DNA微阵列

更新时间:2022-08-25 11:03

DNA微阵列(DNA microarray)又称DNA阵列或DNA芯片,比较通俗的名字是基因芯片(gene chip)。是一块带有DNA微阵列(micorarray)涂层的特殊玻璃片,在数平方厘米之面积上安装数千或数万个核酸探针,经由一次测验,即可提供大量基因序列相关资讯。它是基因组学和遗传学研究的工具。研究人员应用基因芯片就可以在同一时间定量的分析大量(成千上万个)的基因表达的水平,具有快速、精确、低成本之生物分析检验能力

简介

其中可以用来检测基因表现程度之 cDNA 微阵列(cDNA-microarray),已开始商业化,市场主要以研发实验室为主。此外,以光刻(photolithography)技术制作,可检测基因多形式(Polymorphisms)之生物芯片,尚处于试验阶段而结合微流体学(microfluidics)之临床诊断用芯片,则仍在研发阶段。

DNA微阵类型

基因芯片的制作方式基本可分为以下几型:

Stanford型

由美国斯坦福大学开发的cDNA array的制作方法,将预先合成好的核酸探针布放于玻片载体上。 优点:设计较长的探针长度可增加专一性。 缺点:芯片密度较光罩法低,并须有良好的保存设计。

这种方法又可分为点制法与印制法。

点制法是小规模生产或实验室自制的低密度芯片,以机械手臂上带有毛细作用的细微刻痕的钢针,将核酸探针溶液点放于玻片或聚酯纤维膜上。成本低廉,适合探针数少或制造需求量不大的状况。

印制法是从喷墨打印机的方式变化而来,用加热气泡的方式将核酸探针印于玻片上。使用制作良好的喷头可同时实现高密度、长探针的基因芯片;例如PhalanxJet。

原位合成法

原位合成(in situ synthesised),是原来用于电子芯片制作的光刻法(Photolithography),转为核酸序列的合成技术。利用光罩控制反应位置,将核苷酸分子依序列一个一个接上去;可大量生产超高密度的芯片。由于制程与光罩成本等因素,这种方法做出的探针长度约在25-mer以下;因此同一个基因需要多个探针对应,以避免误判。主要生产厂有 Affymetrix、Roche NimbleGen等。

微珠布放法

Illumina公司有其独特的微珠阵列,将核酸探针制作于微小颗粒上,再将其布放于特制玻片

qPCR array

在96孔或384孔标准PCR盘或384孔微流体盘中,预先合成好即时PCR引子与探针,将检体注入后以定量PCR方式进行反应与侦测分析。分析量比传统芯片少,属于低密度阵列,但兼具准确定量与定性;并且设备与技术门槛低,一般分子生物实验室即可自行操作。 新的中密度qPCr array:OpenArray是Applied Biosystems(应用生命系统公司,隶属于Life Technologies集团)产品,在玻片大小的疏水性基板中分为数十个矩阵区域;矩阵内为亲水性表面的微孔,有一组预先合成好的引子与探针。现有的规格是每片玻片有12*4 (48)个矩阵区域,每个区域为8*8 (64)孔。预计2012年有新的12K芯片与专用机台上市。

种类已商业化的芯片

DNA微阵列(DNA-microarray):检测样本的genomic DNA,作为基因型别鉴定之检测。

cDNA 微阵列(cDNA-microarray):或称expression array,将样本中的mRNA转为cDNA后进行检测,作为基因表达程度之检测与比较。

miRNA微阵列(miRNA-microarray) :检测miRNA相关的基因调控机制。

ChIP-chip :chromatin immunoprecipitation on chip

高通量核酸定序芯片 :合并特殊PCR反应及微阵列侦测技术转作为基因定序之用。

临床检测微管芯片: 将低密度微阵列附于特制检验管底部,用以检测特定病原或癌症指标的试剂组。

CGH芯片 :染色体芯片(array Comparative Genomic Hybridization,aCGH 或称Chromosomal Microarray Analysis,CMA)

SNP芯片 :可检测基因多型性(Polymorphisms)。

基因甲基化芯片 :检测DNA被甲基化修饰程度。

近商业化或开发中的芯片

电子定序芯片 :结合纳米电机与电子学做为快速高通量核酸定序用的芯片。

微流体学(microfluidics)之临床诊断用芯片。

DNA微阵列技术的应用

一 检测基因表达水平及识别基因序列。

Schena等1996年用拟南芥光调基因微阵列,以不同器官中的mRNA为探针,检测其基因表达水平,结果表明叶mRNA的表达水平是根的500倍。Shelon等1996年将酿酒酵母基因组DNA克隆制成微阵列,用6条最大染色体和10条最小染色体DNA探针分别标记上红,绿荧光标记进行杂交检测,结果表明95%的克隆在染色体上的定位与文献报道一致。Milosaljevic等1996年将大肠杆菌基因组DNA的15328个克隆制成微阵列,用997众寡核苷酸探针进行杂交检测,汇总结果通过计算机与E.coli序列资料库相比较,用此技术一次可识别4.6MbDNA序列结构。

二 检测表达状况,发现新基因。

Wodicka1997年将覆盖酵母基因组全部ORF的26万种25mer探针,阵列于4张玻片,每张6.5万个探针,将酵母分加富和低限两组培养,研究不同生长条件下基因表达水平,结果表明90%的基因在两种条件下均表达,36种mRNA更多地在加富培养下表达,140种mRNA在低限培养中表达。此外,还发现了一批未见报道的新基因。

三 检测突变和多态性进行遗传作图

Hacia等1996年用96600寡核苷酸阵列,检测人癌基因BRCA1突变情况,将15个患者样品和对照样品分别用两种荧光标记,发现14人的该基因发生了一个剪辑突变,共出现8种多态性,突变表现在该基因外显子2的第22个密码子内。利用SNP制作人类遗传图谱,将是第三代遗传图谱,此技术完全以DNA微阵列为基础。 四,DNA序列分析。Donnel等1992,Pease等1994,Yershow等1996,Wallraff等1997都报道了采用DNA微阵列技术进行DNA序列分析。多数研究者采用先合成寡核苷酸序列制作微阵列,然后与标记的未知DNA序列杂交,通过荧光共聚焦显微镜扫描,计算机软件分析得出数据,也有研究者将被测DNA片断阵列,以标记的寡合苷酸为探针杂交测序

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