基于基因芯片的生物信息學研究-生物信息技術(shù)硬件方面的研究

1、基于基因芯片的生物信息學研究計算機系 田曉生物信息息學交叉領(lǐng)域域一門新新興的學學科起源：計算機技技術(shù)和人人類基因因組計劃劃的發(fā)展展學科組成成：傳統(tǒng)意義義上的生生物信息息學（bioinformatics）：用于建建立現(xiàn)代代生物學學所需信信息系統(tǒng)統(tǒng)框架（支持生生物學的的信息管管理系統(tǒng)統(tǒng)、分析析工具和和通訊網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）的的研究開開發(fā)工作作。計算生物物學（computational biology）：旨在在理解基基本生物物學問題題的基于于計算的的研究工工作。生物信息息學的研研究內(nèi)容容生物信息息的收集集、存儲儲、管理理與提供供基因組序序列信息息的提取取和分析析功能基因因組相關(guān)關(guān)信息分分析生物大分分子結(jié)構(gòu)構(gòu)模

2、擬和和藥物設(shè)設(shè)計生物信息息分析的的技術(shù)與與方法研研究應(yīng)用與發(fā)發(fā)展研究究生物信息息學的研究目標揭示“基基因組信信息結(jié)構(gòu)構(gòu)的復雜雜性及遺遺傳語言言的根本本規(guī)律”。生物信息息技術(shù)的的研究方方法和工工具兩種研究究方法和和工具：細胞蛋白白質(zhì)二維維凝膠電電泳即2-D-gel及相相應(yīng)的質(zhì)質(zhì)譜法測測量蛋白白質(zhì)分子子量生物芯片片技術(shù)（Biochip技術(shù)術(shù)）什么是生生物芯片片一塊指甲甲大小（1cm3）的有多多聚賴氨氨酸包被被的硅片片或其它它固體支支持物（如玻璃璃片、硅硅片、聚聚丙烯膜膜、硝酸酸纖維素素膜、尼尼龍膜等等 ）。生物芯片片通過微微加工和和微流體體系統(tǒng)將將生化分分析中的的樣品制制備、生生化反應(yīng)應(yīng)、及結(jié)結(jié)果

3、檢測測有機地地結(jié)合集集成在一一起。具有高速速度、分分析自動動化、及及高度并并行處理理能力。生物芯片片的發(fā)展展80年代代，俄羅羅斯國家家科學院院恩格爾爾分子生生物學研研究所和和美國阿阿貢國家家實驗室室開始探探索生物物芯片技技術(shù)1989年，在在美國AFFYMETRIX公司誕誕生了世世界上第第一塊原原位合成成基因芯芯片1992年，斯斯坦福大大學P.B.Brown實驗驗室發(fā)布布了世界界第一個個微陣列列技術(shù)1996年，AFFYMETRIX公司登登陸納斯斯達克2004年，全全球有超超過2000家家公司和和實驗室室從事生生物芯片片相關(guān)研研究和產(chǎn)產(chǎn)業(yè)生物芯片片類型基因芯片片蛋白質(zhì)芯芯片組織芯片片細胞芯片片基因

4、芯片片及其特特點基因芯片片是按特定定的排列列方式固固定有大大量基因因探針（或基因因片段）的硅片片、玻片片、塑料料片?；蛐酒奶攸c：技術(shù)操作作簡單自動化程程高序列數(shù)量量大檢測效率率高應(yīng)用范圍圍廣成本相對對低基因芯片片的類型型（一）基因芯片片按其材材質(zhì)和功功能，可可以分為為一下幾幾類：元件型微微陣列芯芯片生物電子子芯片凝膠元件件微陣列列芯片藥物控制制芯片通道型微微陣列芯芯片毛細管電電泳芯片片PCR擴擴增芯片片集成DNA分析析芯片毛細管電電層析芯芯片生物傳感感芯片光學纖維維陣列芯芯片白光干涉涉譜傳感感器芯片片基因芯片片的類型型（二）按基因芯芯片點陣陣的制備備方法，可以分分為：原位合成成適用于寡寡

5、核苷酸酸。根據(jù)預(yù)先先設(shè)計的的點陣序序列在每每個位點點通過有有機合成成的方式式直接聚聚合得到到所要求求的探針針分子。兩種途途徑：光刻法：可合成30nt左右，每步縮縮合率較較低為95左左右，產(chǎn)產(chǎn)率僅20，需要特殊殊的合成成試劑。壓電打印印法：可合成50nt左右，每步縮縮合率為為99以上，產(chǎn)率可可達74不需要特特殊的合合成試劑劑。直接點樣樣多用于大大片段DNA，有時也也用于寡寡核苷酸酸，甚至至mRNA。將將合成好好的探針針、cDNA、基因組組通過特特定的高高速點樣樣機器人人直接點點在芯片片上。優(yōu)點：方方法較原原位合成成簡單，定量準準確，重重現(xiàn)性好好，使用用壽命命長。缺點：噴噴印的斑斑點大，探針密密度

6、低。基因芯片片的類型型（三）按基因芯芯片的支支持物，可以分分為：薄膜型：如聚丙烯烯膜、硝硝酸纖維維素膜、尼龍膜膜等。其其點陣通通過“點點膜”形形式制作作，并通過一定定的方法法使探針針能夠牢牢固地結(jié)結(jié)合在上上面。玻片型：其點陣通通過原位位合成技技術(shù)制作作，點陣陣密度很很高，必必須借助助于特殊殊的儀器器對測定結(jié)果進進行解讀讀和分析析。微板型：一種具有有高密度度、小容容量測試試孔的小小型酶聯(lián)聯(lián)免疫檢檢測板集成電路路型：將雜交技技術(shù)與微微電子技技術(shù)結(jié)合合于一體體有目的的地通過過電子裝裝置檢測測或控制DNA等等生物大大分子的的作用過過程?；蛐酒膽?yīng)用用基因表達達檢測尋找新基基因DNA測測序突變體和和多態(tài)性性的檢測測其它：如如藥物篩篩選、疾疾病診斷斷、基因因掃描、基因文文庫作圖圖等基因芯片片研制的的總體藍藍圖基因組序序列分析析與待檢檢基因探探針序列列的確定定檢測樣品品的的制制備探針陣列列的準備備雜交檢測測與數(shù)據(jù)據(jù)分析檢測設(shè)備備的研制制研制方向向的確定定基因芯片片的相關(guān)關(guān)技術(shù)合適探針針的選擇擇PCR技技術(shù)點樣技術(shù)術(shù)包被技術(shù)術(shù)Microarray和Macroarray基因芯片片相關(guān)的的設(shè)備制作設(shè)備備雜交箱洗板機點樣儀烘箱成像及分分析系統(tǒng)統(tǒng)原位合成