文档介绍：第一章 Microarray 介绍
生物信息处理
基于对生物体“硬件”和“软件”的认识,提出暂时地撇开生物的物理属性,着重研究其信息属性,从而进入到生物信息处理(关于生命硬件的信息和软件的信息,即生理信息和生命信息)的一个分支,生物信息学。于是,为揭开生命之秘、揭示与生命现象相关的复杂系统的运作机制打开一条新的途径。
什么是生物信息处理
生物信息处理的英文是Bioinformatics。 1994年初,诺贝尔医学奖获得者美国教授M·罗德贝尔发表一篇评论,题为《生物信息处理:评估环境卫生的新方法》。他认为生物信息处理是在基因数据库基础上,计算机驱动的能快速获得表达基因部分序列的方法。通过MEDLINE数据库,可以查阅到很多与生物信息处理(Bioinformatics)有关的记录,其中J F Aiton认为生物信息处理是基于计算机的数据库和信息服务;R P Murray认为生物信息处理包括两方面:第一是大量现存数据的自动化处理,第二是新的信息资源的生成;D Benton在题为《生物信息处理———一个新的多学科工具的原理和潜力》的文章中说,生物信息处理的材料是生物学数据,其方法来自广泛的各种各样的计算机技术。其方法来自广泛的各种各样的计算机技术。近年来,生物学数据在爆炸式增长,新的计算机方法在不断产生。这些方法在结构生物学、遗传学、结构化药品和分子演变学中是研究工作进展的基础。如果生物医学工程要在各个领域都从研究进展中获取最大好处,那么生物学数据健全的基础设施的开发与维护是同等重要的。尽管生物信息处理已经作出重要贡献,但是在它成熟时就会面临更大的需求在爆炸式增长,新的计算机方法在不断产生。这些方法在结构生物学、遗传学、结构化药品和分子演变学中是研究工作进展的基础。如果生物医学工程要在各个领域都从研究进展中获取最大好处,那么生物学数据健全的基础设施的开发与维护是同等重要的。尽管生物信息处理已经作出重要贡献,但是在它成熟时就会面临更大的需求。
在整体上可以看出,生物信息处理的两个基本内容是生物数据库建立和计算机信息服务,也就是生物数据处理的计算机数据库化和程序化。当前这种数据库的内容主要是目录、期刊、遗传基因和细胞三维结构学。服务程序主要用于信息检索和基因序列分析。
所以,严格地说,当前生物信息处理远未形成独立的学科,它同计算机生物学应用并无重大区别。在1998年第九届世界医药信息学大会上,它才作为一个讨论题目被列出来。可以说,生物信息处理技术是一项年轻的研究领域。
Microarray 技术
Microarray 技术原理
微阵列技术是利用分子杂交的原理,用自动化仪器arrayer把不同的,数以百计、千计、万计已知部分序列的DNA探针“印”在玻璃片或者尼龙膜上面成阵列。为了比较两份标本中核酸表达的丰度,两份标本中核酸用同位素或者荧光素(红和绿两种)标记,再于微阵列杂交,然后检测杂交信号的强度,通过一定的数据处理系统,把它们转化成两份不同标本中特异基因的丰度,最后对这些数据进行分析。
根据微阵列技术原理,微阵列技术的处理流程如下:
1. 实验设计
2. 样品制备(指mRNA或总RNA样品,包括对照组和实验组)
3. 芯片制备(包括PCR,纯化,点样等步骤)
4. 芯片杂交(将mRNA或总RNA分别进行逆转录生成cDNA,在此步骤中将对照组和实验组cDNA分别标记CY3和CY5荧光信号)
5. 芯片扫描(采用激光扫描仪,分别用532nm和635nm波长激光扫描芯片,对于每张芯片,得到CY3和CY5通道两幅图象)
6. 图象处理(采用专门软件,对图象进行分析,提取每个点上的数字信号),得到原始数据表。
7. 数据校正和筛选(对cy5或cy3信号进行校正,消除实验或扫描等各环节因素对数据的影响,同时利用筛选规则对数据中的“坏点”,“小点”,“低信号点”进行筛选,并作标记。)
8. 差异表达基因的确定(采用ratio值对差异基因进行判断,或采用统计方法如线性回归、主成分分析、调整P值算法等对差异基因进行统计推断)
9. 生物信息学分析(如cluster 算法、差异基因的同源性比对,差异基因的相关文献检索等)
一个最简单的配置应包括微阵列制作系统(arrayer) ,信号收集系统(scanner) ,计算机和软件(操作系统和微阵列技术处理的相关软件)。
Microarray 技术应用领域
Microarray 技术是近几年兴起的新技术,但短短几年中,该技术已经被分子生物学的很多领域接受,并广泛应用于以下领域:
1、基因表达分析和检测
微阵列技术已经被许多研究小组应用于与基因表达有关的工作中,如对细菌、动植物和人类的研究。包括:特异性相关的基因、差异表达的基因、