生物芯片水质监测省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物芯片技术用于水质监测生物芯片技术用于水质监测时慧敏4月25日第1页生物芯片技术介绍20世纪90年代中期以来影响最深远重大进展之一，其中基因芯片可自动、快速地检测出成千上万个基因表示情况。原理：在环境污染物影响下，敏感生物个体细胞基因表示丰度会发生相当程度改变，分析基因组DNA中改变序列以筛选出DNA突变和多态性改变，寻找与正常表示差异，单独地或混合地确定毒物质对敏感生物基因水平上影响以及影响程度，以此来检测环境中污染物及其生物效应。第2页生物芯片技术介绍污染物影响环境生物个体基因表达改变生物芯片分析DNA，寻找表达差异确定有毒物质在基因水平上的影响检测污染物及其生物效应第3页生物芯片技术介绍依据芯片上固定样品探针不一样，可分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片、芯片试验室等。第4页生物芯片技术介绍基因芯片基因芯片利用集成电路控制寡核苷酸探针，并把它们密集、规律地排列在1cm2大小硅片或玻璃晶片上，然后将荧光标识DNA或cDNA样品在芯片上与探针杂交，经激光共聚焦显微镜扫描，以计算机系统对荧光信号作出比较和检测。第5页生物芯片技术介绍基因芯片基因芯片第6页选择固相载体，固定蛋白质（抗原或抗体）按设计方式排列，形成蛋白质芯片加入与之特异性结合、带有特殊标记的蛋白质分子（抗原或抗体）通过对标记物的检测来实现抗原抗体的互检生物芯片技术介绍蛋白质芯片蛋白质芯片利用抗体与抗原结合特异性即免疫反应来构建。该技术所需蛋白质量极少，反应相对较快，稳定性很好，灵敏度较高。第7页生物芯片技术介绍蛋白质芯片蛋白质芯片第8页生物芯片技术介绍细胞芯片细胞芯片第9页生物芯片技术介绍组织芯片组织芯片第10页生物芯片技术介绍芯片试验室芯片试验室是生物芯片技术发展终极目标。愈加复杂，引入纳米技术，在微小硅材料表面，制造出将样品制备、生化反应、检测分析整个过程集于一身集约化微型分析系统。可灵敏地检测到稀有基因改变；加紧杂交反应，缩短检测时间，从而降低成本。便于携带，可用于紧急场所，野外操作，甚至放在航天器上。第11页生物芯片技术介绍芯片试验室芯片试验室芯片上水凝胶芯片上水凝胶薄膜粘合剂薄膜粘合剂垫片垫片微流控门和阀门微流控门和阀门第12页在水坏境中应用控制水质：控制水质：生物芯片提供信息量巨大，能比常规方法检测出更多微生物，并可检测微生物遗传指纹。这种方法准确可靠，整个过程可在4h内完成，费用比常规方法低10倍。法国一家水管理企业投资850万欧元与芯片企业共同开发生物芯片，以检测公共饮用水中微生物。第13页在水坏境中应用瞬时检测病原细菌：瞬时检测病原细菌：罗德岛大学研究人员将生物传感器技术和光纤技术相结合，利用光纤作为探针，来接触待测物，准确检测并量化病原体水平，从而即时检测出其中病原细菌，整个过程仅需6090min。该法能够瞬时检测出水中沙门氏菌和大肠杆菌。第14页在水坏境中应用进行细菌检测和菌种判定：进行细菌检测和菌种判定：利用细菌已知序列特殊基因或特异DNA序列,设计特异探针,负载于生物芯片上,可检测样品中对应细菌。Cho等发展了一个基于随机基因组片段DNA芯片技术方法,此方法在判定细菌和确定细菌之间遗传学距离方面都很有效。Anthony等利用DNA芯片建立一个快速(4h)细菌检测及判定系统，且不会显著增加复杂性和成本。第15页在水坏境中应用进行细菌检测和菌种判定：进行细菌检测和菌种判定：Call等用基因芯片确定大肠杆菌O157:H7基因分型敏感性和特异性，试验结果表明：基因芯片敏感性是凝胶电泳32倍以上,用玻璃基片基因芯片检测多重PCR（聚合酶链反应）产物是一个相对简单、快速、敏感新方法。第16页在水坏境中应用进行重金属进行重金属检测：检测：重金属是水体污染主要组分，水生动物体内重金属含量伴随外界浓度增加而增加，能够认为水生动物体内重金属含量如实地反应了水环境污染情况和水域近期污染过程，从而能够考虑把它们作为海域重金属污染指示生物。第17页在水坏境中应用进行重金属进行重金属检测：检测：Walker等用基因芯片测定暴露在银、铜和镉元素体外培养腮上皮细胞转录差分布，试验证实了体外培养腮细胞含有准确确定和识别水生样本生物毒性遗传识别功效。Hans Reynders等用基因芯片检测在水体中添加镉和在饲料中添加镉条件下养殖鲤鱼肝脏表示差异，检测结果：鲤鱼对镉染毒有较高动态响应。在低镉染毒条件下与能量相关基因发生表示差异；在高浓度时，与逆境相关基因表示有差异；另外，在最高浓度下驯养7天鲤鱼肝脏被破坏。第18页在水坏境中应用检测有毒污染物：检测有毒污染物：有毒物质增加都会引发水体动物应激反应，经过对水体动物应激引发基因差量表示能够对水体污染进行检测。Wiseman等研究了虹鳟从急性应激源恢复过程中肝脏基因表示谱，结果：肝脏分子重组中应激源调整基因信号与应激相关，进而应证了在分子水平适应性应激反应复杂性质，更说明基因研究在应激处理机制可行性。第19页在水坏境中应用检测有毒污染物：检测有毒污染物：Aleksei Krasnov等用基因芯片检测：在肝毒素芘与CCl4染毒条件下生长4天后虹鳟幼鱼1273个基因，研究发觉芘和CCl4对一些基因表示有负作用。第20页在水坏境中应用检测养殖水体：检测养殖水体：养殖水体在夏季很轻易发生缺氧，对养殖生物产生应激反应，研究养殖水体中个中不良条件对养殖动物影响后果能够深入更加好提升产量。Ju等研究了日本青鱂在缺氧条件下组织基因表示，取脑、腮和肝脏组织，采取保守型选择标准分别在这3个组织中选取基因并检测这些基因表示差量。研究发觉：多数新陈代谢、异化作用、RNA和蛋白质代谢等相关基因表现出表示差异。第21页在水坏境中应用基因芯片对水体病原体检测应用：基因芯片对水体病原体检测应用：致病菌污染饮用水可造成各种疾病暴发与流行，严重威胁着人类健康。第22页在水坏境中应用基因芯片对水体病原体检测应用：基因芯片对水体病原体检测应用：不一样检测方法比较：检测方法传统法操作繁琐、且需要数天时间才能得到结果核酸探针杂交技术存在特异性或敏感性的问题常规PCR技术无法检测含未知菌、多种细菌感染的样品基因芯片技术快速、准确、易于操作第23页在水坏境中应用基因芯片对水体病原体检测应用：基因芯片对水体病原体检测应用：Lee等用基因芯片检测城市污水中细菌性病原体16rRNA，已经检测出38种、4个属病原体，并只需大约嗜水性气单胞菌总DNA1.0或者在样品中有1O3病原体细胞就能对其进行判定。第24页第25页