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1、 基基因因芯芯片片技技术术及及其其应应用用Gene chipDNA microarray12/26/20221基因芯片的诞生基因芯片的诞生1、12/26/20222结构性基因结构性基因组学组学大规模测序大规模测序30亿对核苷酸亿对核苷酸3-4万条基因万条基因功能性基功能性基因组学因组学功能研究功能研究3-4万条基因万条基因 基因芯片基因芯片开发基因开发基因资源资源人类疾病的人类疾病的预防、诊断预防、诊断和治疗和治疗基因芯片应运而生基因芯片应运而生对大量的遗传信息进行高效快速的检测和分析12/26/20223基因芯片是信息基因芯片是信息时代的产物时代的产物90年代兴起的一项前沿年代兴起的一项前沿
2、生物技术生物技术横跨横跨：生命科学、生命科学、物理学、物理学、计算机科学、微电子技术计算机科学、微电子技术光电技术、光电技术、材料科学材料科学 等现代高科技等现代高科技1993年美国Affymetrix公司研制12/26/20224高度集约化高度集约化大通量平行分析大通量平行分析(每平方厘米点阵密度高于每平方厘米点阵密度高于400)高灵敏度高灵敏度样品需要量小样品需要量小基因芯片的基因芯片的特点特点2.12/26/20225手工测序-4000bp/天自动测序仪-70万/天生物芯片-1亿/天12/26/20226基因芯片基因芯片受到高度重视受到高度重视 参与者参与者：国外国外 美国能源部、卫生部
3、、美国能源部、卫生部、NIH、商业部、商业部、司法部司法部 中央情报局中央情报局 Affymetrix,ClonTech,Nanogen,Vysis,Synteni,Genometrix,Naval Research Laboratory,Argonne Narional Laborarory,斯坦福大学，宾夕斯坦福大学，宾夕 法尼亚大法尼亚大 学，牛津大学等。学，牛津大学等。国内国内 北京大学、清华大学、交通大学、复旦北京大学、清华大学、交通大学、复旦 大学、人类基因组南方研究中心和中科大学、人类基因组南方研究中心和中科 院细胞生物研究所等。院细胞生物研究所等。12/26/20227基因芯片
4、的原理基因芯片的原理3.核酸杂交技术核酸杂交技术是基因芯片应用的基础。是基因芯片应用的基础。其基本原理是将一系列的核酸片段固其基本原理是将一系列的核酸片段固定在芯片载体上作为固相靶片段（定在芯片载体上作为固相靶片段（target），待测的核酸片段人工标记上不同的荧），待测的核酸片段人工标记上不同的荧光、或同位素等作为探针（光、或同位素等作为探针（probe），一），一定条件下两者杂交，根据杂交后不同的信定条件下两者杂交，根据杂交后不同的信号即可获得靶片段的信息，进行计算机分号即可获得靶片段的信息，进行计算机分析。析。12/26/20228固相介质固相介质 有硅片、二氧化硅、玻璃、尼龙膜、有硅片
5、、二氧化硅、玻璃、尼龙膜、塑料等。塑料等。探探 针针 mRNA，或是以或是以mRNA为模板合成的为模板合成的cDNA。靶片段靶片段 DNA、寡核苷酸、寡核苷酸、RNA等。等。标记物标记物 常采用荧光剂，如常采用荧光剂，如Cy3、Cy5，同位，同位素、地高辛等。素、地高辛等。12/26/20229PCR PCR 制备固制备固相靶相靶基因基因杂交杂交结果观察，信息分析结果观察，信息分析药物处理细药物处理细胞胞总总mRNACy5标记标记未处理的细未处理的细胞总胞总mRNACy3标记标记12/26/202210生物芯片多种多样生物芯片多种多样DNA芯片芯片寡核苷酸芯片寡核苷酸芯片蛋白质芯片蛋白质芯片细
6、胞芯片细胞芯片组织芯片组织芯片化学感受器与图像结化学感受器与图像结合的新型生物芯片合的新型生物芯片12/26/20221112/26/2022126400点的基因芯片点的基因芯片（面积（面积 12X14 mm)12/26/202213基因芯片的应用基因芯片的应用4.基因芯片具有基因芯片具有 巨大的应用前景巨大的应用前景1.1.基因功能分析研究基因功能分析研究2.2.检测与疾病相关的基因检测与疾病相关的基因,进而用于疾病诊断进而用于疾病诊断3.3.药物筛选药物筛选,4.4.检测基因突变检测基因突变5.5.其他其他12/26/202214基因功能分析研究基因功能分析研究 将成千上万个我们克隆到的特
7、异性靶基因将成千上万个我们克隆到的特异性靶基因固定在一块芯片上，对来源于不同个体不同组固定在一块芯片上，对来源于不同个体不同组织不同细胞周期不同发育阶段不同分化阶段不织不同细胞周期不同发育阶段不同分化阶段不同病变不同刺激（包括不同诱导不同治疗手段）同病变不同刺激（包括不同诱导不同治疗手段）下细胞内的下细胞内的mRNAmRNA或逆转录所得的或逆转录所得的cDNAcDNA进行检测，进行检测，从而对这些基因表达的个体特异性组织特异性从而对这些基因表达的个体特异性组织特异性发育阶段特异性分化阶段特异性。进行综合评发育阶段特异性分化阶段特异性。进行综合评定与判断，极大加快这些基因功能的确立。定与判断，极
8、大加快这些基因功能的确立。12/26/202215 基因芯片技术的出现不过短短几年时基因芯片技术的出现不过短短几年时间，其发展势头十分迅猛，在生命科学间，其发展势头十分迅猛，在生命科学的各个领域得到广泛地应用，但其存在的各个领域得到广泛地应用，但其存在的缺陷也是相当明显的。首先是成本的的缺陷也是相当明显的。首先是成本的问题，由于芯片制作的工艺复杂，信号问题，由于芯片制作的工艺复杂，信号检测也需专门的仪器设备，一般实验室检测也需专门的仪器设备，一般实验室难以承担其高昂的费用，其次在芯片实难以承担其高昂的费用，其次在芯片实验技术上还有多个环节尚待提高，如在验技术上还有多个环节尚待提高，如在探针合成
9、方面，如何进一步提高合成效探针合成方面，如何进一步提高合成效率及芯片的集成程度是研究的焦点。而率及芯片的集成程度是研究的焦点。而样品制备的简单化与标准化则芯片应用样品制备的简单化与标准化则芯片应用进一步普及的前提。进一步普及的前提。虽然芯片技术还存在这样或那样的虽然芯片技术还存在这样或那样的问题，但其在基因表达谱分析、基因诊问题，但其在基因表达谱分析、基因诊断、药物筛选及序列分析等诸多领域已断、药物筛选及序列分析等诸多领域已呈现出广阔的应用前景，随着研究的不呈现出广阔的应用前景，随着研究的不断深入和技术的更加完善基因芯片一定断深入和技术的更加完善基因芯片一定会在生命科学研究领域发挥越来越重要会在生命科学研究领域发挥越来越重要的作用。的作用。6.结束语结束语12/26/202216