今天是生信星球陪你的第215天

大神一句話，菜鳥跑半年。我不是大神，但我可以縮短你走彎路的半年~

就像歌兒唱的那樣，如果你不知道該往哪兒走，就留在這學(xué)點生信好不好~

這里有豆豆和花花的學(xué)習(xí)歷程，從新手到進(jìn)階，生信路上有你有我！

豆豆寫于18.12.11

這次是應(yīng)花花的邀請，學(xué)習(xí)下基因芯片的相關(guān)知識，我們現(xiàn)在了解NGS比較多，但是在它之前，芯片可是老大的地位。那么是什么原因?qū)е铝诉@個技術(shù)的興起呢？

首先簡單說什么是基因芯片？

基因芯片就是一塊有DNA涂層的特殊玻璃片（叫基片），可以在數(shù)平方厘米的面積上制作出成千上萬的核酸探針。

測序時，按照“雜交測序”的核心原理：通過與一組已知序列的核酸探針雜交進(jìn)行核酸序列測定。例如：在一塊基片表面固定了序列已知的核苷酸探針。當(dāng)溶液中帶有熒光標(biāo)記的核酸序列與芯片上對應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補(bǔ)配對時，通過確定熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的探針位置，獲得一組序列完全互補(bǔ)的探針序列。這樣可以重組出靶核酸序列

目前市面上主流的芯片供應(yīng)商有：Affymetrix（現(xiàn)屬賽默飛 Thermo Fisher）、Illumina、Agilent、NimbleGen（現(xiàn)屬羅氏 Roche）

基因芯片中主要包括：DNA 芯片（檢測SNP、甲基化、拷貝數(shù)變異CGH）；RNA芯片（mRNA、lncRNA、miRNA）

Affymetrix（昂飛）

作為基因芯片行業(yè)的先驅(qū)，必須從昂飛開始說。它是全球銷量第一的基因芯片廠家，第一款商業(yè)化基因芯片的誕生之地，也是全球基因芯片行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定者

在20世紀(jì)80年代到90年代初，Stephen P.A. Fodor研究了怎樣結(jié)合生物數(shù)據(jù)與半導(dǎo)體技術(shù)，他們嘗試在小玻璃芯片上建立大量的生物數(shù)據(jù)，1991年，他們在1cm^2^ 左右的玻璃片上原位合成寡核苷酸片段，制造了世界上第一個寡核苷酸芯片。

1992-Stephen P.A. Fodor成立Affymetrix公司

1994-商業(yè)化運營GeneChip，推出了第一張商業(yè)化基因芯片，并且注冊了商標(biāo)，因此后來我們見到的芯片都只能叫“Microarray”（微陣列，這個名字真的沒有什么特別的，這是因為不能侵權(quán)只能另外想了一個）。 1996年公司上市。

2000年2月，Affymetrix 收購了DNA芯片儀器公司Genetic MicroSystems；

2000年10月，Affymetrix收購了計算基因組學(xué)公司Neomorphic；

2004年，Affymetrix的儀器和芯片制造設(shè)備通過ISO認(rèn)證，其GeneChip? System 3000Dx (GCS 3000Dx)獲得美國FDA和歐盟CE認(rèn)證，成為第一個可以分析體外診斷芯片的基因芯片系統(tǒng)

2005-2008年，Affymetrix一路收購，先后收了ParAllele BioScience、USB、Anatrace、True Materials 和Panomics；

2012年，收購了免疫腫瘤診斷公司eBioscience。

2012年Affymetrix公司與深圳華大基因合作，共同研發(fā)農(nóng)業(yè)相關(guān)的基因芯片

2015年Affymetrix收購Eureka Genomics

2016年1月9日被賽默飛以13億美金收購

Affymetrix的技術(shù)優(yōu)勢

專利產(chǎn)品：光蝕刻原位合成的寡核苷酸芯片（可用很少的步驟合成大量的 DNA 芯片，相比cDNA芯片和單一序列的寡核苷酸芯片，可以有效的區(qū)分有同源性的基因序列）；

高密度的點陣技術(shù)；

PM-MM探針設(shè)計，具有極高的特異性和靈敏度【芯片上的每一個基因或EST都是由一個或幾個探針組(probe set)組成，每組探針組又由11-20對25mer的探針對(probe pair)組成，每探針對包括兩個探針池(probe cell)，其中一個是完全匹配（Perfect-Match，PM）的，另外一個是序列中間有一個堿基錯配的(Mis-match，MM)】；

可以得到全轉(zhuǎn)錄本表達(dá)譜芯片；

Affymetrix的SNP芯片可以用于在全基因組水平上尋找人類疾病或其他性狀的相關(guān)基因

Illumina

我們肯定都在用illumina的二代測序，但是它的芯片領(lǐng)域也是非常強(qiáng)的，并且它是靠芯片發(fā)家的。

Illumina的實驗室里，有許多“Oligator”的儀器，作用就是合成出無數(shù)個被稱作寡核苷酸的 DNA 單股短片斷。大多數(shù)寡核苷酸的長度只有 17 納米左右，但每一個寡核苷酸中所包含的信息都與人類 DNA 的 30 億個螺旋鹼基對的某一對完全一致，這些SNPs可以為疾病研究提供方向。于是這些寡核苷酸就成為了Illumina公司DNA微陣列的關(guān)鍵元件。

20 世紀(jì) 90 年代末，John Stuelpnagel對 Affymetrix 公司最早在基因芯片領(lǐng)域展開業(yè)務(wù)的，但是當(dāng)時Affymetrix是利用照相平板印刷術(shù)在石英晶片上安裝寡核苷酸，比較麻煩。2003年開始，illumina自己開發(fā)了“微珠”技術(shù)：先把數(shù)十萬個寡核苷酸集中到極微小的玻璃珠上。Illumina 生產(chǎn)了數(shù)百批微珠，每批微珠上附有一種不同的寡核苷酸，這種寡核苷酸會尋找并鎖定 DNA 樣本中某個具體的序列。然后將微珠混合在一起，做成一個容器類的東西，再插入許多細(xì)小光纖。于是當(dāng)微珠進(jìn)入自己的位置后，激光會掃描纖維束，以確認(rèn)每個玻璃纖維的末端都有一個寡核苷酸 。利用這個技術(shù)，illumina成為了人類基因組項目（International HapMap Project）中主要的芯片供應(yīng)商

Illumina的技術(shù)優(yōu)勢

單堿基檢測技術(shù)、可以定制或者半定制、高重復(fù)性；側(cè)重SNP芯片、甲基化芯片、激光共聚焦微珠芯片

Agilent（安捷倫）

簡單說下優(yōu)勢：通用性高、采用非接觸式噴點的寡核苷酸原味合成技術(shù)、自由選擇單色或者雙色標(biāo)記、芯片之間或批次之間的重復(fù)性很好；強(qiáng)項就是microRNA芯片

標(biāo)志性事件

在昂飛的芯片理念帶動下，1994年俄羅斯研制出了用于檢測β-地中海貧血病的基因芯片，可以通過病人血樣篩選出100多個β-地中海貧血已知的基因突變

1995年首次Schena等人利用DNA微陣列技術(shù)并行檢測了擬南芥多個基因的表達(dá)水平，發(fā)表在Science上

1995年，斯坦福大學(xué)P.O.Brown實驗室研制了第一塊以玻璃為載體的cDNA微陣列

1996年，Affymetrix公司運用激光共聚焦及分子生物學(xué)技術(shù)研制出首塊cDNA芯片

1997年，Brown實驗室又完成了世界上第一張全基因組芯片（6166個基因的酵母全基因組）

美國開展人類基因組計劃后，1998年正式啟動基因芯片計劃

1998年Affymetrix公司制造了含有13.5萬個基因探針的芯片，將基因解碼速度提高了25倍

2001年人類第一個基因組發(fā)布之后，二代測序開始發(fā)展，在部分生物檢測領(lǐng)域（例如基因表達(dá)譜分析）逐漸替代了基因芯片（如全轉(zhuǎn)錄組測序）