生物信息學(xué)知識整理

說到芯片，不知道有沒有人和我一樣，覺得雖然它經(jīng)常被我們提及，但是卻不清楚芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟是怎樣的，通過這節(jié)課的學(xué)習，我終于知道了??

DNA微陣列概念

DNA微陣列（micorarray）也就是我們常講的基因芯片，是一塊帶有DNA微陣列涂層的特殊玻璃片，在數(shù)平方厘米之面積上安裝數(shù)千或數(shù)萬個核酸探針。運用基因芯片就可以在同一時間定量的分析成千上萬個的基因表達的水平。

——來源于百度百科
綠色的固定在平板上的就是可以和基因結(jié)合的探針，彩色的就是我們需要研究的基因片段了

原理

將一系列的核酸片段固定在芯片載體上作為固相探針（ probe），待測的核酸片段人工標記上不同的熒光、或同位素等作為靶片段（ target ），一定條件下兩者雜交，根據(jù)雜交后不同的信號即可獲得靶片段的信息，進行計算機分析，一次可以檢測和分析大量序列

DNA微陣列技術(shù)流程

芯片一般是從公司購買，所以我主要說后面三個過程

①芯片的制備
采用表面化學(xué)或組合化學(xué)處理固相基質(zhì)，然后把探針按特定順序排列在基片上

②樣品的制備:
1)DNA→mRNA（提取mRNA）
2)mRNA→反轉(zhuǎn)錄cDNA (用的是帶熒光核苷酸，一般用Cy3Cy5)
3)實驗組cDNA和對照組cDNA混合

③雜交反應(yīng)
1)cDNA與芯片探針結(jié)合
2)漂洗除去cDNA

④芯片信號的檢測與分析
熒光掃描，通過特定的掃描儀獲取雜交后的信號，電腦分析

探針設(shè)計

講到芯片的制備，那就涉及到一個探針設(shè)計的問題，到底什么樣的探針才是我們需要的呢？
1.互補性(目的基因與相關(guān)表達序列標簽保守區(qū)互補)
2.特異性(配對的寡核苷酸探針與目的基因高度特異性)
3.探針的豐足
4.設(shè)計與PM探針對應(yīng)的中央單個堿基錯配
5.探針堿基組成中，C+G的含量增加非特異性雜交背景
6.避免探針內(nèi)部互補形成發(fā)夾
7.避免同一堿基連續(xù)
8.探針序列與非靶基因的同源性不大于70

生物芯片應(yīng)用

1.疾病診斷
生物芯片可以在一張芯片上同時對多個病人進行多種疾病的檢測，無需機體免疫應(yīng)答反應(yīng)期，能實現(xiàn)早期診斷，待測樣品用量小。
能特異性檢測病原微生物的亞型和變異
可實現(xiàn)從系統(tǒng)、器官、組織和細胞層次轉(zhuǎn)變到DNA、RNA、蛋白質(zhì)以及其相互作用層次上了解疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。

2.基因突變檢測
遺傳病診斷，腫瘤發(fā)病機制，基因功能

3.藥物篩選
生物芯片具有高通量、大規(guī)模、平行性的特點，可以用于新藥的篩選
生物芯片在藥物靶標的發(fā)現(xiàn)、多靶位同步高通量藥物篩選、藥物作用分子機理、藥物活性及毒性評價方面都有其他方法無可比擬的優(yōu)越性。
在不久的將來，藥品說明書上的適用癥和禁忌癥都會改為適用基因型和禁忌基因型；使得藥品可以針對不同個體的不同疾病，真正實現(xiàn)效果更加、副作用更小的目的。

4.毒理學(xué)研究
毒理學(xué)研究多采用以鼠為模型，通過動物試驗來確定藥物的潛在毒性。這些方法需要使用大劑量的藥物，花上幾年時間，花費巨大。
生物芯片技術(shù)可將藥物毒性與基因表達特征聯(lián)系起來，通過基因表達分析便可確定藥物毒性。

5.基因組學(xué)研究
藥物基因組學(xué)( pharmacogenomics)是在基因組學(xué)的基礎(chǔ)上研究不同個體對藥物反應(yīng)的差異以便針對不同的基因型“量身定做”藥物，從而將藥物的藥效充分發(fā)揮,而使藥物不良反應(yīng)減少到最小。

——詳細介紹在衛(wèi)生人民衛(wèi)生出版社物信息學(xué)第二版