Affymetrix生物芯片解决方案概述

 
    Affymetrix公司作为全球销量第一的基因芯片厂家，以其完备的芯片设计，稳定可靠的分析结果和强大的生物信息学分析能力，帮助研究人员在最短的时间内获得大量可靠的结果，为后续研究提供重要的线索和帮助。Affymetrix公司目前已经在纳斯达克上市，在基因芯片领域中成为行业标准。
    Affymetrix公司的巨大优势在于为客户提供“完整的基因芯片解决方案”，即提供全套的基因芯片相关产品。 包括：1. 性能优异、种类齐全的各类研究应用系列芯片产品；2. Affymetrix基因芯片相关试剂和试剂盒；3. 基因芯片杂交、洗涤、扫描检测仪器系统及相关分析软件工具；4. 基因芯片相关技术手册及使用指南等。
目录：
GeneChip® 独特的原位光刻技术
GeneChip® 独特的PM-MM探针设计
GeneChip® 严密的质控步骤
GeneChip® 种类齐全，应用广泛

GeneChip® 强大的配套分析软件
GeneChip® 强大的网上注释及分析工具
GeneChip® 发表的研究论文
GeneChip® 项目合作及技术培训
结束语

    以下是Affymetrix芯片最具特色的技术特点：
GeneChip® 独特的原位光刻技术              
    美国著名的Affymetrix公司率先开发的寡聚核苷酸原位光刻专利技术，是生产高密度寡核苷酸基因芯片的核心关键技术。该方法的最大优点在于用很少的步骤可合成大量的DNA阵列。Affymetrix的原位合成技术可制作的点阵密度高达106~1010/cm2。



    首先使固相片基羟基化，并用光敏保护基团将其保护起来，然后选取适当的避光膜（mask）使需要聚合的部位透光，其他部位不透光。这样，当光通过避光膜照射到支持物上时，受光部位的羟基就会发生脱保护而活化，从而可以反应结合碱基。由于参与合成的碱基单体一端可以进行固相合成，另一端受光敏基团的保护，所以原位合成后，可进行下一轮的光照、脱保护和固相合成。循环下去，不断改变避光膜的透光位点，就可以实现在同一玻片上合成成千上万种预定序列的寡核苷酸探针。
　
GeneChip® 独特的PM-MM探针设计            

    基因芯片杂交的灵敏度和特异性是芯片技术的核心，Affymetrix在探讨了各种各样的影响因素后，设计出了一种独特的PM-MM探针方案（见下图）。芯片上的每一个基因或EST都是由一个或几个探针组(probe set)组成，每组探针组又由11-20对25mer的探针对(probe pair)组成，每探针对包括两个探针池(probe cell)，其中一个是完全匹配（Perfect-Match，PM）的，另外一个是序列中间有一个碱基错配的(Mis-match,
MM)。


独特的PM-MM探针设计的优势

特异性好

灵敏度高

定量精确、重复性好

提供样品质控

特异性的提高
    相比cDNA芯片和单一序列的寡核苷酸芯片，Affymetrix设计多个短的探针片段，可以有效的区分有同源性的基因序列，克服了背景噪声、错误和偏差，避免了同源性靶序列与探针交叉杂交，而引起的假阳性和判断错误。25mer长度的寡核苷酸的信号强度和分辨率达到了一个平衡，在这个长度下，有一个碱基发生错配，杂交复合物就会变得很不稳定。如果长度达到60mer，就无法区分序列上十分接近的序列了。此外, 从多个探针位点检测的荧光信号，经过综合评估、统计计算和分析，获得的数据比单个探针判断样品是否存在某一靶序列的数据更为可靠。



灵敏度的提高

    在PM-MM探针设计中，MM探针是有效的内参照，它们与PM探针一样可以和非特异性序列结合，这样，就可以将不同来源的样品中的背景信号有效的定量扣除。这种独特的设计对于区分特异性和非特异性杂交是相当灵敏的。比较那些单一的基因探针来说，PM-MM探针的高特异性和灵敏度更适合检测低丰度表达的基因。

如下图，仅用PM探针与联合应用PM-MM探针检测靶序列的灵敏度比较



    如上图所示，将已克隆的转录产物以不同的浓度掺入到组织样品中，在组织样品中是不含有原始的克隆转录产物的。经过标记的样品与Affymetrix Genechip人类基因组芯片杂交，在克隆转录产物浓度低于8pM时，PM单独探针无法探测出相应的浓度变化，而与MM探针联合使用则可以探测出。PM-MM探针对的使用可以探测出的样品中转录物的范围为1:100,000-1:300,000。PM-MM探针对照设计可提高对复杂背景特异性检测，使得灵敏度与特异性之间达到一个优化的平衡。

定量精确、重复性好

    Affymetrix的基因芯片好的重复性使得某一样品中基因表达的绝对水平是可靠的，还使得比较不同样品之间各种基因表达的相对比例是可靠的，而双色法需在每次杂交检测中设置对照，只能进行两个样品之间的比较，芯片之间的比较并不可靠。Affymetrix进行多个样品之间的比较时，只需在多个样本中设置对照即可。

两次制备的同一样本，不同批次的芯片
      




    不同芯片间、不同批次样品间实验结果吻合极好，保证了多张芯片间的比较的有效、可靠性。

Ishii等比较了GeneChip®技术和SAGE之后得出结论认为：用这两种方法检测获得的结果符合得很好，无论是用来进行绝对表达水平的检测还是比较样品之间的基因表达水平的检测。
    Aach 等报告了他们试图努力将不同分析方法获得的数据进行整合和系统分析的工作，他们发现：Affymetrix 和SAGE检测获得的数据可直接用于mRNA相对表达水平的估计，而双色法得到的数据尚需进一步的讨论。
　
GeneChip® 严密的质控步骤                

样品制备

芯片状况

系统运转

 样品制备 

在总RNA提取及cRNA制备好后，分别进行分光光度计的量检、变性胶电泳的质检

探针组设计可以了解到基因各个部位的信号值情况，其中3’,5’信号值比值作为判断样品RNA的完整性的指标在芯片结果报告中将给出相关数据。
 芯片状况 
在杂交混合液中加入oligo B2 ，在芯片的扫描结果上如果可以清晰的看到四周、中心以及芯片名称的图样，证明芯片的各项常规参数正常。

通过芯片上的看家基因对芯片质量进行评定

通过参入对照基因bioB，bioc，bioD and cre对芯片的灵敏度进行评定
 系统运转 
加入对照基因bioB，bioc，bioD and cre除了可以质控芯片的灵敏度外他们还是杂交、洗涤、扫描过程的质检标准。

另外仪器本身还规定有一定的噪音值背景值质控仪器的运转。
　
GeneChip® 种类齐全，应用广泛              
    Affymetrix公司具有强大的研发力量，目前提供世界上种类最多、基因数目最全的各类基因芯片，有人、大鼠、小鼠、果蝇和拟南芥等多种模式生物的基因表达谱芯片，用于SNP研究的DNA 分析芯片及研究癌症和药物代谢的健康检测芯片等。

Affymetrix公司的基因芯片产品在世界范围内已广泛应用于人类疾病的分子机理、肿瘤分型、药物筛选、免疫学、信号转导、基因调控、细胞周期与凋亡、药物代谢与毒理、神经发育与分化、SNP分析、细菌基因组研究以及植物基因调控等各个方向，并取得了巨大的成功。

GeneChip® 强大的配套分析软件              
GeneChip operating software version1.0 (简称GCOS) 

升级版软件，可完全取代之前的Microarray Suit 5.0 和MicroDB 软件，将两者功能融为一体为整个GeneChip平台提供系统操作、仪器控制及数据分析。提供DNA和RNA新的、完整的信息处理平台。支持基因表达、基因测序、基因分型等多种数据分析平台。保留原软件的全部信息处理功能：自动获取和处理杂交信息，在不同模式下以不同的运算法则对数据进行综合、比较、绘图、筛选、分析和输出。可提供所有基因在不同样品中表达的差异分析，可绘出芯片信号。可提供所有基因在不同样品中表达的差异分析，可绘出芯片信号强度比较的Scatter
graph。创建GATC适应性数据库，以便Data Mining Tool和其它GATC相应软件能对数据进一步分析。

Data Mining Tool (DMT)

可根据用户限定的标准，从大量的实验结果中选出符合条件的基因或EST序列，可进行灵活

的SOM聚类分析。

GeneChip® 强大的网上注释及分析工具          

为进一步分析数据提供了强大的支持

可将上百个差异基因进行批量处理，并根据研究需要界定标准，对差异基因进行分类，缩小基因数目

对每一个基因，用户仅用一个统一的界面，即可同时得到来自GenBank、Unigene、SwissProt、OMIM、RefSeq、 Pfam、Sco等公共数据库、Affymetrix私人数据库及GO分类中详细的整合过的信息。

主页上的数据分析中心NetAffx™ 分为9个部分

Interactive query交互式的查询
可分为三个层次即; quick search，standard search; extended search，在quick search中选择要查询的芯片种类，输入关键词或Affymetrix探针序列号或各专业数据库的登录号即可获得来自该芯片上的基因注释。standard search的优势在于还可以对要查询的内容进行多达4个限定词的查询，将那些具有多种功能，参与多个生理过程的基因一网打尽。extended search的特色在于可以限定要了解的基因注释。

Batch query 批量查询

同时上传500个探针的序列号，既可同时获得这500个对应基因的全部注释。另外两种查询的结果（Interactive query& Batch query）均可记录在案（点击results）在多个查询结果之间执行交集并集功能，又一次对大量结果进行深层次限定。

Gene ontology mining tool 基因分类查询
Gene ontology mining tool简称go分类，它本身是一个数据库，侧重于将所有的基因按照参与的“生物学过程”，在“细胞中的组分”，实现的“分子功能”这样三个方向分类。Affymetrix 将Go分类数据库整合到分析中心给芯片上的全部基因按照go分类的标准进行分类并注释。这些注释在以上两个查询中可以获得。另外更强大的功能在于上传一系列的探针号或登录号将获得描述这样的一系列基因在如上三个方向中的关系的树状分支图，看到某一部分基因之间的关系。

BLAST status序列同源性查询

类似于NCBI中的BLAST查询，可以上传DNA sequence, Protein sequence,获得最全面的同源序列比较结果。

Probe match探针详细序列查询
在Affymetrix的表达谱芯片结果中，每一个探针组号代表对应的是一个基因，将这个探针组号输入探针详细序列查询页面，将获得Affymetrix为这个基因设计的探针的详细信息，包括每个探针相对于基因的位置，及这些探针的具体序列。

UCSC genomic query UCSC数据库查询
如下是关于UCSC的简介，Affymetrix将这个侧重于对序列描述及查找的数据库整合到分析中心，并提供了更清晰的查找界面，只需上传探针号或关键词或登陆号即可获得来自UCSC的查询结果。
As vertebrate genome sequences near completion and research re-focuses on their analysis, the issue of effective sequence display becomes critical: it is not helpful to have 3 billion letters of genomic DNA shown as plain text.
As an alternative, the UCSC Genome Browser provides a rapid and reliable display of any requested portion of genomes at any scale, together with dozens of aligned annotation tracks (known genes, predicted genes, ESTs, mRNAs, CpG islands, assembly gaps and
coverage, chromosomal bands, mouse homologies, and more). Half of the annotation tracks are computed at UCSC from publicly available sequence data. The remaining tracks are provided by collaborators worldwide. Users can also add their own custom tracks to
the browser for educational or research purposes.

SNP finder SNP位点查询
这部分主要是针对Affymetrix自己的SNP芯片的SNP位点的查询。只需输入Microsatellite ID就可以得到在某个Microsatellite附近Affymetrix的SNP位点的分布情况及具体信息。

Download Center 下载中心
在下载中心里可以下载到每一种Affymetrix芯片上所有探针的功能注释和序列注释。

Net Affx help 分析中心帮助
在帮助里面提供使用“分析中心”中的遇到的常见问题解答。

另外，还可以参照以下网址获得Net Affx Analysis Center Tutorial，上面提供使用实例。
http://www.affymetrix.com/support/technical/tutorial/analysis_center/index.affx
GeneChip® 发表的研究论文                  
自1993年以来，全世界上百个实验室研究机构在Affymetrix GeneChip的广阔平台上对生命科学进行了深入的探索和发现，获得的研究成果发表在《科学》、《自然》及《细胞》等世界著名的刊物上，研究领域涉及人类疾病的分子机理、临床诊断、免疫学、信号转导、基因调控、细胞周期与凋亡、药物代谢与毒理、神经发育与老化、肥胖与糖尿病、抗真菌药物筛选、细菌基因组以及植物基因调控等各个方向。
　
GeneChip® 项目合作及技术培训              

项目合作

Affymetrix 公司长期与美国国立癌症研究院、麻省理工、哈佛等世界知名院校和研究所合作，与其建立长期合作关系的还包括世界各大知名药厂，如礼来大药厂、罗氏药厂、默沙东制药、千年制药等。

技术培训

基因公司的姊妹公司晶泰生物技术有限公司，可以提供芯片使用、数据分析的专业、可靠、快速的芯片全套服务。那里拥有专业的芯片实验洁净间， 所有芯片实验操作和数据分析人员均接受过良好的培训，有着丰富的GeneChip® 操作经验，严谨的实验作风。

    对购买Affymetrix操作系统的单位提供一次安装调试服务，在客户使用一个阶段后还可以对其进行一次培训，对芯片实验操作中出现的问题予以解决。目前晶泰并已为多家单位培训了GeneChip®实验操作人员，数据处理人员。
　
 结束语                                                 
    Affymetrix芯片无论从方法学还是技术工艺上，都是最独具特色的，很快就被广大的研究者所接受，每年用Affymetrix芯片发表的文章不计其数，而很多都发表在Science，Nature、Cell、PNAS等国际著名学术期刊上，这是国内外任何一个基因芯片生产厂家所不能比拟的。