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副溶血性弧菌全基因组DNA芯片的研制和质量评价

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微生物学报 2010年第4期50卷 548-553页

作者：韩海红曾小涛殷胜骏杨瑞馥刘秀梅周冬生中国疾病预防控制中心营养与食品安全所北京100021 军事医学科学院微生物流行病研究所北京100071

【目的】研制副溶血性弧菌全基因组芯片,建立芯片杂交方法,并对芯片质量进行评价。【方法】利用副溶血性弧菌全基因组序列,挑选出4770条基因,PCR扩增各基因并将PCR产物纯化,点样制备芯片;设计了两个质控杂交组合,采用双色荧光杂交策略,... 详细信息

【目的】研制副溶血性弧菌全基因组芯片,建立芯片杂交方法,并对芯片质量进行评价。【方法】利用副溶血性弧菌全基因组序列,挑选出4770条基因,PCR扩增各基因并将PCR产物纯化,点样制备芯片;设计了两个质控杂交组合,采用双色荧光杂交策略,对芯片质量进行评价;PCR方法验证部分芯片结果。【结果】芯片杂交与理论预期结果以及PCR验证结果完全一致。【结论】成功的研制了一批质量良好的副溶血性弧菌全基因组DNA芯片,并建立了基于DNA芯片的副溶血性弧菌比较基因组学技术平台,建立了一套系统的芯片数据分析的标准方法。

关键词：副溶血性弧菌 DNA芯片比较基因组学进化基因组学功能基因组学

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分子信标、DNA芯片在dna计算中的应用

分子信标、DNA芯片在DNA计算中的应用

作者：聂茜安徽理工大学

学位级别：硕士

人类社会进入电子信息时代并得以快速发展得益于电子计算机的出现。摩根定律已经预测出电子计算机的芯片微处理能力不能够长期的保持增长下去。一种新的计算机结构因此产生,科学家们发现利用dna进行计算的一种新型的计算能够解决电子计... 详细信息

人类社会进入电子信息时代并得以快速发展得益于电子计算机的出现。摩根定律已经预测出电子计算机的芯片微处理能力不能够长期的保持增长下去。一种新的计算机结构因此产生,科学家们发现利用dna进行计算的一种新型的计算能够解决电子计算机不能解决的如NP-完全问题,整数规划,组合数学等一些复杂类问题。在论文中,第一章主要介绍的是dna计算产生的背景、dna计算的基本思想、dna计算的研究现状以及本论文所研究的主要内容。主要是强调dna计算研究的重要性以及dna具有极大的存储量、极高的运算速度以及dna计算研究的重要性和必要性。第二章介绍了 dna计算中所涉及到的基本生物操作,主要包括dna分子的结构、dna分子的分离与结合、dna链的延伸、dna分子的复制以及dna链的连接与切割,在dna分子的长度测量与提取方面介绍了不同的方法,最后介绍了 dna序列的测定、点样技术以及三种dna计算的实现方式。第三章主要介绍了可满足性问题,以及建立的SAT问题的几种不同的dna计算模型;第四章主要针对的是全错位排列问题,对以{1,2,3}的全错位排列为例,找出问题的原子命题,将全错位排列问题转化为可满足性问题;利用分子信标模型对其进行求解,通过排除非解,找出问题的所有可行解。第五章主介绍了 DNA芯片的概念、制作流程以及在现实生活中的应用,重点介绍了 DNA芯片在dna计算中的应用。针对可满足性问题进行研究,利用DNA芯片建立模型,对可满足性问题进行求解,通过排除不符合条件的解,最终得到问题的全部可行解。最后一章对论文进行总结,并指出下一步仍需解决的问题。

关键词： dna计算可满足性问题 DNA芯片全错位排列问题分子信标

DNA芯片组技术及其在解决NP问题中的应用

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北京工业大学学报 2009年第5期35卷 685-689页

作者：孟大志仲国强王丽娜北京工业大学应用数理学院北京100124 青岛理工大学琴岛学院青岛266106

为了用dna并行算法解决实际应用中的一个NP问题——图的四着色问题,基于先进的dna计算理论、DNA芯片技术、数据库技术,提出了DNA芯片组技术的概念;通过解决一个极大平面图(包括外边界的中国地图)的四着色问题,阐述了DNA芯片组技术的具... 详细信息

为了用dna并行算法解决实际应用中的一个NP问题——图的四着色问题,基于先进的dna计算理论、DNA芯片技术、数据库技术,提出了DNA芯片组技术的概念;通过解决一个极大平面图(包括外边界的中国地图)的四着色问题,阐述了DNA芯片组技术的具体操作步骤;对生化实验进行计算机模拟并对数据库进行分析与处理,得到了所有的可行着色方案,从而验证了DNA芯片组技术在解决NP问题中的巨大应用能力.

关键词： dna计算 DNA芯片极大平面图 NP问题四着色问题

特殊0-1整数规划问题的DNA芯片模型研究

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特殊0-1整数规划问题的DNA芯片模型研究

作者：朱建鹏安徽理工大学

学位级别：硕士

自从Adleman博士将dna序列信息和分子生物学技术相结合解决了有向Hamilton路径问题[1]以来,dna计算为生物计算开辟了一片新天地,并且凭借其高度并行性、高存储、低耗能等优势而备受专家学者关注。随后,不少研究人员将dna计算与遗传算法... 详细信息

自从Adleman博士将dna序列信息和分子生物学技术相结合解决了有向Hamilton路径问题[1]以来,dna计算为生物计算开辟了一片新天地,并且凭借其高度并行性、高存储、低耗能等优势而备受专家学者关注。随后,不少研究人员将dna计算与遗传算法、模糊系统、神经网络等计算方法相结合,开辟了计算的新思路。许多学者将dna计算应用于求解图与组合优化问题,先后提出了不同的dna计算模型,解决了 3-SAT问题[2]、最大团问题[3～6]、最小顶点覆盖问题[7]、图顶点着色问题[8]等[9、10]。0-1规划问题是整数规划的特殊形式,是运筹学中的一个重要问题,其应用广泛,如指派问题、选地问题等均可视为0-1规划。解决该问题的常见算法有穷举法、隐枚举法、分支定界法等,但各个算法均存在优缺点,目前为止还没有哪种算法可以一劳永逸。近年来,有不少学者针对一些特殊的整数规划问题,先后提出了相应的dna计算模型。部分组合优化问题（特别是NP-完全问题）和一些可满足性问题,一般都能转化为0-1整数规划问题。DNA芯片操作简单可行、并行性高,能有效避免实验操作及人为因素对计算结果造成的误差,实现计算过程自动化,提高了计算效率和可行解的准确性。因此DNA芯片在dna计算乃至生物计算领域的优势得天独厚,有望成为新型生物计算芯片。文章首先对dna计算相关的生物操作加以介绍,简单阐述dna结构以及dna计算的基本思想。其次,介绍0-1规划问题、特殊整数规划问题的几种dna计算模型,并对其算法和思想加以对比分析。然后,对现有算法加以改进,融合分子生物技术和DNA芯片,利用荧光标记对一类特殊0-1整数规划问题提出了新的计算模型。最后,对论文进行总结,指出改进后的优点和仍需解决的问题。

关键词： dna计算 0-1整数规划 DNA芯片荧光标记

三维聚丙烯酰胺凝胶DNA芯片用于大样本单核苷酸多态分型的方法研究

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中华医学遗传学杂志 2009年第3期26卷 293-297页

作者：程璐肖鹏峰孙蓓丽葛芹玉陆祖宏东南大学生物科学与医学工程学院生物电子学国家重点实验室南京210096 学习科学中心儿童发展与学习科学教育部重点实验室

目的建立三维聚丙烯酰胺凝胶DNA芯片用于大样本单核苷酸多态（single nucleotide polymorphisms，SNP）分型的方法。方法丙烯酰胺基团修饰的PCR产物与丙烯酰胺单体混合后，在丙烯酰胺基团修饰的玻片上点样进行共聚合，建成三维凝胶dna... 详细信息

目的建立三维聚丙烯酰胺凝胶DNA芯片用于大样本单核苷酸多态（single nucleotide polymorphisms，SNP）分型的方法。方法丙烯酰胺基团修饰的PCR产物与丙烯酰胺单体混合后，在丙烯酰胺基团修饰的玻片上点样进行共聚合，建成三维凝胶dna阵列；芯片与一对特异探针和一对分别标记了Cy3或Cy5的通用序列标签（Tag1和Tag2）进行杂交；杂交后用施加电场的方法去除非特异吸附和错配，最后通过双色荧光共聚焦扫描进行SNP分型。结果3-D凝胶芯片不但具有很高的固定效率，而且可以提供高效的杂交环境；通用序列标签的使用不需对每个位点都标记荧光，使检测成本大幅降低；外加电场使得单碱基错配容易识别，且能显著降低芯片的信噪比。结论基于3-D凝胶的基因芯片技术用于大样本SNPs分型简单易操作，且高通量、高特异性、低成本，该方法将可以更广泛地应用于不同需求的dna检测中。

关键词： DNA芯片单核苷酸多态丙烯酰胺修饰的核酸 OLR1基因

肺炎克雷伯菌全基因组DNA芯片研制及基于LVPC分型方法研究

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肺炎克雷伯菌全基因组DNA芯片研制及基于LVPC分型方法研究

作者：刘梦颖重庆医科大学

学位级别：硕士

肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae，KP)为革兰阴性杆菌，在自然环境中分布广泛，主要存在于人和动物的呼吸道和肠道中。肺炎克雷伯菌是引起社区获得性感染和医院内感染的重要条件致病菌，引起的感染主要包括败血症、肺炎、泌尿道感... 详细信息

肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae，KP)为革兰阴性杆菌，在自然环境中分布广泛，主要存在于人和动物的呼吸道和肠道中。肺炎克雷伯菌是引起社区获得性感染和医院内感染的重要条件致病菌，引起的感染主要包括败血症、肺炎、泌尿道感染、脑脊膜炎。在革兰阴性菌引起的感染中，肺炎克雷伯菌已成为仅次于大肠杆菌的主要致病菌。过去的20年，在我国台湾以及日本、欧洲、北美和韩国等国家出现了社区获得性肺炎克雷伯菌化脓性肝脓肿，常常并发脑膜炎和眼内炎。近年来分子生物学技术的飞速发展，极大地促进了人们在基因水平上认识肺炎克雷伯菌。本研究利用完成测序的肺炎克雷伯菌全基因组序列，研制肺炎克雷伯菌的全基因组DNA芯片，建立基于芯片的比较基因组学技术平台;以及通过LVPC基因分型方法找出不同肺炎克雷伯菌株之间的差异;综合分析研究肺炎克雷伯菌基因组多态性，为从基因水平上探讨肺炎克雷伯菌的种群结构和基因组微进化奠定基础。肺炎克雷伯菌全基因组DNA芯片的研制根据肺炎克雷伯菌NTUH-2044全基因组序列，挑选出5075条基因，PCR扩增各基因并纯化产物，点样制备芯片。设计了3个质控杂交组合，采用双色荧光杂交策略，对芯片质量进行评价。据此成功研制了肺炎克雷伯菌全基因组DNA芯片，并建立了基于全基因组DNA芯片的肺炎克雷伯菌比较基因组学技术平台。基于差异分布的大片段基因簇（LVPC）的肺炎克雷伯菌基因分型通过比较基因组学对四株完成全基因组测序的肺炎克雷伯菌NTUH-K2044、MGH78578、HS11286、KCTC2242各自的基因集进行两两比对，如果满足coverage>80%并且identity>80%则认为两个基因同源，最终从获取的非冗余基因集中，筛选得到44个差异分布的大片段基因簇（LVPC,基因簇至少包括10个连续的基因，这些大片段基因簇在不同菌株的基因组中呈现不同的分布）。从差异分布的大片段基因簇中挑选一个有代表性的靶基因，根据靶基因设计引物，对82株强毒血清型（K1、K2、K5、K20、K54和K57）KP菌株进行PCR扩增，结果分别用“1”或“0”表示，其中“1”表示在该LVPC位点PCR扩增结果为阳性，“0”表示在该LVPC位点PCR扩增结果为阴性。根据获得的二元LVPC数据通过Cluster和Treeview软件进行聚类分析。82株KP菌株可分为30种LVPC型，聚类生成6个群，同一血清型的菌株聚类在一起，不同血清型的菌株分布在不同的大簇内，表现出各菌株的遗传多态性。基于LVPC的分型方法操作简单、费用低廉，可在短时间内对大量菌株进行分型。但是该方法的分辨率有限，可通过另外的分型方法弥补。

关键词：肺炎克雷伯菌 DNA芯片 LVPC 基因分型

RCA技术联合DNA芯片检测结核分枝杆菌rpoB基因突变

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激光杂志 2013年第2期34卷 91-93页

作者：张江峰张亚丽曾照芳重庆医科大学检验医学院临床检验诊断学教育部重点实验室重庆400016

目的:应用滚环扩增(rolling circle amplification,RCA)技术以DNA芯片为载体建立一种对结核分枝杆菌耐药基因单碱基突变的快速检测方法。方法:根据结核分枝杆菌利福平耐药rpoB基因序列,设计针对该基因常见突变位点的锁式探针,及固定于... 详细信息

目的:应用滚环扩增(rolling circle amplification,RCA)技术以DNA芯片为载体建立一种对结核分枝杆菌耐药基因单碱基突变的快速检测方法。方法:根据结核分枝杆菌利福平耐药rpoB基因序列,设计针对该基因常见突变位点的锁式探针,及固定于基因芯片上的捕获探针。针对临床结核分枝杆菌样本的基因组dna,PCR扩增含有rpoB基因常见突变位点的特异性dna片段。将与突变型特异性互补结合并环化的锁式探针与芯片上固定的捕获探针进行杂交,并运用滚环扩增技术,将含有生物素标记的dUTP掺入扩增产物,最后通过与亲和素标记的纳米金反应,并银染增强显色。同时与临床样本的测序结果比较。结果:通过优化反应条件,能特异性的检测出结核分枝杆菌耐利福平rpoB基因的单碱基突变,通过对临床样本的检测,结果与测序结果一致。结论:该方法结合了DNA芯片和滚环扩增技术,能够快速有效的检测出耐药结核的单碱基突变,具有高特异性、高灵敏度。

关键词：滚环扩增 DNA芯片结核耐药 rpoB基因

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DNA芯片鉴定分枝杆菌的研究

中国人兽共患病学报 2010年第6期26卷 555-557页

作者：黄明翔王琳张丽水戴腊梅张俊仙福建省福州肺科医院福建医科大学临床教学医院福州350008 解放军第三O九医院全军结核病研究所北京100091

目的评价DNA芯片技术鉴定分枝杆菌菌种的应用价值,为临床实际应用提供科学依据。方法收集以BACTECMGIT960从结核病患者分离到的分枝杆菌阳性培养物,以传统分枝杆菌菌种鉴定方法为对照,应用DNA芯片技术进行菌种鉴定。结果两种方法鉴定结... 详细信息

目的评价DNA芯片技术鉴定分枝杆菌菌种的应用价值,为临床实际应用提供科学依据。方法收集以BACTECMGIT960从结核病患者分离到的分枝杆菌阳性培养物,以传统分枝杆菌菌种鉴定方法为对照,应用DNA芯片技术进行菌种鉴定。结果两种方法鉴定结果一致和基本一致共112株,吻合率为83.6%(112/134),包括胞内分枝杆菌50株,龟分枝杆菌14株,结核分枝杆菌14株,戈登分枝杆菌9株,鸟分枝杆菌7株,偶然分枝杆菌7株,堪、瘰、胃和猿分枝杆菌6株,土分枝杆菌和海分枝杆菌各1株;未分类NTM3株。应用DNA芯片未能分类的17株分枝杆菌中,传统方法分别鉴定为戈登分枝杆菌5株、胞内分枝杆菌3株、龟分枝杆菌2株、蟾分枝杆菌、耻垢分枝杆菌和浅黄分枝杆菌各1株,未分类NTM4株。结论用DNA芯片检测技术,可以简便、快速、灵敏、特异地将大多数分枝杆菌鉴定到种,但有待进一步完善。

关键词：分枝杆菌聚合酶链反应菌种鉴定 DNA芯片

基于核酸适配子和DNA芯片的ATP检测研究

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基于核酸适配子和DNA芯片的ATP检测研究

作者：何大莉重庆医科大学

学位级别：硕士

背景：核酸适配子是人工合成的单链寡核苷酸，它能与非核酸靶分子高亲和力和高特异性结合，是从人工构建的寡核苷酸文库中通过体外配体指数级富集系统进化技术筛选出来的，核酸适配子的功能与抗体相似，但与抗体相比，核酸适配子有其独... 详细信息

背景：核酸适配子是人工合成的单链寡核苷酸，它能与非核酸靶分子高亲和力和高特异性结合，是从人工构建的寡核苷酸文库中通过体外配体指数级富集系统进化技术筛选出来的，核酸适配子的功能与抗体相似，但与抗体相比，核酸适配子有其独特的优势。运用SELEX技术，至今已筛选出针对不同靶物质的核酸适配子。这些核酸适配子在药物研发，基础医学研究、食品安全卫生、临床治疗、疾病的诊断等诸多领域得到了广泛的应用。目前，在物质检测研究中，核酸适配子的应用不断增多，基于核酸适配子物质检测技术不断更新，它在电化学阻抗光谱、生物传感器、分子信标、微流控细胞分离、流式细胞术、荧光偏振、组织学检查等分析模式中都发挥着重要的作用。目的：将核酸适配子与DNA芯片技术、纳米金标记技术结合，构建一种高灵敏、高特异的ATP检测方法。方法：1.查阅文献获得ATP核酸适配子序列，选取ATP核酸适配子作为诊断识别分子用于ATP的检测;设计与ATP核酸适配子互补的核酸序列作为捕获探针固定到醛基片上。2.建立并优化基于核酸适配子、DNA芯片和纳米金标记技术的ATP检测方法。优化条件包括：捕获探针固定浓度;生物素修饰的ATP核酸适配子与醛基玻片上的捕获探针杂交的时间;ATP与其核酸适配子的反应时间;银染增强时间;ATP与其核酸适配子反应的pH;ATP与其核酸适配子反应的Mg2＋离子浓度;3.在优化的条件下，分别对不同浓度的ATP进行检测以测定本方法的灵敏度;分别对ATP、ATP同类和不同类的物质进行检测以测定本方法的特异性。结果：当捕获探针的浓度为0.6μM时固定效率达到最高;在杂交时间为55min，ATP反应时间为45min，ATP与其核酸适配子反应的pH为7.80、Mg2＋离子浓度为6mM，银染时间为5.5min时该方法的检测性能达到最佳。通过对不同浓度的ATP样本进行检测，发现该方法在ATP浓度为10-14M到10-9M间时，ATP浓度的对数与灰度值的相对强度呈线性关系,相关系数为0.996。用该方法对TTP、UTP、CTP、GTP、BSA和ATP进行检测，结果证实了本方法能够实现对ATP的高特异的检测。结论：本研究构建的ATP检测方法整合了核酸适配子、DNA芯片和纳米金标记技术，结果证实该方法操作简单、特异性高、灵敏度高。可为其他物质的检测，尤其是对无抗体或抗体制备困难的物质的检测提供新的思路。

关键词：核酸适配子 DNA芯片捕获探针 ATP 银染增强