生物芯片技術(shù)與實(shí)踐

前言

　　生物芯片（微陣列）技術(shù)是20世紀(jì)90年代初期建立的一種高通量、大規(guī)模分析技術(shù)，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究、藥物開(kāi)發(fā)、臨床檢驗(yàn)等領(lǐng)域，對(duì)推動(dòng)這些領(lǐng)域的發(fā)展起到了重要作用。生物芯片在不同領(lǐng)域研究應(yīng)用的研究論文日益增多，但是相關(guān)的專著較少，早期的專著主要集中在生物芯片的制備、生物芯片的實(shí)驗(yàn)方法等方面，近期出版的一些專著也主要集中在各自的應(yīng)用領(lǐng)域。生物芯片的快速發(fā)展已經(jīng)滲透到生命科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，正如本書(shū)作者所指出的那樣，“進(jìn)行幾乎所有物種的全基因組分析”，而分析如此大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析工具也得到了發(fā)展。本書(shū)內(nèi)容豐富，技術(shù)和應(yīng)用介紹全面，是近期出版的有關(guān)DNA生物芯片書(shū)籍中難得的一本參考書(shū)，我們組織研究人員翻譯了本書(shū)，為中國(guó)的瀆者提供參考?！　”緯?shū)共分13章，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、芯片的制備方法到生物芯片的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)生物芯片實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)和詳細(xì)討論，并以生物芯片在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用作為重點(diǎn)，闡述了生物芯片技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)近年來(lái)不斷出現(xiàn)的新型生物芯片技術(shù)如蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞和組織芯片、疊瓦芯片等進(jìn)行了介紹，供從事相關(guān)研究的人員參考?！　”緯?shū)的翻譯工作由生物芯片上海國(guó)家工程研究中心組織完成，參加本書(shū)翻譯的人員有張春秀博士（前言、第二章、第三章、第八章、第九章、第十二章）、武雪梅（第四章、第五章、第十章）、華友佳博士（第六章、第七章）、劉寒梢博士（第一章、第十一章、第十三章），全書(shū)由肖華勝博士統(tǒng)一審核和定稿。

內(nèi)容概要

來(lái)自英國(guó)劍橋大學(xué)的三位作者引用了大量的研究文獻(xiàn)，闡述了生物芯片技術(shù)的最新進(jìn)展，比較全面地覆蓋了生物芯片的各個(gè)領(lǐng)域，使這項(xiàng)前沿技術(shù)不再神秘。    本書(shū)概括總結(jié)了生物芯片的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)和制備、用于生物芯片實(shí)驗(yàn)的樣本采集和標(biāo)記、生物芯片雜交等最新實(shí)驗(yàn)方法。    詳細(xì)討論了生物芯片實(shí)驗(yàn)技術(shù)所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的分析方法，以及利用生物芯片所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異分析、聚類(lèi)和分類(lèi)的科學(xué)方法。    對(duì)使用比較廣泛的幾種生物芯片，如基因組生物芯片、外顯子生物芯片、疊瓦生物芯片等，進(jìn)行了有關(guān)探針設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法的詳細(xì)介紹。    以生物芯片在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用為重點(diǎn)，論述了不同種類(lèi)的生物芯片在疾病研究、基因分型、藥物開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的應(yīng)用。    介紹了蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片等多種新型生物芯片的制備和應(yīng)用。    本書(shū)適用于生物芯片研發(fā)應(yīng)用以及分子生物學(xué)、生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)、生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、生物技術(shù)、食品安全檢測(cè)等生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)生、教學(xué)科研人員參考使用，也可供生物技術(shù)企業(yè)的研發(fā)者和決策者參考使用。

書(shū)籍目錄

譯者序前言和致謝第一章  引言  1.1  技術(shù)介紹  1.2  發(fā)展概況  1.3  簡(jiǎn)要概述  參考文獻(xiàn)第二章  實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)  2.1  生物芯片基因表達(dá)測(cè)量中的變異來(lái)源  2.2  對(duì)照和重復(fù)  2.3  實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)  2.4  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第三章  生物芯片的設(shè)計(jì)和制備  3.1  探針的選擇  3.2  cDNA和擴(kuò)增產(chǎn)物探針  3.3  寡核苷酸探針  3.4  生物芯片的制備  3.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第四章  樣本收集和標(biāo)記  4.1  樣本收集和RNA提取  4.2  RNA的質(zhì)量評(píng)價(jià)  4.3  cDNA的合成  4.4  標(biāo)記方法  4.5  信號(hào)放大  4.6  RNA擴(kuò)增  4.7  擴(kuò)增方法的比較  4.8  熒光標(biāo)記樣本的質(zhì)量控制  4.9  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第五章  雜交和掃描  5.1  雜交  5.2  數(shù)據(jù)獲取  5.3  信號(hào)點(diǎn)定位  5.4  方法比較  5.5  數(shù)據(jù)提取  5.6  質(zhì)量控制基本要求  5.7  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第六章  數(shù)據(jù)預(yù)處理  6.1  預(yù)處理基本原理  6.2  系統(tǒng)誤差的來(lái)源  6.3  背景校正  6.4  數(shù)據(jù)過(guò)濾、標(biāo)記和加權(quán)  6.5  缺失值的處理  6.6  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換  6.7  空間效應(yīng)的處理  6.8  Print-Tip Group Loess歸一化  6.9  二維(2D)Loess  6.10  復(fù)合Loess歸一化  6.11  加權(quán)Loess歸一化  6.12  使用重復(fù)探針增強(qiáng)歸一化效果  6.13  “片間”歸一化  6.14  關(guān)于質(zhì)控的其他注意事項(xiàng)  6.15  生物芯片質(zhì)量控制協(xié)會(huì)(MAQC)  6.16  外源RNA對(duì)照協(xié)會(huì)(ERCC)  6.17  EMERALD協(xié)會(huì)  6.18  Affymetrix GeneChip數(shù)據(jù)的預(yù)處理  6.19  探針校正和整合  6.20  背景校正  6.21  歸一化  6.22  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第七章  差異表達(dá)  7.1  引言  7.2  統(tǒng)計(jì)學(xué)推斷  7.3  參數(shù)統(tǒng)計(jì)  7.4  生物芯片數(shù)據(jù)的線性模型(LIMMA)  7.5  非參數(shù)統(tǒng)計(jì)  7.6  基因-類(lèi)別檢驗(yàn)  7.7  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第八章  聚類(lèi)和分類(lèi)  8.1  引言  8.2  相似性度量  8.3  無(wú)監(jiān)督分析方法：聚類(lèi)和分區(qū)  8.4  評(píng)價(jià)聚類(lèi)質(zhì)量  8.5  維數(shù)減少  8.6  有監(jiān)督的方法  8.7  模型質(zhì)量評(píng)價(jià)  8.8  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第九章  生物芯片數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)倉(cāng)  9.1  引言  9.2  ArrayExpress數(shù)據(jù)庫(kù)  9.3  Gene Expression Omnibus(GEO)  9.4  其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)倉(cāng)  9.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第十章  基因組芯片分析  10.1  基因組芯片  10.2  外顯子芯片  10.3  疊瓦芯片  10.4  擴(kuò)增子及BAC芯片  10.5  寡核苷酸疊瓦芯片  10.6  疊瓦芯片的應(yīng)用  10.7  疊瓦芯片的分析  10.8  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第十一章  生物芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用  11.1  引言  11.2  病原體研究：瘧疾  11.3  人類(lèi)疾病表達(dá)譜研究  11.4  比較基因組雜交芯片  11.5  SNPS和基因分型  11.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第十二章  其他種類(lèi)的生物芯片技術(shù)  12.1  蛋白質(zhì)結(jié)合芯片  12.2  細(xì)胞和組織芯片  12.3  蛋白質(zhì)芯片  12.4  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第十三章  生物芯片的未來(lái)與展望  13.1  生物芯片技術(shù)  13.2  標(biāo)記和檢測(cè)技術(shù)  13.3  成像技術(shù)  13.4  分析技術(shù)  參考文獻(xiàn)索引

章節(jié)摘錄

　　5.3.2信號(hào)點(diǎn)檢測(cè)和圖像分割　　柵格定位之后要進(jìn)行圖像分割，圖像分割是圖像分析中的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，指將感興趣的目標(biāo)與圖像其他部分分離開(kāi)來(lái)，在生物芯片中指從背景中識(shí)別出信號(hào)點(diǎn)像素。常規(guī)假設(shè)是探針?biāo)趨^(qū)域與無(wú)探針的非信號(hào)點(diǎn)區(qū)域相比有不同的亮度，將前景信號(hào)值從背景中分離出來(lái)看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際是很復(fù)雜的，因?yàn)樯镄酒瑘D像本身不那么完美。例如，很多芯片圖像中出現(xiàn)的圓環(huán)狀的點(diǎn)，在環(huán)中心沒(méi)有雜交，這對(duì)信號(hào)檢測(cè)也是一個(gè)挑戰(zhàn)：在最后的信號(hào)點(diǎn)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)把這些未雜交像素包括進(jìn)去，還是鑒定后濾掉只保留好像素呢？在圖像的自動(dòng)識(shí)別和強(qiáng)度讀取的時(shí)候，需要考慮這些問(wèn)題。分割是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，新的分割方法不停地出現(xiàn)。因此不可能詳細(xì)介紹每種方法，我們只舉幾個(gè)例子闡述目前信號(hào)點(diǎn)定位方法的基本原則。這個(gè)領(lǐng)域已有Qin等進(jìn)行了很好的綜述（Qineta1.，2005）。　　5.3.3 固定圓分割法　　這種分割算法是最先應(yīng)用到芯片圖像分析中的方法之一，它假設(shè)芯片上所有的點(diǎn)都是圓形且直徑相同。劃格后，在每個(gè)點(diǎn)的位置畫(huà)一個(gè)固定直徑的圓，圓內(nèi)的像素是信號(hào)前景，圓外的是背景。一些點(diǎn)定位軟件中這個(gè)算法作為可選項(xiàng)，由于前面所描述的可變性因素，這一方法有些粗糙，需要進(jìn)行大量的手動(dòng)調(diào)整。

編輯推薦

　　本書(shū)共分13章，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、芯片的制備方法到生物芯片的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)生物芯片實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)和詳細(xì)討論，并以生物芯片在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用作為重點(diǎn)，闡述了生物芯片技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)近年來(lái)不斷出現(xiàn)的新型生物芯片技術(shù)如蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞和組織芯片、疊瓦芯片等進(jìn)行了介紹，供從事相關(guān)研究的人員參考。

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