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各个领域的“基因芯片”

  • 省部重点实验室
    2012/03/08
  • 私聊

电泳仪

  • 基因芯片及其在病原微生物检测中的应用



    基因芯片是近年来迅速发展的一门生物高新技术,它以其能够快速、高效、大规模地同步检测生物遗传信息的卓越功能而得到发展。在基因测序、基因表达分析、药物筛选、基因诊断等领域显示出重要的理论和实用价值。基因芯片是指应用大规模集成电路的微阵列技术。在固相支持物表面(常用的固相支持物有玻璃、硅片、尼龙膜等载体)有规律地合成数万个代表不同基因的寡核苷酸“探针”或液相合成探针后由点样器有规律地点样于固相支持物表面;然后将要研究的目的材料中的DNA、RNA或用cDNA同位素或荧光物标记后,与固相支持物表面的探针进行杂交,通过放射自显影或荧光共聚焦显微镜扫描,对这些杂交图谱进行检测;再利用计算机对每一个探针上的杂交信号作分析处理,便可得到目的材料中有关基因表达信息。该技术可将大量的探针同时固定于支持物上,所以一次可对大量核酸分子进行检测分析。

    基因芯片分类

    基因芯片按其片基不同可分为无机片基芯片和有机合成片基芯片:如果按其应用不同,可分为表达谱芯片、诊断芯片、检测芯片;如果按其结构不同可分为DNA阵列和寡核苷酸芯片;如果按其制备方法不同可分为原位合成芯片和合成后交联芯片。

    目前,常用于基因芯片制作的固相支持物主要包括半导体硅片、普通玻璃片、尼龙膜等基质。它们各有优缺点,可根据不同的用途和目的选择使用。用硅片制作的芯片,其DNA探针排列的密度高,在1.28cm芯片上,可达40万点阵。检测灵敏度高但专一性差。用玻璃制作的芯片,可用于双色荧光标记杂交,便于杂交信号的检测,但其灵敏度低,而且对玻璃片的处理要求高。尼龙膜主要用于制作eDNA芯片,即将不同的eDNA片断点阵于尼龙膜上,它可用同位素标记检测,灵敏度高,专一性好,但是DNA阵列的密度低。

    DNA探针的制备及固化

    探针的制备及固化有2种方法:①在片基上原位合成寡核苷酸;②在片基以外制备DNA探针,并以显微打印等手段将其固化于片基上。

    作者介绍了待测DNA样品的制备、标记样品与基因芯片杂交、杂交信息的检测与分析、操作过程中存在的问题及解决办法。

    基因芯片可以对病原细菌检测、病毒的检测及其他方面如支原体检测等。

    问题和展望

    基因芯片在病原微生物检测中具有快速、灵敏、高通量、自动化等特点。但目前仍面临一些问题有待解决,这些问题主要体现在硬件和软件2个方面。在硬件方面,DNA芯片技术需要昂贵的尖端仪器,如生产原位合成芯片需要光刻机器和寡核苷酸合成仪;构建DNA微集阵列的自动仪器约需8万美元以上,而检测芯片则要激光共聚焦显微镜、落射荧光显微镜等设备,费用较高。在软件(即技术)上也存在一些问题。首先,探针制备的环节上,原位合成寡核苷酸技术复杂,且有专利保护,合成过程中有可能插入错误核苷酸或混入杂质,降低了特异性和信噪比;显微打印技术较灵活,易实现,但需收集或合成大量探针,且阵列的集成度不高。其次,在样品和芯片杂交的环节上 ,因为杂交在固相上进行,空间因素会对杂交造成不利影响;还有,在一个芯片上存在多种探针,这对杂交条件是个挑战,因为这种探针的最适条件未必适合另一种探针;而且,复杂的探针如长寡核苷酸容易自身形成二 、三级结构,影响与靶序列的杂交或给出错误的阴性信号,当然在其它技术环节上也存在着一些难题,如样品准备复杂、检测的灵敏度低等。虽然基因芯片技术在多个环节上有待提高,但它在生命科学及相关领域中已呈现出广阔的应用前景,相信随着研究的不断深入和技术的更加完善,基因芯片会成为基础研究和临床应用的强有力工具。
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  • 省部重点实验室

    第1楼2012/03/08

    基因芯片技术在病原性食品微生物检测中的应用



    摘要:

    基因芯片技术是鉴别微生物最有效的手段之一,为全面、快速、准确地进行食品安全检测提供了一个崭新的平台。扼要综述了基因芯片技术检测食品中病原性微生物的基本原理、检测过程、存在的问题、研究进展。

    生物芯片技术是随着“人类基因组计划”(human genome project,HGP)的进展而发展起来的,生物芯片技术包括基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片以及元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感芯片等新型生物芯片。基因芯片因其信息量大、操作简单、可靠性好、重复性强以及可以反复利用等诸多特点,在食品安全快速检测中是鉴别有害微生物和转基因成分最有效的手段之一。本文主要介绍基因芯片技术在食品检测中的应用。

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    基因芯片技术在妇科肿瘤研究中的应用



    生物芯片技术是随着人类基因组计划(HGP)的进展而发展起来的。生物芯片包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片等,而基因芯片(gene chip)是生物芯片中应用最广泛的一种。

    基因芯片也称为DNA微阵列(DNA microarray),是指采用原位合成或直接点样的方法,将DNA片段或寡核苷酸片段排列在硅片、玻璃等介质上形成微阵列,待检样品用荧光分子标记后与微阵列杂交,通过荧光扫描及计算机分析即可获得样品中大量的基因序列及表达信息,具有快速、高效、高通量的分析生物信息的特点。根据芯片上探针的不同,基因芯片可分为寡核苷酸芯片和cDNA芯片。基因片适用于大规模的基因检测和基因功能的研究、疾病发生机制的研究及临床诊断等方面。目前,基因芯片技术被大量应用于妇科肿瘤基因表达的研究。

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    基因芯片技术及其在动物繁殖中的应用



    摘要:

    基因芯片技术是近年兴起的一项重要的生物技术。作者介绍了基因芯片的概念、分类、主要技术流程、用途、存在的问题和展望,并就基因芯片在猪繁殖中的应用和开发进行了初步阐述。

    随着人类基因组计划(human genome project)即全部核苷酸测序的完成以及分子生物学相关学科的迅猛发展,越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定,生物科学研究的重心逐渐进入后基因组时代(postgenome Era),研究重点向基因功能及基因多样性倾斜。通过对个体在不同生长发育阶段或不同生理状态下大量基因表达的平行分析,可以研究相应基因在动物体内的功能,阐明不同层次多基因协同作用的机理,进而在动物育种实践中发挥巨大的作用。因此建立新的方法和技术对大量基因和遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要,而基因芯片在此方面则具有独特的无可替代的优势。

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