华东理工大学 《酶工程》讲义 利用基因芯片技术人们己比较成功地对多种生物包括拟南芥、酵母及人的基因组表达情况进 行了研究,并且用该技术(共157,112个探针分子)一次性检测了酵母几种不同株间数千个 基因表达谱的差异 2.寻找新基因。有关实验表明在缺乏任何序列信息的条件下,基因芯片也可用于基因 发现,如HE基因和黑色素瘤生长刺激因子就是通过基因芯片技术发现的 3.DNA测序。人类基因组计划的实施促进了更高效率的、能够自动化操作的测序方法 的发展,芯片技术中杂交测序技术及邻堆杂交技术即是一种新的高效快速测序方法。如使用 美国 Affymetrix公司1998年生产出的带有13.5万个基因探针的芯片就可以使人类DNA解 码速度提高了25倍。 核酸突变的检测及基因组多态性的分析。有关实验结果已经表明DNA芯片技术可快速 准确地研究大量患者样品中特定基因所有可能的杂合变异。对人类基因组单核苷酸多态性的 鉴定、作图和分型,人线粒体16.6kb基因组多态性的研究等。随着遗传病与癌症相关基因 发现数量的增加,变异与多态性分析必将越来越重要。 (二)蛋白质芯片 蛋白质芯片以蛋白质代替DNA作为检测目的物,比基因芯片更进一步的接近生命活动的 物质层面,因而有着比基因芯片更加直接的应用前景。 人类基因组大规模测序工作接近尾声,以功能基因组学和蛋白质组学为主要研究内容的 后基因组时代来临。蛋白质芯片作为检测蛋白质存在和运动变化的高效工具,必将发挥越来 越大的作用 美国 Ciphergen公司的芯片能够从人体体液或组织中获取大量的微量蛋白质,以绘制捕 获的蛋白质图谱。其第一代系统已经使用了两年,功效显著。蛋白质芯片可以准确而迅速地 提供多标记蛋白质的“显性指纹”一种比任何单个标记更有效的疾病阶段指示剂。在以 往的实验中, Ciphergen公司的科学家们利用蛋白质芯片系统对来自健康个体和不同癌症阶 段的患者的血清样本进行了研究。仅在三天内他们找到了6种前列腺癌的潜在标记,而利用 以往的标准技术,发现和确定同样数量的潜在标记可能需要数月至数年的时间才能得到证 明 印度普度大学的科学家们宣布,他们已经率先研制成功一种蛋白质生物芯片,通过这种 生物芯片,医生可以利用含有生物芯片的医疗设备迅速而准确地对一般疾病进行诊断并对某 些化学治疗方法进行评估:它还可以帮助士兵在战场上探测到来自敌方的生化攻击:对农作 物的病虫害进行探测并发出警告:同时它还能帮助科学家们对人们常用来治病的植物进行分 析,看它们是否确实含有具治疗效果的化学成份,从而在此基础上研制并生产出新的药品 (三)芯片实验室 美国普杜大学已开发出一种芯片实验室技术,将化学实验室的专用仪器缩微在芯片上 芯片上的仪器缩小到常规仪器的千分之一甚至百万分之一。这项成果使科学家能在一块硅片 上堆积几十个或几百“芯片实验室”,每个“实验室”都能进行复杂的化学分析,从而可减 少很多化学和医学分析的费用,并提高效率 、生物芯片的研发和生产现状 (一)国际 美国 Affymetrix公司是世界上最有影响的基因芯片开发制造商,该公司聚集有多位计 算机、数学和分子生物学专家,其每年的研究经费在一千万美元以上,且已历时六七年之久, 拥有多项专例。 目前,国际上己经有许多从事生物芯片研究的公司,每家公司的芯片技术都各具特色 应用目的也不尽相同,如加利福尼亚州森尼维尔的 Hyseq公司,声称拥有最快的基因分析器, 它们由机器人制造,机器人把DNA探针滴到过滤纸上,其DNA阵具有优势,破译DNA的速度最华东理工大学 《酶工程》讲义 3 利用基因芯片技术人们已比较成功地对多种生物包括拟南芥、酵母及人的基因组表达情况进 行了研究，并且用该技术（共 157,112 个探针分子）一次性检测了酵母几种不同株间数千个 基因表达谱的差异。 ⒉ 寻找新基因。有关实验表明在缺乏任何序列信息的条件下，基因芯片也可用于基因 发现，如 HME 基因和黑色素瘤生长刺激因子就是通过基因芯片技术发现的。 ⒊ DNA 测序。人类基因组计划的实施促进了更高效率的、能够自动化操作的测序方法 的发展，芯片技术中杂交测序技术及邻堆杂交技术即是一种新的高效快速测序方法。如使用 美国 Affymetrix 公司 1998 年生产出的带有 13.5 万个基因探针的芯片就可以使人类 DNA 解 码速度提高了 25 倍。 核酸突变的检测及基因组多态性的分析。有关实验结果已经表明 DNA 芯片技术可快速、 准确地研究大量患者样品中特定基因所有可能的杂合变异。对人类基因组单核苷酸多态性的 鉴定、作图和分型，人线粒体 16.6kb 基因组多态性的研究等。随着遗传病与癌症相关基因 发现数量的增加，变异与多态性分析必将越来越重要。 （二）蛋白质芯片 蛋白质芯片以蛋白质代替 DNA 作为检测目的物，比基因芯片更进一步的接近生命活动的 物质层面，因而有着比基因芯片更加直接的应用前景。 人类基因组大规模测序工作接近尾声，以功能基因组学和蛋白质组学为主要研究内容的 后基因组时代来临。蛋白质芯片作为检测蛋白质存在和运动变化的高效工具，必将发挥越来 越大的作用。 美国 Ciphergen 公司的芯片能够从人体体液或组织中获取大量的微量蛋白质，以绘制捕 获的蛋白质图谱。其第一代系统已经使用了两年，功效显著。蛋白质芯片可以准确而迅速地 提供多标记蛋白质的“显性指纹”---一种比任何单个标记更有效的疾病阶段指示剂。在以 往的实验中，Ciphergen 公司的科学家们利用蛋白质芯片系统对来自健康个体和不同癌症阶 段的患者的血清样本进行了研究。仅在三天内他们找到了 6 种前列腺癌的潜在标记，而利用 以往的标准技术，发现和确定同样数量的潜在标记可能需要数月至数年的时间才能得到证 明。 印度普度大学的科学家们宣布，他们已经率先研制成功一种蛋白质生物芯片，通过这种 生物芯片，医生可以利用含有生物芯片的医疗设备迅速而准确地对一般疾病进行诊断并对某 些化学治疗方法进行评估；它还可以帮助士兵在战场上探测到来自敌方的生化攻击；对农作 物的病虫害进行探测并发出警告；同时它还能帮助科学家们对人们常用来治病的植物进行分 析，看它们是否确实含有具治疗效果的化学成份，从而在此基础上研制并生产出新的药品。 （三）芯片实验室 美国普杜大学已开发出一种芯片实验室技术，将化学实验室的专用仪器缩微在芯片上， 芯片上的仪器缩小到常规仪器的千分之一甚至百万分之一。这项成果使科学家能在一块硅片 上堆积几十个或几百“芯片实验室”，每个“实验室”都能进行复杂的化学分析，从而可减 少很多化学和医学分析的费用，并提高效率。 三、生物芯片的研发和生产现状 （一）国际 美国 Affymetrix 公司是世界上最有影响的基因芯片开发制造商，该公司聚集有多位计 算机、数学和分子生物学专家，其每年的研究经费在一千万美元以上，且已历时六七年之久， 拥有多项专例。 目前，国际上已经有许多从事生物芯片研究的公司，每家公司的芯片技术都各具特色， 应用目的也不尽相同，如加利福尼亚州森尼维尔的 Hyseq 公司,声称拥有最快的基因分析器, 它们由机器人制造,机器人把 DNA 探针滴到过滤纸上,其 DNA 阵具有优势,破译 DNA 的速度最