生物芯片技术与应用详解

　　最近几年应用生物芯片技术进行基因表达谱分析已成为常用的分子生物学技术。全基因组序列信息的公布和技术的进步，促使生物芯片技术能在基因组等更广范围上进行应用，使分析生物转录组中大部分基因的表达谱成为可能。记得当我第一次看到真实的芯片时是如此的激动。这是发生在1995年，Synteni公司在Palo Alto的DNAX中心演示生物芯片技术，我当时是一名博士后。1998年，作为在上游技术领域的科研人员，我终于有机会成为这一研究领域中的一员。那时，DNA微阵列技术已发展得相当成熟，芯片制备技术和数据分析方法也变得更复杂。写作本书的动机源于2002年3月由我在加利福尼亚大学San Diego Bioscience Extension组织的一门称为“微阵列技术总论”的课程。这提供了一个重要的论坛来探讨生物芯片技术的最新进展和发展趋势。该课程提供了微阵列和基因芯片技术的详细介绍，不断发展的生物芯片研究、微流路技术、设备、点印和检测方法以及成功进行基因表达谱和SNP分析所需方法和试剂等的技术标准。这已成为年度大事，并出版了2003年度会议总结。本书是一部指导生物芯片研究人员进行实验室操作的技术手册。主要包括四个方面的内容：主要的生物芯片技带；生物芯片实验室与相关仪器设备；生物芯片数据统计分析和数据管理的知识；生物芯片的应用，书中包含大量生物芯片技术的技术细节和实践技巧，并重点提示了如何制备高质量的生物芯片。本书适用于生物芯片研究的技术人员，同时也可供相关专业的研究生参考。

　　Gary Hardiman是美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UCSD）生物医学基因组学微阵列芯片实验室（BIOGEM）的负责人。BIOGEM是美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校一个有组织的研究单位和中心实验室，致力于生物芯片技术和生物信息学等高通量基因组学方法的研究。他讲授的一门课程是“从基因到生物学功能概述”，这是该大学（生物科学）药物发现和开发职业强化证书[Extension（Bioscience）Drug Discovery and Development Professional Certifieate]的选修课程。Gary Hardiman博士于2002年3月13～15日组织了UCSD生物芯片技术会议。他毕业于爱尔兰（Gal—way）国立大学，获得微生物学博士学位，他的研究方向是用基因组学方法去阐明疾病的分子机制。联系地址：Gary Hardiman，Ph．D．BioMedical Genomics Microarray FacilityDivision of BiologyUniversity of California San Diego2234 Bonner Hall9500 Giiman DriveLa Jolla CA 92093—0

1生物芯片技术简介陈忠斌王艳华译1
11引言2
12DNA微阵列芯片的发展过程2
13DNA微阵列和基因芯片3
14基于启动子的DNA微阵列芯片5
15生物芯片操作中遇到的问题6
16芯片检测方法6
17结论7
参考文献7
2微阵列生物芯片操作的实验室自动化马卓娅汤华译9
21为什么要实现实验室的自动化操作？10
22定制微阵列芯片的制作10
23杂交系统的自动化13
24芯片数据的读取——扫描仪13
25实验室的常规自动化16
26总结18
参考文献18
3DNA芯片与生物芯片中心实验室刘全俊潘品良译19
31引言20
32点样芯片——寡核苷酸或PCR扩增子？21
33DNA的高通量扩增21
34小鼠单基因微阵列的制备25
35RNA的确定和荧光靶标的标记26
36标记靶标的评价28
37微阵列芯片的预扫描28
38杂交和扫描29
39点制芯片的质量控制30
310芯片点样仪和扫描仪31
311数据分析——克隆跟踪、芯片寻点(spotfinding)以及数据发掘32
312结论35
参考文献39
4生物芯片的纳米颗粒标记刘全俊陆祖宏潘品良译40
41引言41
42RLS粒子作为超灵敏检测标记物的基本原理41
43光散射理论和选择便于超灵敏检测的颗粒大小组分42
44仪器50
45蛋白质、DNA探针及配体与RSL颗粒的交联51
46RLS颗粒在固相检测分析中的检测灵敏度和检测范围51
47应用52
致谢58
参考文献59
5如何评估生物芯片扫描仪潘品良刘全俊译60
51引言61
52扫描仪的校准61
53总结67
参考文献69
6全基因组水平mRNA表达谱分析在农业基因组学研究中的
应用周鑫徐文英译70
61引言71
62基因转录谱分析芯片72
63对未测序植物的可选方法73
64农业研究中的应用范围73
65整合互补的基因组数据74
66结论75
参考文献76
7生物芯片技术在药物靶标确证和新药发现中的应用文思远王升启译80
71基因组学和药物发现81
72单核苷酸多态性和Crohn病82
73微阵列技术和精神分裂症83
参考文献85
8蛋白质芯片在蛋白质组学中的应用周华蕾马玉媛吕茂民译
章金刚校87
81引言88
82芯片构造与表面化学88
83结合蛋白的检测91
84蛋白质芯片的应用93
85结论94
致谢94
参考文献95
9SpanscriptＴＭ：快速获取非冗余cDNA3′端文库用于制备微阵列芯片的
方法仇华吉刘丽玲译97
91引言98
92Spanscript方法学99
93用于微阵列芯片的３′ cDNA文库（探针库）制备102
94Spanscript技术应用实例102
95基本原理103
96Spanscript软件104
97讨论105
参考文献107
10生物芯片数据管理陆祖宏刘全俊潘品良译108
101引言109
102微阵列数据库的分析模块110
103微阵列数据分析中的噪声采样115
104数据共享和查询120
105微阵列芯片实验室信息管理系统121
106GeneDirector自定义121
107总结121
参考文献122
11用LFC模型从芯片数据中鉴定差异表达基因仇华吉李娜译123
111引言124
112将LFC模型应用于实验数据集125
113结论129
参考文献130
12应用50mer寡核苷酸芯片分析线虫基因表达高志贤张蕾刘楠译
陈忠斌校131
121引言132
122结果133
123讨论142
124方法144
致谢146
参考文献146
13生物芯片技术检测大鼠体内药物诱导氧化酶P450 mRNA及其他药物代谢
相关基因表达水平:在药物筛选与开发中的应用马卓娅汤华译
陈忠斌校148
131引言149
132材料和方法149
133结果151
134讨论154
致谢158
参考文献158
14寡核苷酸芯片技术在突变分析中的开发与应用文思远王升启译159
141引言160
142寡核苷酸制备161
143点样过程163
144样品制备165
145杂交和洗涤169
146芯片扫描和数据分析171
致谢172
参考文献172
15生物芯片技术比较、统计分析和实验设计付俊杰苏震译174
151引言175
152芯片基因表达平台175
153芯片偏差的统计分析178
154偏差来源179
155统计学定义179
156芯片功效分析181
157跨平台数据185
158样点形态185
159功能质量控制187
1510芯片质量控制：对照探针188
1511芯片质量控制：检测探针190
1512应用CodeLink Mouse Uniset Ⅰ芯片的生物实验190
1513公共基因表达数据193
1514可供搜索的公共基因表达数据库和通用数据格式193
1515基因表达谱：差减杂交与微阵列芯片194
1516讨论196
参考文献208
16INFINITITM系统：临床实验室的自动化多功能芯片平台
周华蕾姚站馨吕茂民译章金刚校212
161引言213
162BioFilmChipTM微阵列芯片214
163INFINITITM分析仪215
164QmaticTM操作软件216
165IntellipacTM试剂管理模块217
166INFINＩTITM系统的应用实例：实验过程及结果分析218
167结论220
致谢220
参考文献221
附录Ⅰ高志贤张蕾刘楠译陈忠斌校222
1RNA的分离222
2荧光标记靶基因225
3分光光度法定量检测Cydye标记的靶标231
4用Amersham GENⅢ Microarrayer在氨基硅烷玻片上点制微阵列芯片232
5芯片手工杂交操作程序233
6芯片扫描234
附录Ⅱ高志贤张蕾刘楠译陈忠斌校235
1 寡核苷酸探针与扩增子探针235
2 芯片表面235