微生物应用技术-生物芯片

1、PPTPPT：蒋雨浓：蒋雨浓主讲人：主讲人：刘青伦刘青伦 材料收集：郑亮材料收集：郑亮 李东昂李东昂 王亮王亮新型的细胞芯片应满足以下3个方面的功能:在芯片上实现对细胞的精确控制与运输;在芯片上完成对细胞的特征化修饰;在芯片上实现细胞与内外环境的交流和联系。 不只有DNA或蛋白质，还有整个细胞或器官也能布置在玻璃表面上从而制得细胞芯片或组织芯片。举例来说，如果你想要找与细胞膜受体成键的配体，你需要布置整个细胞而不是提纯受体并用其点板。如果矩阵由不同的细胞组成，将会容易地辨认出与细胞特如果矩阵由不同的细胞组成，将会容易地辨认出与细胞特异性成键配体异性成键配体。这种方法应用将会很广。例如，如果配体

2、与一个特定的癌细胞成键，对照试剂或者毒素取代物将会连到配体上，然后对每个做图像分析和处理。相反，小分子或基因排列将会在一个芯片上被制备，而且细胞应用在它上面。当细胞连当细胞连接到芯片上的每个遗传材料时，每个基因将会缓慢地释放而且吸收到细胞内，正如病接到芯片上的每个遗传材料时，每个基因将会缓慢地释放而且吸收到细胞内，正如病媒动物的行为一样。如果病媒动物表达细胞表面的受体，受体序列将会在细胞表面上媒动物的行为一样。如果病媒动物表达细胞表面的受体，受体序列将会在细胞表面上被构造，为将来的化验做筛选被构造，为将来的化验做筛选。大部分芯片实验要求多步样品制备过程，例如DNA、RNA或蛋白质萃取倍增等，在

3、重复时可能产生不可预知的人为误差和变化。举例来说，RNA样品易于被少量的RNase分解，而RNase可能由实验者的皮肤或有黏液的组织产生。蛋白质也因环境因素不同程度的改变本性。为了要减少这些种人为的误差，芯片上的整个制备步骤的自动化引发人们极大的兴趣，这种方法称作芯片实验室。芯片实验室的成功结果将会得带一个测试芯片去任何地点测试生物学的样品，例如血液，并进一步实时实地得到想要的数据成为可能。细胞芯片细胞芯片是近年来发展起来的一种检测细胞的新技术，它是是近年来发展起来的一种检测细胞的新技术，它是对基因芯片和蛋白质芯片技术的重要补充。随着生物芯片技对基因芯片和蛋白质芯片技术的重要补充。随着生物芯片

4、技术和生物信息学的不断进展，细胞芯片的制作技术将越来越术和生物信息学的不断进展，细胞芯片的制作技术将越来越成熟。成熟。细胞芯片技术通过应用免疫细胞化学、原位分子杂交细胞芯片技术通过应用免疫细胞化学、原位分子杂交等原理对细胞基因、蛋白表达水平进行定位检测等研究，已等原理对细胞基因、蛋白表达水平进行定位检测等研究，已经在基因检测、基因表达、组分多态性分析、药物开发筛选经在基因检测、基因表达、组分多态性分析、药物开发筛选和疾病诊断等诸多领域显示出重要的作用，在白血病等肿瘤和疾病诊断等诸多领域显示出重要的作用，在白血病等肿瘤的辅助诊断和预后判断方面也有着重要的应用价值的辅助诊断和预后判断方面也有着重要

5、的应用价值。可以预。可以预见，细胞芯片技术作为一种新兴的生命科学领域中细胞水平见，细胞芯片技术作为一种新兴的生命科学领域中细胞水平的研究手段和传统的研究细胞的方法相结合，将广泛的应用的研究手段和传统的研究细胞的方法相结合，将广泛的应用于生命科学研究及其实践的各个领域。于生命科学研究及其实践的各个领域。展望展望 多元蛋白质芯片模型1）在格式化的改性表面上，固定配基；2）含配基的芯片与蛋白溶液相互作用，蛋白特异性结合形成蛋白复合物；3）对芯片进行检测以确定蛋白间的相互作用。蛋白质芯片蛋白质芯片蛋白质芯片蛋白质芯片1.1.用于基因表达的筛选用于基因表达的筛选AngelikaL等人从人胎儿脑的cDNA

6、文库中选出92个克隆的粗提物制成蛋白质芯片，用特异性的抗体对其也进行检测，结果的准确率在87%以上，而用传统的原位滤膜技术准确率只达到63%。与原位滤膜相比,用蛋白质芯片技术在同样面积上可容纳更多的克隆，灵敏度可达到pg级。应用应用2.2.特异性抗原抗体的检测特异性抗原抗体的检测在CavinM等人的实验中，蛋白质芯片上的抗原抗体反应体现出很好的特异性，在一块蛋白质芯片上10800个点中，根据抗原抗体的特异性结合检测到唯一的1个阳性位点。Cavin M指出，这种特异性的抗原抗体反应一旦确立，就可以利用这项技术来度量整个细胞或组织中的蛋白质的丰富程度和修饰程度。其次利用蛋白质芯片技术，根据与某一蛋

7、白质的多种组分亲和的特征，筛选某一抗原的未知抗体，将常规的免疫分析微缩到芯片上进行，使免疫检测更加方便快捷。蛋白质芯片蛋白质芯片应用应用3.3.蛋白质的筛选及研究蛋白质的筛选及研究常规筛选蛋白质主要是在基因水平上进行，基因水平的筛选虽已被运用到任意的cDNA文库，但这种文库多以噬菌体为载体，：通过噬菌斑转印技术（plaque life procedure）在一张膜上表达蛋白质。但由于许多蛋白质不是全长基因编码，而且真核基因在细菌中往往不能产生正确折叠的蛋白质，况且噬菌斑转移不能缩小到毫米范围进行，所以这种方法的局限性，靠蛋白质芯片弥补。酶作为一种特殊的蛋白质，可以用蛋白质芯片来研究酶的底物、激

8、活剂、抑制剂等。蛋白质芯片为蛋白质功能研究提供了新的方法，合成的多肽及来源于细胞的蛋白质都可以用作制备蛋白质芯片的材料。Uetz将蛋白质芯片引入酵母双杂交研究中，大大提高了筛选率。建立了含6O0O个酵母蛋白的转化子，每个都具有开放性可阅读框架（Open Reading Frame，0FR）的融合蛋白作为酵母双杂交反应中的激活区，此蛋白质芯片检测到192个酵母蛋白与此发生阳性反应。蛋白质芯片蛋白质芯片应用应用4.4.生化反应的检测生化反应的检测对酶活性的测定一直是临床生化检验中不可缺少的部分。Cohen用常规的光蚀刻技术制备芯片、酶及底物加到芯片上的小室，在电渗作用中使酸及底物经通道接触，发生酶

9、促反应。通过电泳分离，可得到荧光标记的多肽底物及产物的变化，以此来定量酶促反应结果。动力学常数的测定表明该方法是可行的，而且，荧光物质稳定。Arenkov进行了类似的试验，他制备的蛋白质芯片片的一大优点，可以反复使用多次，大大降低了试验成本。5.药物筛选药物筛选疾病的发生发展与某些蛋白质的变化有关，如果以这些蛋白质构筑芯片，对众多候选化学药物进行筛选，直接筛选出与靶蛋白作用的化学药物，将大大推进药物的开发。蛋白质芯片有助于了解药物与其效应蛋白的相互作用，并可以在对化学药物作用机制不甚了解的情况下直接研究蛋白质谱。还可以将化学药物作用与疾病联系起来，以及药物是否具有毒副作用、判定药物的治疗效果，

10、为指导临床用药提供实验依据。另外，蛋白芯片技术还可对中药的真伪和有效成分进行快速鉴定和分析。蛋白质芯片蛋白质芯片应用应用6.6.疾病诊断疾病诊断蛋白质芯片技术在医学领域中有着潜在的广阔应用前景。蛋白质芯片能够同时检测生物样品中与某种疾病或者环境因素损伤可能相关的全部蛋白质的含量情况，即表型指纹（phenomic fingerprint）。表型指纹对监测疾病的过程或预测，判断治疗的效果也具有重要意义。Ciphelxen Biosystems公司利用蛋白质芯片检测了来自健康人和前列腺癌患者的血清样品，在短短的三天之内发现了6种潜在的前列腺癌的生物学标记。Englert将抗体点在片基上，用它检测正常

11、组织和肿瘤之间蛋白质表达的差异，发现有些蛋白质的表达，如前列腺组织特异抗原，明胶酶 蛋白在肿瘤的发生发展中起着重要的作用，这给肿瘤的诊断和治疗带来了新途径。应用蛋白质芯片在临床上还发现乳腺癌患者中的28.3KD的蛋白质；存在于结肠癌及其癌前病变患者的血清13.8KD的特异相关蛋白质。直接用粗生物样品（血清、尿、体液）进行分析 发现低丰度蛋白质 测定疏水蛋白质： 与“双相电泳加飞行质谱”相比，除了有相似功能外，并可增加测定疏水蛋白质 同时快速发现多个生物标记物 小量样品 高通量的验证能力 在同一系统中集发现和检测为一体 特异性高 利用单克隆抗体芯片，可鉴定未知抗原/蛋白质，以减少测定蛋白质序列的工作量。 其他蛋白质芯片优点研究蛋白相互作用的芯片 Protein G、p50和FRB等三种蛋白分别以点状阵列固定到玻片上。三种探针分别与三种蛋白发生特异性相互作用。D表示无任何探针的状态。DNA芯片 DNA芯片DNA芯片DNA芯片还可用于监测不同的人体细胞和组织基因表达，以检测癌症或其它疾病所对应的基因的变化。随着DNA芯片及杂交技术的发展，DNA芯片将有可能直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。 基因表达的微阵列