cè)序、基因表達(dá)檢測(cè)、基因突變性、基因功能研究、尋找新基因、單核苷酸多態(tài)性SNP測(cè)定等研究。與傳統(tǒng)的Northern blot雜交或點(diǎn)雜交方法相比，基因芯片技術(shù)具有大規(guī)模平行處理的能力。在營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用：采用基因芯片技術(shù)研究營(yíng)養(yǎng)素與蛋白和基因表達(dá)的關(guān)系，將為揭示肥胖的發(fā)生機(jī)制及預(yù)防打下根底。還可用于營(yíng)養(yǎng)與腫瘤相關(guān)基因表達(dá)的研究，如癌基

27、因、抑癌基因的表達(dá)與突變，營(yíng)養(yǎng)與心腦血管疾病關(guān)系的分子水平研究。再者，食品營(yíng)養(yǎng)成分的分析、食品中有毒、有害成分的分析和檢測(cè)等。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用：在環(huán)境保護(hù)上，基因芯片也廣泛的用途，一方面可以快速檢測(cè)污染微生物或有機(jī)化合物對(duì)環(huán)境、人體、動(dòng)植物的污染和危害，同時(shí)也能夠通過大規(guī)模的篩選尋找保護(hù)基因，制備防治危害的基因工程藥品、或能夠治理污染源的基因產(chǎn)品。 農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)：利用基因芯片技術(shù)，對(duì)有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的農(nóng)作物和水果等的基因組進(jìn)行大規(guī)模高通量的研究，篩選農(nóng)作物的基因突變，并尋找高產(chǎn)量、抗病蟲、抗干旱、抗冷凍的相關(guān)基因，以開發(fā)高技術(shù)含量、高附加值的新產(chǎn)品。也可利用基因芯片技術(shù)篩選、開發(fā)高效低毒的生物農(nóng)藥。軍事和司法：美國(guó)以有局部公司得到政府的資助開發(fā)生物戰(zhàn)病原體檢測(cè)系統(tǒng)。在司法領(lǐng)域，國(guó)外的公司正在開發(fā)便攜式DNA芯片檢測(cè)裝置，它可以直接在犯罪現(xiàn)場(chǎng)對(duì)可能是疑犯留下來的頭發(fā)、唾液、血液、精液等進(jìn)行分析，并立刻與DNA罪犯指紋庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)