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浅谈对微阵列芯片认识的一些误区

标签: 微阵列芯片 认识 误区

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目前在中国市场上的基因芯片主要有三种。cDNA芯片,Oligo芯片,和原位合成芯片。

cDNA芯片的原理是,通过克隆的方法把获得目标序列并将其作为探针,通过芯片点样仪喷到特定的基质上。由于探针要来源于获得的cDNA克隆,因此全部实验下来周期很长,工作量很大,费用很高。更由于探针的长短大小不一,杂交条件也不同,因此由于实验体系本身导致信号强弱的变化甚至已经超过了待检测的样品,可靠性和重复性很差,目前已经基本淘汰。

Oligo芯片是在cDNA芯片的基础上发展起来的。他通过预先设计并合成特性的寡核苷酸一般25-60mer长度,然后将其点样到特定的基质上构成芯片。他克服了由于探针杂交条件变化巨大导致的数据结果的不可靠。但也存在点样时引物浓度不同引起的信号差异变化。由于Oligo芯片的探针是初期一次性合成,因此Oligo芯片需要合成的数量十分巨大才能使每片的成本摊薄。事实上,由于每次芯片的使用很少,加上实验分析等消耗的时间,从实验初期到实验末期的时间跨度很大,因此早期合成的Oligo探针存在着降解而导致检测质量下降的情况,这样,除非重新合成新的探针,否则后期的芯片的检测质量会大大的降低。同时,如果实验目标发生变动,则合成的探针无法继续使用,造成巨大的浪费。

原位合成芯片是在Oligo芯片基础上发展起来的,从本质上说,它也是oligo芯片。只不过它是在芯片基质上通过化学反应直接合成的。这样做的好处是,同一批芯片上的所有探针都是在一个条件下完成的,因此同一批芯片的探针浓度的均一性很好,使得检测数据的重复性很好。同时,由于原位合成芯片随用随合成,加上他不需要价格昂贵的首期合成费用。因此可以少量多次的灵活合成,避免了传统点样Oligo探针的降解情况。这样带来的好处是不论实验周期多长,每批所使用的芯片质量都是相同的,保证了实验的重复性。更为重要的是,由于原位合成的起始成本很低,因此不需要合成大量的芯片来分摊成本。大多数的研究者只需要20-30片的芯片,如果采用点样的Oligo来做,成本是高昂的,费用是惊人的。而原位合成芯片则避免了这种缺点。因此,可以根据前次实验的结果灵活的修正下一步的芯片使用方案。这种灵活性是Oligo芯片的技术无法做到的。

对于芯片效果的比较,目前的争论也陷入一种误区。其实,无论是探针的长短,还是合成效率的高低,以及检测的相应率。在目前的技术条件下,任何的一种芯片技术都不可能做到完美。比如Affymetrix的500K检测号称有98%的检出率(Call rate)。但一般公司能稳定做到95%就算不错了。从百分比来看已经很高了,但如果考虑到50万个点里还有5%的无法检测出的信号点,那么绝对值也有2.5万个点了。是不是大得惊人?但这并不妨Affymetrix的芯片成为行业的标准。

由于芯片研究的是一群基因的变化,由于不同样本之间的差异会导致结果差异巨大。这种巨大的差异已经远远超过了技术上的误差。因此,只要这种芯片具有良好的重复性,而这种重复性的效率又是可以确定的话,是完全可以接受了。如果因为某项指标的优劣而强调某个技术的好坏,忽略了技术平台和技术系统的误差,这样产生的结果才是灾难性的。

比如,在我们还在认为Affymetrix芯片很好的时候,国外有人做了一个实验,比较了Affy和其他公司的芯片技术。结论是,没有本质的区别。当然,人家是在一个完整熟练的平台上操作下来了。这点是我们最容易忽略的。

毛主席说过“看菜吃饭,量体裁衣”,在同样的技术水平条件下你选择哪种芯片解决你研究的问题关键是看哪种技术条件的成本最低。如果你口袋里银子比较紧张,所研究的物种恰恰又没有商业芯片,那么建议采用原位合成的芯片来解决问题。如果你短期需要一大批芯片作检测,那么点样的oligo芯片会让你降低每片的成本。至于cDNA芯片,现在作为首选的人恐怕不会很多了吧,起码我是不会选择这样的技术路线。

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