下载文档原格式
生物芯片和基因芯片技术在生命科学研究中的应用生物芯片和基因芯片技术是现代生命科学研究中的重要工具。
芯片技术的发展使得我们能够快速地对大量的样本进行高通量、高精确度的分析。
本文将介绍生物芯片和基因芯片技术在生命科学研究中的应用及其发展趋势。
一、生物芯片技术的应用生物芯片技术是一种高通量的分析方法，它可以在一张芯片上同时检测多个分子。
这使得我们能够在非常短的时间内获取大量的数据。
生物芯片技术广泛应用于基因表达、蛋白质分析、代谢组学、病原体检测等领域。
1. 基因表达分析基因芯片是一种生物芯片，它可以同时检测大量的基因表达水平。
在基因芯片实验中，我们可以将RNA转录成cDNA并标记，然后用标记后的cDNA对芯片上的基因探针进行杂交。
利用芯片上的探针对转录物进行测定，可以对基因的表达水平进行高通量分析。
基因表达分析可以帮助我们了解基因在不同条件下的表达情况，从而找到与某种生理或病理状态相关的基因，或者发现新的基因调控机制。
2. 蛋白质分析生物芯片技术不仅可以用于基因表达分析，还可以用于蛋白质分析。
蛋白芯片是一种生物芯片，它可以同时检测多种蛋白质。
蛋白质芯片上的探针可以是包括多肽、抗体或亲和分子等，这些可以特异性地结合目标蛋白质。
通过分析芯片上与蛋白质结合的探针，可以得到不同样本中的蛋白质组分，从而找到与某种生理或病理状态相关的蛋白质，或者发现新的蛋白质相互作用机制。
3. 代谢组学代谢组学是通过测定生物体内代谢产物的组成和变化以了解代谢过程的系统科学研究方法。
芯片技术在代谢组学研究中广泛应用。
代谢组学芯片可以同时检测多种代谢产物，这些代谢产物可以反映代谢系统的整体状态。
通过对代谢组学芯片的分析，我们可以了解不同组织或器官代谢物质的组成和变化，从而为疾病的诊断和治疗提供重要的参考。
4. 病原体检测芯片技术还可以用于病原体检测。
基因芯片或蛋白质芯片可以用于检测感染病毒、细菌、真菌等病原体相关的基因或蛋白质。
这种技术可以快速、高效地检测出病原体的存在，从而为疾病的诊断和治疗提供帮助。
基因组学中的SNP分析SNP（Single Nucleotide Polymorphism）是指基因组中的单个核苷酸突变。
SNP分析是基因组学研究中的重要分析方法之一，为了更好地了解SNP分析在基因组学中的作用，我们需要从以下几个方面进行逐步的了解。
一、SNP的特征SNP是常见的继承性遗传变异，主要发生在基因组中7-10%的位置。
它具备许多有价值的特征，例如高度多态性、共有性基因性和容易鉴定性等。
SNP的多态性使其成为研究人类及其他物种遗传标记的优良素材。
SNP基于其出现的频率可以分为高频和低频。
高频SNP在人类人群中具有普遍性，低频SNP在某些群体中出现的频率很低。
SNP在基因组中的位置也非常有规律，即位于编码区、非编码区、隐形区，以及转录因子结合区等重要区域中。
二、SNP分析的方法SNP分析的方法根据分析的目的和数据场景不同，可以分为不同的方法。
常见的SNP分析技术包括测序分析、芯片分析和PCR分析等。
测序分析是快速发展的分析技术，包括全基因组测序和目标基因测序两种。
芯片分析是目前应用比较广泛的SNP分析技术，可快速、准确地进行大规模的SNP检测。
PCR分析适用于单个SNP的检测和测序后验证，具有快速、灵敏度高、操作简单等优点。
三、SNP分析的应用SNP分析在基因组学中的应用非常广泛，主要应用于以下几个方面：1、研究遗传多样性SNP在人群中的频率不同，可以用于描述人类、动植物的遗传多样性，推断人类或种群的出现时间及演化过程等。
2、研究遗传病理学SNP分析也可用于研究不同类型的疾病和病态的发生机制，便于快速准确地识别和分析疾病易感性基因。
3、研究药理学SNP分析也可以帮助研究药物代谢方面的基因，寻找药物作用机制、筛选新药等。
4、研究育种学SNP不仅可应用于人类、动植物的遗传多样性研究中，还可以帮助育种与遗传改良中研究重要基因资源。
四、SNP分析的未来SNP分析虽然已经在基因组学研究中得到了广泛的应用，但随着科技的不断进步，SNP分析的应用范围将会更广泛。
SNP检测原理和应用SNP（单核苷酸多态性）是指在基因组中存在的单个核苷酸变异，也是造成个体之间遗传差异的主要形式之一、SNP检测原理是通过不同的技术手段检测基因组的SNP位点，并将不同个体之间的SNP变异与疾病、药物反应等进行关联分析，从而用于研究和预测人类复杂疾病的发生机制和个体化治疗。
SNP检测的主要技术包括基于凝胶电泳的限制片段长度多态性（RFLP）、聚合酶链反应（PCR）扩增测序、DNA芯片技术和基因测序等。
其中，RFLP是早期应用最广的技术，主要通过特定限制酶酶切目标DNA片段，然后通过凝胶电泳分离DNA片段，根据不同基因型的片段长度差异进行分型和分析。
PCR扩增测序技术则通过特定引物扩增目标DNA片段，再通过测序技术获得具体的SNP位点信息。
DNA芯片技术则通过固相杂交将DNA片段与特定的SNP探针结合，然后通过荧光标记的信号检测技术获得SNP位点信息。
而基因测序技术则是目前应用最广泛和高通量的SNP检测技术，通过测序获得整个基因组的SNP信息。
SNP检测的应用非常广泛。
首先，SNP检测可用于研究人类复杂疾病的发病机制。
复杂疾病的发生不仅受到环境因素的影响，还与多个基因的相互作用有关。
通过SNP检测，可以发现与复杂疾病相关的SNP位点，并进一步研究这些位点与疾病的关联关系以及其在疾病发生发展过程中的作用。
这为疾病预防、治疗和个体化医疗提供了重要的依据。
其次，SNP检测可用于预测个体对药物的反应和副作用。
由于个体对药物的反应存在巨大的差异，因此通过SNP检测可以发现与药物代谢、药物作用靶点相关的SNP位点，并据此预测个体对药物的反应。
这样可以实现个体化的用药方案，提高药物疗效，减少副作用。
此外，SNP检测还可以用于亲子鉴定、法医学鉴定、种群遗传学研究、植物和动物遗传改良等领域。
例如，通过SNP检测可以判断是否为亲生子女，鉴定遗传疾病的患者或罪犯，追溯人类的遗传演化历程，以及选择适应环境的作物和动物品种。
DNA芯片技术与SNP分析--------------------------摘要: 基因芯片技术作为一种新兴的生物技术,近年来得到迅速发展,其应用具有巨大的潜力。
单核苷酸多态性(SNP) 作为新的遗传标记对基因定位及相关疾病研究的意义亦非常重大。
本文主要介绍了DNA 芯片技术的原理和分类、单核苷酸多态性检测方法及DNA 芯片技术在单核苷酸多态性检测方面的应用。
生物芯片技术是90 年代初发展起来的,集分子生物学、微电子技术、高分子化学合成技术和计算机科学等于一身的一门新型技术。
目前发展的生物芯片种类繁多, 如蛋白质芯片、基因芯片、激素芯片、药物芯片等。
但最初的生物芯片主要用于对DNA 的测序, 基因表达谱的鉴定及基因突变体的检测、分析等方面[1 ] 。
迄今为止, 使用最多的也是DNA 芯片。
DNA 水平遗传多态性标记至今已经历了3 个阶段:限制性酶切片段长度多态性标记(RFLP) 、DNA 重复序列的多态性标记(包括小卫星、微卫星DNA 重复序列) 、单核苷酸多态性标记( single nucleotide polymorphisms , SNPs) [2 ] 。
SNP 具有数量多,分布广泛,易于快速、规模化筛查,便于基因分型等特点。
伴随着SNP 检测和分析技术的进一步发展,尤其是与DNA 芯片等技术的结合, SNPs 在基因定位中具有巨大优势和潜力, 并为DNA芯片应用于遗传作图提供了基础。
由于基因芯片具有携带信息量大和检测方便的特点,使得用DNA 芯片对SNP 进行分析具有广阔的前景。
DNA 芯片和SNP 分析已日益成为研究功能基因组学的工具。
1 基因芯片基因芯片的基本原理是应用已知的核苷酸序列作为探针与标记的靶核苷酸序列进行杂交,通过对信号的检测进行定性与定量分析。
基因芯片可在一微小的基片(硅片、玻片等) 表面集成大量的分子识别探针,能够在同一时间内平行分析大量基因,进行大信息量的检测分析[3 ] 。
人类基因组研究中的SNP分析随着现代科技的快速发展，人类已经进入了基因组时代。
在这个时代里，基因组研究是关键的一环，因此，人类基因组研究已成为当前热门科学研究领域。
SNP是人类基因组研究中非常重要的一种基因类型，其全称为“单核苷酸多态性”(Single nucleotide polymorphisms)，是指基因组DNA序列上的单个核苷酸发生突变的现象。
这些突变可能会对个体的遗传特征、代谢和疾病易感性产生影响，因此，SNP分析被广泛应用于人类基因组的研究。
SNP分析的意义SNP分析作为一种高效而有效的基因分析方法，其应用范围非常广泛。
除了帮助人们更好地了解人类基因组的不同特征外，SNP分析也可以被应用于以下领域：1. 遗传病研究基因突变是遗传病发生的原因之一，而SNP的变异也可能引起明显的遗传病症状。
SNP分析可以帮助科学家更好地了解这些突变与遗传病之间的关系，从而提供更有效的治疗方法。
2. 药物研究SNP分析在药物研究过程中也可以发挥重要作用。
因为不同人群人体内的代谢和反应机制是不一样的，因此，在开发新药物的过程中，SNP分析可以提供更全面的信息，从而提高药物的效率和安全性。
3. 个性化医疗随着SNP分析的应用越来越广泛，越来越多的医疗机构开始使用它来提供更精准的治疗方案。
根据患者的基因信息，医生可以制定更适合个人的治疗方法，从而提高治疗效果和疗效持续时间。
SNP分析的方法SNP分析的方法有很多，其中最常见的两种方法是Sanger测序和芯片技术。
1. Sanger测序Sanger测序是SNP分析的传统方法，之所以广泛应用，是因为它是一种基于荧光技术的自动测序方法。
Sanger测序的具体原理如下：首先，将DNA样本与引物一起反应，通过PCR技术扩增目标基因区域。
然后，将PCR产物分离并富集，通过荧光标记的引物在ABI 3730 DNA自动测序仪上进行自动测序。
最后，通过电脑软件将测序结果转化为DNA碱基序列。
SNP分析原理方法及其应用SNP（Single Nucleotide Polymorphism，单核苷酸多态性）是指在基因组中的一些位置上，不同个体之间存在的碱基差异，是常见的遗传变异形式之一、SNP分析是研究SNP在基因与表型之间关联性的方法，用于揭示SNP与遗传疾病、药物反应性等的关系。
本文将介绍SNP分析的原理、方法以及其应用。
一、SNP分析原理1.SNP检测技术：SNP检测技术包括基于DNA芯片的方法、测序技术、实时荧光PCR等。
其中，高通量测序技术是最常用的SNP检测方法，可以同时检测数千个SNP位点。
2.数据分析与统计学方法：通过SNP检测技术获得的数据可以分为基因型数据（AA、AB、BB等）和等位基因频率数据（A频率、B频率等）。
统计学方法常用的有卡方检验、线性回归、逻辑回归等，用于研究SNP与表型之间的关联性。
二、SNP分析方法1.关联分析：关联分析是研究SNP与表型之间关联性的基本方法。
常用的关联分析方法包括单基因型分析、单SNP分析、基因组关联分析（GWAS）等。
单基因型分析主要是比较单个SNP的基因型在表型不同组之间的差异；单SNP分析是研究单个SNP是否与表型相关；GWAS是通过分析数万个SNP与表型之间的关系来找到与表型相关的SNP。
2. 基因型预测：基因型预测是根据已有的SNP数据，通过统计模型来预测个体的基因型。
常用的基因型预测方法有HapMap、PLINK等。
3. 功能注释：功能注释是研究SNP位点的生物学功能，揭示SNP与基因功能、表达水平之间的关系。
常用的功能注释工具有Ensembl、RegulomeDB等。
三、SNP分析应用1.遗传疾病研究：SNP与遗传疾病之间存在着密切的关系。
通过SNP分析可以发现与遗传疾病相关的SNP位点，进一步揭示疾病发生的机制，为疾病的诊断、治疗提供依据。
2.药物反应性研究：个体对药物的反应性往往存在较大差异，这与个体的遗传背景密切相关。
SNP芯片的原理及应用1. 引言单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）是基因组中最常见的变异形式，它在人类疾病的研究中起着重要的作用。
SNP芯片是一种高通量基因分型技术，可以用来检测个体基因组中的上万个SNP位点。
本文将介绍SNP芯片的原理以及其在各个领域的应用。
2. SNP芯片的原理SNP芯片是一种将DNA序列多态性引入到DNA芯片上的高通量基因分型工具。
其基本原理如下：1.选择SNP位点：根据研究目的和基因组数据库的数据，选择与感兴趣的生物学过程或疾病相关的SNP位点。
2.设计引物：根据选择的SNP位点序列设计引物，通常采用探针杂交的方式。
引物的设计需要考虑SNP的位点和碱基对应情况。
3.制备芯片：将设计好的引物固定在芯片表面上，并将每个SNP位点的引物排列成阵列状，以便同时检测多个SNP位点。
4.样品准备：从被检测的个体中提取DNA样品，并使用PCR扩增目标SNP位点的DNA片段。
5.杂交：将扩增好的DNA样品加入到芯片上，利用引物与样品中相应DNA片段的互补序列形成特异性的杂交。
6.洗涤：通过洗涤过程去除未结合的DNA片段，使只有与芯片上相应引物杂交的DNA片段留在芯片上。
7.形成芯片图像：利用特定的扫描仪扫描芯片，根据芯片上不同位置的荧光信号强度来分析每个SNP位点上的基因型。
3. SNP芯片的应用SNP芯片在各个领域的应用非常广泛，下面列举了几个典型的应用示例：3.1. 人类遗传疾病研究SNP芯片在人类遗传疾病研究中发挥着重要作用。
通过比较病例组和对照组的SNP芯片数据，可以发现与疾病相关的SNP位点，进而研究疾病的致病机制和发展规律。
例如，在癌症研究中，SNP芯片常用于寻找与癌症发生和进展相关的遗传变异。
3.2. 农业育种SNP芯片在农业育种中的应用越来越广泛。
农业科学家可以利用SNP芯片分析大量的植物或动物个体，筛选出具有优良基因型的品种或个体，从而加快优质农产品的培育速度。
基因组学研究中SNP标记方法与数据分析SNP标记方法与数据分析在基因组学研究中起着重要的作用。
SNP（Single Nucleotide Polymorphism，单核苷酸多态性）是基因组中最常见的变异形式，是导致个体间遗传差异的主要原因之一。
因此，对SNP标记方法和数据分析的研究对于揭示基因与表型之间的关联、为功能基因组学研究提供有效工具具有重要意义。
SNP标记方法主要分为两种：基于技术平台的方法和计算预测的方法。
技术平台包括传统的基因测序、SNP芯片和下一代测序。
传统的基因测序方法通过测序反应来确定SNP位点上的碱基，虽然准确性高，但费时费力。
SNP芯片是一种高通量的方法，可以同时检测多个SNP位点，准确性相对较低。
下一代测序则是目前最常用的方法，具有高通量、高分辨率、低成本的特点。
在SNP标记方法的选择上，需要根据研究对象、目标和预算来权衡不同方法的优缺点。
在SNP标记数据的分析中，主要涉及到数据的预处理、基因型分型和遗传关联分析。
首先，数据的预处理包括对原始数据进行质量控制、过滤掉低质量的SNP位点和个体，以及进行数据标准化和归一化。
这一步骤对后续的分析至关重要，能够减少误报率和漏报率，提高结果的可靠性。
其次，基因型分型是确定每个个体在每个SNP位点上的基因型。
由于SNP位点的碱基组合较多，需要运用一系列的算法和统计模型来进行基因型分型，其中包括Bayes算法、混合模型和机器学习方法等。
最后，遗传关联分析是研究SNP位点与表型之间关联的主要方法，可以通过构建模型、计算单个SNP的关联程度，或者进行基因组广义关联分析（GWAS），来揭示SNP位点与表型之间的关系。
在进行SNP标记方法和数据分析时，还需注意一些常见的挑战和问题。
首先，SNP标记的质量控制和过滤是一个关键的步骤，需要选择合适的阈值来确保数据的准确性。
同时，样本大小也是一个重要的考虑因素，在样本量较小时，可能会出现较大的偏差。
另外，SNP位点之间的连锁不平衡（Linkage Disequilibrium，LD）也需要在分析中进行考虑，以减少虚假关联的可能性。
snp芯片SNP芯片（Single Nucleotide Polymorphism chips）是一种高通量基因分型技术，目前广泛应用于基因组学研究和个体遗传变异的检测。
SNP芯片可以同时检测数千至数百万个单核苷酸多态性位点，从而快速、精准地分析个体间的遗传差异。
SNP（Single Nucleotide Polymorphism）是指基因组中单个核苷酸发生变异的位置。
它们是人类遗传变异中最常见的形式，每个人的基因组中大约有数百万个SNP。
通过对SNP的识别和分析，可以研究个体之间的遗传差异，并且了解这些差异与健康、疾病以及药物反应等方面的关系。
SNP芯片是通过DNA芯片技术实现SNP的检测和分析。
其基本原理是将经过特定设计的探针固定在芯片上，探针可以与特定的SNP序列互相匹配。
然后，样本DNA经过扩增和标记处理，与芯片上的探针进行杂交，并通过荧光等方式进行信号检测。
根据信号的强度，可以确定每个位点上的SNP类型。
SNP芯片的优势在于高通量、高准确性和高效率。
相比传统的基因分型方法，SNP芯片可以同时分析大量SNP位点，大大提高了研究效率。
同时，SNP芯片的准确性也非常高，可以达到99%以上。
此外，SNP芯片还具有良好的可重复性和可比性，可以在不同实验室之间进行数据交流和共享。
SNP芯片广泛应用于基因组学研究、人类遗传学和药物研发等领域。
在基因组学研究中，SNP芯片可以用于遗传关联研究，寻找与疾病或性状相关的SNP位点。
在人类遗传学中，SNP芯片可以用于研究不同人群之间的遗传差异，了解人类种群演化和迁移的历史。
在药物研发中，SNP芯片可以用于个体化药物治疗的研究，根据个体的遗传信息优化药物方案，提高疗效和减少副作用。
然而，SNP芯片也存在一些局限性。
首先，SNP芯片只能检测已知的SNP位点，对于未知或罕见的变异无法检测。
其次，SNP芯片无法检测复杂的遗传变异，如插入缺失、倒位等结构变异。
此外，SNP芯片的解读和分析需要复杂的生物信息学算法和数据库支持，对研究人员的专业水平提出了要求。
动物细胞基因组DNA SNP的生物芯片检测来源：易生物实验浏览次数：2082 网友评论0 条单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP），主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。
它是人类可遗传的变异中最常见的一种。
占所有已知多态性的90%以上。
SNP 在群体中的发生频率不小于1%。
SNP在人类基因组中广泛存在，平均每500～1000个碱基对中就有1个，目前已发现约400万个SNP遗传标记。
关键词：动物细胞基因组DNASNP生物芯片单核苷酸多态性singlenucleotidepolymorphism实验原理：1、SNP的概念及意义单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP），主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。
它是人类可遗传的变异中最常见的一种。
占所有已知多态性的90%以上。
SNP在群体中的发生频率不小于1%。
SNP在人类基因组中广泛存在，平均每500～1000个碱基对中就有1个，目前已发现约400万个SNP遗传标记。
SNP所表现的多态性只涉及到单个碱基的变异，这种变异可由单个碱基的转换（transition）[指同型碱基之间的转换，如嘌呤与嘌呤( G-A) 、嘧啶与嘧啶( T-C) 间的替换]或颠换（tra nsversion）[指发生在嘌呤与嘧啶(A-T、A-C、C-G、G-T) 之间的替换]所引起，也可由碱基的插入或缺失所致。
但通常所说的SNP并不包括后两种情况。
理论上讲，SNP既可能是二等位多态性，也可能是3个或4个等位多态性，但实际上，后两者非常少见，几乎可以忽略。
因此，通常所说的SNP都是二等位多态性的。
SNP变异可能是转换（C→T，在其互补链上则为G→A），也可能是颠换（C→A，G→T，C→G，A→T）。
转换的发生率总是明显高于其它几种变异，具有转换型变异的SNP约占2/3，其它几种变异的发生几率相似。
DNA芯片技术与SNP分析--------------------------摘要: 基因芯片技术作为一种新兴的生物技术,近年来得到迅速发展,其应用具有巨大的潜力。
单核苷酸多态性(SNP) 作为新的遗传标记对基因定位及相关疾病研究的意义亦非常重大。
本文主要介绍了DNA 芯片技术的原理和分类、单核苷酸多态性检测方法及DNA 芯片技术在单核苷酸多态性检测方面的应用。
生物芯片技术是90 年代初发展起来的,集分子生物学、微电子技术、高分子化学合成技术和计算机科学等于一身的一门新型技术。
目前发展的生物芯片种类繁多, 如蛋白质芯片、基因芯片、激素芯片、药物芯片等。
但最初的生物芯片主要用于对DNA 的测序, 基因表达谱的鉴定及基因突变体的检测、分析等方面[1 ] 。
迄今为止, 使用最多的也是DNA 芯片。
DNA 水平遗传多态性标记至今已经历了3 个阶段:限制性酶切片段长度多态性标记(RFLP) 、DNA 重复序列的多态性标记(包括小卫星、微卫星DNA 重复序列) 、单核苷酸多态性标记( single nucleotide polymorphisms , SNPs) [2 ] 。
SNP 具有数量多,分布广泛,易于快速、规模化筛查,便于基因分型等特点。
伴随着SNP 检测和分析技术的进一步发展,尤其是与DNA 芯片等技术的结合, SNPs 在基因定位中具有巨大优势和潜力, 并为DNA芯片应用于遗传作图提供了基础。
由于基因芯片具有携带信息量大和检测方便的特点,使得用DNA 芯片对SNP 进行分析具有广阔的前景。
DNA 芯片和SNP 分析已日益成为研究功能基因组学的工具。
1 基因芯片基因芯片的基本原理是应用已知的核苷酸序列作为探针与标记的靶核苷酸序列进行杂交,通过对信号的检测进行定性与定量分析。
基因芯片可在一微小的基片(硅片、玻片等) 表面集成大量的分子识别探针,能够在同一时间内平行分析大量基因,进行大信息量的检测分析[3 ] 。
基因芯片应用很广, 根据所用探针类型不同分为cDNA 微阵列(或cDNA微阵列芯片) 和寡核苷酸阵列(或芯片) ,根据应用领域不同而制备的专用芯片如毒理学芯片(toxchip) 、病毒检测芯片(如肝炎病毒检测芯片) 、p53 基因检测芯片等。
根据其作用可分为检测基因质和量的芯片。
量的检测包括:检测mRNA 水平、病原体的有无及比较基因组基因的拷贝数,既可用寡核苷酸芯片,又可用cDNA 芯片完成,但cDNA 芯片更具优势。
质的检测包括:DNA 测序及再测序、基因突变和SNP 检测等,主要用寡核苷酸芯片完成。
2 SNP单核苷酸多态性(SNP) 是指在基因组上单个核苷酸的变异,包括置换、颠换、缺失和插入。
从理论上来看每一个SNP 位点都可以有4 种不同的变异形式,但实际上发生的只有两种,即转换和颠换,二者之比为2 :1。
SNP 在CG序列上出现最为频繁,而且多是C转换为T ,原因是CG中的C 常为甲基化的,自发地脱氨后即成为胸腺嘧啶。
一般而言,SNP 是指变异频率大于1 %的单核苷酸变异。
在人类基因组中大概每1000 个碱基就有一个SNP ,人类基因组上的SNP 总量大概是3 ×106 个[4 ] 。
绝大多数疾病的发生与环境因素和遗传因素的综合作用有关,通常认为是在个体具有遗传易感性的基础上,环境有害因素作用而导致疾病。
不同群体和个体对疾病的易感性、抵抗性以及其他生物学性状(如对药物的反应性等) 有差别,其遗传学基础是人类基因组DNA 序列的变异性, 其中最常见的是SNP。
易感基因的特点是基因的变异本身并不直接导致疾病的发生,而只造成机体患病的潜在危险性增加,一旦外界有害因素介入, 即可导致疾病发生。
另外在药物治疗中,易感基因的变异造成药物对机体的疗效和副作用不同。
随着人类基因组计划的进展,人们愈来愈相信基因组中的SNP 有助于解释个体的表型差异、不同群体和个体对疾病,特别是对复杂疾病的易感性以及对各种药物的耐受性和对环境因子的反应。
因此, 寻找和研究SNP 已成为人类基因组计划的内容和目标之一[5、6 ] 。
3 SNP 的检测方法SNP 的分型技术可分为两个时代,一为凝胶时代,二为高通量时代。
凝胶时代的主要技术和方法包括限制性酶切片段长度多态性分析(RFLP) 、寡核苷酸连接分析(OLA) 、等位基因特异聚合酶链反应分析(AS2PCR) 、单链构象多态性分析(SSCP) 、变性梯度凝胶电泳分析(DGGE) ,虽然这些技术与高通量时代的技术原理大致一样,但是由于它不能进行自动化,只能进行小规模的SNP 分型测试,所以必然会被淘汰。
高通量时代的SNP分型技术按其技术原理可分为:特异位点杂交(ASH) 、特异位点引物延伸(ASPE) 、单碱基延伸(SBCE) 、特异位点切割(ASC) 和特异位点连接(ASL) 5 种方法。
此外,采用特殊的质谱法[7 ] 和高效液相层析法也可以大规模、快速检出SNP 或进行SNP 的初筛。
近年来已经在晶体上用“光刻法”实现原位合成,直接合成高密度的可控序列寡核苷酸,使DNA 芯片法显示出强大威力,对SNP 的检测可以自动化、批量化[8 ] ,并已在建立SNP 图谱方面投入实际应用。
DNA 芯片法有望在片刻之间评价整个人类基因组[9 ] 。
4 基因芯片在SNP 分析方面的应用4.1 疾病预防随着人类基因组计划的逐步发展,人们分析出了许多基因序列,下一步是要分析这些基因的多态性与生物功能和疾病的关系。
通过基因芯片检测SNP ,可以确定基因多态性和疾病的关系;在预防医学方面,可使人们尽早地认识自身潜在的疾病,并实施有效的防治措施,从而做到疾病的早期预防。
1997年美国提出了环境基因组学计划,目的是要了解环境因素对人类疾病的影响和意义,针对与环境因素发生相互作用的蛋白的编码基因(如DNA 修复机制、氧化2还原反应及病毒受体蛋白等) 来识别其基因组的多样性以及其结构2功能的关系,从而发现与特定环境因子相关的危险人群,制定出相应的具有个体化特点的危险度评价和预防措施。
SNP 是在漫长的进化过程中形成的,具有遗传稳定性。
将其与基因芯片技术相结合进行基因分型, 将会产生大量的遗传易感性标志物,使通过基因分析来筛选易感个体、重点保护高危人群成为可能。
美研究人员采用高通量微阵列基因分析方法, 对美国15 个医学中心的352 例患冠状动脉疾病者和418 名未患该疾病个体的62个基因进行了评估[10 ] 。
在编码血小板凝血酶敏感蛋白的基因上,鉴定出3 种SNPs (TSP-1 ,TSP-2 ,TSP-4) ,携带TSP-4 (杂合子或纯合子) 变异体的个体患心肌梗塞的危险性高达89 %以上; 携带的TSP-2 变异体为纯合子者发生心肌梗塞的危险性大为降低; 携带的TSP21 变异体为杂合子者冠状动脉疾病过早发生的危险性增加9 倍以上。
这种可预示危险性增加的遗传学证据的发现对疾病预防来说是一种进步,这些变异体可能成为预测心血管疾病发生的指标之一。
4.2 临床诊断和个性化治疗利用基因芯片技术对人类未来疾病作出诊断,具有广阔的前景。
Wang 等[11 ] 应用高密度基因芯片对213Mb 人类基因的SNP 进行筛查,确定了3241 个SNPs 位点,显示出大规模鉴定人类基因型的可能。
同样,利用基因芯片技术分析感染病毒、细菌基因的多态性,有助于人们了解病毒、细菌的感染发病机制与抗药性机制。
例如利用基因芯片检测结核菌核糖体16sRNA 的多态性,可了解结核菌对雷米封和异烟肼的耐药情况。
Kozal 等[12 ] 用高密度HIV 寡核苷酸探针芯片对HIV 病株的多态性进行了分析, 观察到HIV21 包膜氨基酸的天然多变性, 对病人临床用药及预后具有重要意义。
Kozal等[13 ] 利用芯片技术,对尚未使用蛋白酶抑制剂的HIV 感染病人的HIV21 蛋白酶基因多态性进行研究,并将结果与传统法测序结果相比较,在114 例病人样本中,两者吻合率达98 %。
4.3 药物开发与合理用药目前兴起的药物基因组学(pharmacogenomics) 主要研究遗传因素对药物作用的影响和不同基因型个体对药物反应的差异[14 ] , 从而为临床有针对性地合理用药和根据不同基因型群体对药物的反应来改进药物设计提供了理论依据。
而SNP 是药物基因组学的分子基础[15 ] ,这是当前制药行业对SNPs 制图和发展大量检出SNPs 方法表现出空前兴趣的原因。
例如,影响药物体内效应的一个重要因素是肝脏的代谢酶系统,而造成酶功能差异的则是决定其结构及功能的DNA 序列。
如果将与药物代谢有关的主要酶系统的DNA 制成基因芯片,便可迅速确定病人之间肝代谢酶的遗传学差异。
近来很多基因分析技术已应用于遗传药理学研究,但如果要同时快速分析多个病人的多个基因以确定其用药方案,则利用基因芯片技术筛选出相关SNP 是最佳选择[16 ] 。
5 前景和展望基因芯片的一个重要发展趋势是芯片制备、样品处理、杂交、检测以及数据分析的标准化,提高基因芯片的准确性和可靠性。
从今后大量的基因多态性检测的应用需求,以及基因芯片的标准化和批量化生产角度来看,利用高分辨率在片合成技术制备高密度基因芯片是一个重要的发展趋势[17 ] 。
近年来运用的多色荧光标记技术可更直观地比较不同来源样品的基因表达差异,可以大大提高芯片的准确性和检测范围,把不同来源的靶基因用不同激发波长的荧光素标记,并使它们同时与基因芯片杂交,通过比较芯片上不同波长荧光的分布图获得不同样品间差异表达基因的图谱[18 ,19 ] 。
例如用不同的荧光素分别标记靶序列及单碱基失配的参考序列, 使它们同时与芯片杂交,通过不同荧光强弱的比较得出靶序列中碱基失配的信息[20 ] 。
迄今能揭示多基因改变与一些疾病如心脏疾患、糖尿病、哮喘及精神分裂等易感性联系的,非SNPs 莫属。
使用基因芯片进行SNP分析,具有快速、高效、准确、可产业化等特点,虽然它还处在初始阶段,但已显示出潜在的广阔的应用前景。
