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1、基因芯片技术及其应用DNA Microarray Technology and its Application南方医科大学基因工程研究所 所长教授、博士生导师马文丽 博士n一、背景介绍n二、应用领域n三、前景展望 一、背景介绍1、基因芯片概念基因芯片电子芯片集成电子线路集成分子线路2、基因芯片技术发展概况基因芯片技术的研制开发起始于上世纪九十年代初，美国国家自然科学基金首先资助了两个DNA芯片的制作方案。 光源遮蔽板芯片打印式基因芯片 原位光刻基因芯片一、背景介绍第一种方案是 斯坦福大学的P. Brown实验室提出的 点阵打印式基因芯 片，将DNA合成出来 ，然后制成点样液 并显微点印在平方
2、厘米的固体介质表 面。2、基因芯片技术发展概况一、背景介绍第二种方案是美国 Affymetrix公司研制出 来的。其原理与计算 机芯片类似，即采用 激光引导的原位光刻 技术，使DNA片段的序 列在原位合成延伸。2、基因芯片技术发展概况一、背景介绍l 微型化、集成化l 高通量、平行化l 同时检测多个基因的改变 2、基因芯片技术发展概况一、背景介绍飞速发展平均每年增长94%平均每年增长57%2000多家 如Packer Motorola发表论文 专利申请 参与公司 2、基因芯片技术发展概况一、背景介绍20世纪科技史上两件影响深远的事：n一是微电子芯片，计算机和许多家电的心 脏，它改变了我们的经济和
3、文化生活，并 已进入每一个家庭；n二是基因芯片，它将改变生命科学的研究 方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高 人口素质和健康水平。2、基因芯片技术发展概况一、背景介绍二、基因芯片的应用领域科学研究临床疾病诊断环境检测药物研究开发法医学鉴定动植物检疫食品检测军事应用健康管理运动医学1、基因芯片在科学研究中的应用1994年2011.9年二、基因芯片的应用领域microarray OR gene chip 79632篇近7(2011.9前)年来公开发表的与基因芯片相关的学术论文（1）SNP （Single Nucleotide Polymorphism)芯片的应用:即单核苷酸多态性芯片，指基因组中微
4、小的基因序列差异。u研究基因多态性与疾病易感性的关系u识别特殊SNP谱图1、基因芯片在科学研究中的应用二、基因芯片的应用领域（2）mCGH的应用：CGH(comparative genome hybridization）即比较基因组杂交。即比较基因组杂交 与DNA芯片技术结合形成mCGH技术，可高通量地比对基因组的结构和组成，在肿瘤、新药研究、药物敏感性以及新疗法的开拓中已开始发挥着重要的作用。1、基因芯片在科学研究中的应用二、基因芯片的应用领域（3）基因表达谱芯片：可以高通量地检测基因表达信息。 DNA GenomeRNA TranscriptomeProteins ProteomeDNA
5、sequencingWhole genome Microarray2D-PAGE ?1、基因芯片在科学研究中的应用二、基因芯片的应用领域（4）功能基因组研究： 基因芯片的 高通量、平行化、快 速化等特点，为功能 基因组学的研究提供 了可靠平台，使大规 模研究各物种功能基因组成为可能。 1、基因芯片在科学研究中的应用二、基因芯片的应用领域（5）生物信息学研究：基因芯片应用过程中产生的海量数据，为生物信息学研究提供了极好的平台。根据数据的归类，分析基因表达或比较基因组的差异，可探索这些差 异所反映出的生物学功能或机制。目前的主要瓶颈是软件开发方面。1、基因芯片在科学研究中的应用二、基因芯片的应用领
6、域2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域采取样本核酸提取样品标记反转录扩增放大杂交反应洗脱读取信息，诊断结果（1）早期诊断基因细胞组织脏器个体全身2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域对HIV、HBV、HCV等病毒感染的检测方面，基因芯片同样可以发挥其特殊的优势。基因芯片还可以发现早期窗口期的病例，从而为血库检验 提供更加精密的技术，使血库用血的生物安全性得到保证。2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域（1） 早 期 诊 断肿瘤早期诊断：而全基因组芯片则可从分 子水平上对全基因组进行 扫描，发现机体在基因组 或基因表达水平最早期的 差异。因此又称为分子水 平的CT
7、，可用于肿瘤的早 期发现。2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域（1） 早 期 诊 断根据基因芯片的高通量 性，把多个病 原体的基因探 针显微集成到 同一芯片上， 还可以实现对 多个相关的病 原体进行诊断和鉴别诊断。 2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域（2） 鉴 别 诊 断呼吸系统感染 消化系统感染 （2） 鉴 别 诊 断2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域2003 年4 月, 与严重急性呼吸综合征（ SARS)相关的一种 新型冠状病毒的基因组全序列被测定。 针对 SARS 冠状 病毒 全长 基因 组， 可设 计多 个靶 探针 检测 位点 2、在临床疾病诊断
8、中的应用二、基因芯片的应用领域（3） 急 性 传 染 病 快 速 诊 断SARS发病急、传染快， 只有对病人给予早期、快速和准确的诊断和隔离, 才能有效地消除传染源。采用常规的临床诊断技术，敏感性低，产生假阳性或假 阴性，且靶抗原或靶基因位点受局限，不易快速、敏感和准确的诊断。 2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域（3） 急 性 传 染 病 快 速 诊 断根据SARS冠状病毒的TOR2 株为参考序列, 通过设计出30条特异 的60 mer寡核苷酸（oligo）,制备oligo基因芯片, 可用于SARS-CoV 的的检测。 2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域（3） 急
9、性 传 染 病 快 速 诊 断（4）用于慢性病检测及康复效果评定心血管病骨质疏松糖尿病2、在临床疾病诊断中的应用二、基因芯片的应用领域肥胖症3、基因芯片在健康管理中的应用随着经济发展、人民生活水平提高以及人 类疾病谱的改变，医疗模式正在由预防、治疗 为主逐步转变为预防保健为主。二、基因芯片的应用领域上医治未病-中医治人，下医治病。我们的祖先已认识到对疾病应 “未雨稠缪 、防患未然”的重要性3、基因芯片在健康管理中的应用二、基因芯片的应用领域发达国家-发展预防医学，促进大众健康u在日本每330人： 1名营养保健师 u在英国： 全科医生 u在美国： 家庭医生营养保健师临床医师=2.43、基因芯片在
10、健康管理中的应用二、基因芯片的应用领域75%亚健康状态20%患病者5%健康3、基因芯片在健康管理中的应用二、基因芯片的应用领域Agilent全基因组芯片全基因组芯片，可以对机体的全部基因进行定时监测扫描，建立健康基因表达谱，为健康管理提供”分子快照” 。可用于健康 管理的全基 因组基因芯 片（44K） 3、基因芯片在健康管理中的应用二、基因芯片的应用领域建 立 健 康 人 全 基 因 组 表 达 谱n环境检测n药物研究开发n生物武器防御n法医学鉴定n动植物检疫4、基因芯片在其它领域中的应用二、基因芯片的应用领域n基因芯片的飞速发展引起世界各国的广泛关注和重视。1998年6 月29日美国宣布正式启动生物芯片计划，世界各国也开始加大 投入，以基因芯片为主的生物芯片产业正在全球崛起。三、前景展望国 际 形 势三、前景展望通用电器公司进入基因技术领域 700亿美金收购Amersham Inc. 具有code-link基因芯片技术国 际 形 势公 共 卫 生 问 题三、前景展望国 内 情 况
