生物芯片的数据分析.ppt

1、生物芯片的数据分析,生物芯片,借助微加工和微电子技术，将大量已知序列的核酸或蛋白质片段有序地组合在一个微小基片表面,通过与标记的核酸或蛋白质分子进行反应，分析待检标本的相应成分。,生物芯片的分类,基因芯片 蛋白芯片 组织芯片 细胞芯片,蛋白芯片,蛋白质芯片是将各种微量纯化的蛋白质阵列在一种高密度的固相载体上，并与待测样品杂交，以测定相应蛋白质的性质、特征以及蛋白质与生物大分子之间的相互作用的方法。,Immobilization,Capture,Detection,蛋白质芯片原理示意图,蛋白质芯片的分类,按蛋白质性质分类 1. 无活性芯片：将已经合成好的蛋白质以高密度阵列点样在芯片上，进行杂交反

2、应。 2. 有活性芯片：把生物体直接点在芯片上，并原位表达蛋白质。 按形式分类 1. 玻璃载玻片芯片（在玻璃表面构建） 2. 3-D胶芯片（在多孔凝胶垫上构建） 3. 微孔芯片（在微孔板上构建）,不同种类的蛋白质芯片的特点,蛋白芯片的特点,高通量 灵敏度较高 重复性好 操作自动化,操作步骤,1.将各种蛋白质有序地固定于滴定板、滤膜和载玻片等各种载体上制成检测用的芯片。 2. 用标记了荧光分子的样品与芯片反应。 3. 经漂洗将未能与芯片上的蛋白质作用的成分洗去。 4. 利用荧光扫描仪测定芯片上各点的荧光强度。 5. 通过荧光强度分析蛋白质与蛋白质相互作用的关系，测定各种蛋白质。,蛋白质芯片的检测

3、方法,1. 探针标记检测法 2. 无探针标记检测法,1. 探针标记检测法,根据标记探针的特点大致分为两种： （1）荧光标记的探针 （2）放射性同位素标记的探针,荧光检测法,它是目前最常使用的检测方法。 特点：简单；安全；高灵敏度；可以和基因芯片的扫描仪配合使用，这样可以提高分析效率，适用于大量数据的采集和分析。,荧光标记方法,1. 一步标记法 用荧光蛋白或可以发光的小分子经过一步将蛋白质作标记检测。 2. 二步标记法 先用一个可检测到的标签探针（如生物素）将蛋白质标记后，再在第二步操作中用一个合适的发光试剂作标记。 优点：灵敏度较高。 缺点：操作步骤相对复杂；有的蛋白质不适合此种方法。,2.

4、无探针标记检测法,有人运用表面增强激光解吸电离（surface-enhanced laser desorption ionization，SELDI）质谱来检测低密度蛋白质芯片。 原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）也可以作为蛋白质芯片的检测工具。检测蛋白质芯片结合前后表面拓扑学性质的变化。,数据分析,根据检测出来的灰度水平来估计蛋白质表达水平（拟合关系） 目前常用的芯片数据分析手段有数据归一化分析、直观视图分析、统计学分析和生物学分析,数据的归一化,归一化的方法可以用特定的对照，将各点光密度值或比值除以所有点的平均值法，或附带一些参数如平均值等以作为该芯片的

5、内部对照。,直观视图分析,视图分析使最简单、最直接、最直观的分析方法。通常用散点图（二维和三维）、直方图和饼图直观地显示芯片表达的结果，对于结果较为明显的数据，可以直接作出判断。,Protein Array Assay Images,Control Sample,Treated Sample,统计学分析,目前应用于基因芯片表达数据统计分析的主要方法是聚类分析（Cluster Analysis）。聚类分析是研究事物分类的一种方法，是在事物分类面貌尚不清楚的情况下研究事物的分类。其方法是直接比较样本中各指标之间的性质，将性质相近的归为一类，性质差别较大的归在另一类。,生物学分析,生物学分析是根据视

6、图分析的结果，结合生物学知识作出相关判断。时间过程分析（timecourse analysis）是用较多的一种方法，可以用于分析细胞生长不同时期的蛋白质表达、正常组织与肿瘤组织的蛋白质变化、测定用药前后蛋白质发生的变化,相关软件的辅助,差异性分析 聚类分析,酿酒酵母蛋白组芯片,检测酿酒酵母蛋白质的糖基化,哺乳动物细胞的血凝素指纹,蛋白质芯片技术存在的问题及改进方向,1. 蛋白芯片的制作是其应用的关键因素之一。目前蛋白芯片的制作方法较为费时、成本较高，特别是涉及大量不同种类的蛋白质的高效表达与纯化问题需要解决。 2. 进一步改进基片材料的表面处理技术与蛋白质固化技术，以减少蛋白质的非特异性结合。

7、,3. 提高芯片的点阵速度，以保持芯片表面配基的稳定性和生物活性。 4. 改进蛋白质的标记技术，进一步提高信号检测的灵敏度。 5. 进一步提高检测结果的分析方法，提供高分辨率和灵敏度的成像设备与分析软件，实现成像与数据分析一体化。,蛋白芯片的应用,蛋白质芯片的应用,1、用于蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸、蛋白质-脂类等相互作用研究；特异性蛋白质的筛选；功能蛋白质组研究。 例如，应用酵母蛋白质芯片进行钙调蛋白的研究；应用磷脂酰肌醇来筛选磷脂酰肌醇的结合蛋白。,2、疾病诊断的研究。目前，临床上应用的蛋白质芯片主要是用于检测肿瘤标志物的蛋白质芯片。它的应用范围主要在以下几个方面： （1）用于肿瘤患者的辅助诊断、疗效判断、病情监测、预后评估及判断肿瘤有无复发和转移等。 （2）用于肿瘤高危人群的定期筛查。高危人群主要是指45岁以上的人群、患各种慢性炎症和各种慢性疾病的患者、有肿瘤家族史和肿瘤高发区居民等。 （3）