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DNA芯片过时了吗?看看铁粉怎么说

【字体: 时间:2019年12月23日 来源:生物通

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  随着新一代测序技术的出现,DNA芯片显然失色不少。许多人认为芯片技术已经过时,是时候拥抱新的技术啦。但是,并非所有人都这么想。

随着新一代测序技术的出现,DNA芯片显然失色不少。许多人认为芯片技术已经过时,是时候拥抱新的技术啦。但是,并非所有人都这么想。有些人还是倾向于简单的东西。他们不会为了追求时髦而放弃那些久经考验的技术。

芯片的基本概念是在固相支持物上连接寡核苷酸探针,以形成有序阵列。经过标记的样品与探针杂交,之后通过特定的仪器对芯片进行成像,并通过信号的位置和强弱来显示样品中互补序列的存在与否或数量多少。

芯片通常分为两种。表达芯片检测cDNA,比较不同时间采集的样品或不同处理条件下的样品。基因分型芯片则以基因组DNA为对象,检测单核苷酸多态性(SNP)或结构异常,如倒位、缺失和重复。

在此,我们回顾芯片的一些经典应用,并展示一些新颖应用,证明它仍然有价值。

基因表达分析

斯克利普斯研究所(Scripps Research Institute)NGS和芯片核心实验室的主任Steven Head表示:“对于基因表达,我没有想到有什么工作是可以用芯片来做,但不能用RNA-seq来做的。”

约翰霍普金斯大学医学院的Stephen Baylin教授指出,顶级期刊的审稿人如今更希望在表达分析中使用RNA-seq的数据。不过,这并不是说芯片没有用武之地。

“与RNA-seq相比,芯片的好处仍然很明显,”安捷伦科技公司的临床营销总监Heidi Kijenski指出。例如,操作流程简单得多,也就不需要那么高深的专业技能。芯片可以更快地产生结果,这对外包机构和临床实验室而言可谓福音。芯片分析还降低了每个样品的成本,特别是在开展大型研究时。此外,数据分析和数据存储的要求也降低了,无需专门配备生物信息学家来解释结果。

据一所知名大学核心实验室的主任介绍,目前仍然有许多客户在使用芯片。Affymetrix推出了一种很好的全转录组芯片Clariom D,全面覆盖转录组,可检测mRNA、lncRNA、circRNA和miRNA。由于操作简便,客户可以快速地获取数据,而且分析也非常简单。

当然,NGS和芯片也可以结合使用。例如,“安捷伦的基因表达平台具有定制功能,让研究人员能够跟进RNA-seq实验的结果,对感兴趣的转录本开展分析,并在不影响性能的情况下平衡时间和成本,”安捷伦细胞遗传学的产品经理Valentina Maran说。

Baylin教授的切身体会是,在开展NGS实验之前,他通常会在芯片上进行初步实验来摸摸底,以便大致了解全基因组的表达变化。“它让我们对基因变化的方向以及我们可能要研究的通路有了感觉,”他说。

新颖的应用

芯片在临床检测中仍然发挥着重要的作用。2014年,美国FDA批准了Affymetrix的CytoScan Dx芯片以帮助诊断儿童的染色体改变,这些改变与儿童的多发畸形、发育迟缓或智力残疾有关。Steven Head指出,用于癌症基因分型或移植组织的生物标志物panel需要花费数年的时间进行验证,才开始运行并获得批准。

另一个重要的基因分型应用是全基因组关联研究(GWAS),不过这些也开始被NGS所取代。Head解释说,深度测序群体的大型数据库的出现允许人们使用较浅的测序,再加上一些检出和估算基因型的工具来分析,这大大降低了测序成本。

他指出,DNA芯片的新颖应用包括拷问微生物组,研究甲基化(CpG岛),或探索DNA与蛋白质的相互作用。

Baylin教授担任了DNA芯片核心实验室的主任。他表示:“在我们的研究中,芯片的主要应用是分析全基因的DNA甲基化模式,使用的是Illumina的EPIC芯片。”大约80-90%的花费来自甲基化芯片。“对我们来说,这才是真正的主食……我想很多人也有同感。”尽管亚硫酸氢盐测序也能产生类似信息,但复杂的分析带来了更高的成本。

Illumina的Infinium MethylationEPIC BeadChip芯片全面覆盖了CpG岛、RefSeq基因、ENCODE开放染色质和增强子等区域。Baylin表示,现有的EPIC芯片适合人类样品的检测, “据说小鼠芯片很快将会问世”。“我认为小鼠芯片也会得到广泛应用。目前我们开展了大量的小鼠相关研究,但我们还无法使用芯片,”他说。

基础架构的问题

在某些方面,DNA芯片陷入了恶性循环。NGS等替代技术的出现使得芯片在转录组和基因组研究上的重要性降低。随着测序服务需求的激增以及芯片服务需求的减少,许多研究机构正在合并核心实验室,或完全取消芯片实验室。

一位核心实验室的主任表示,在这种情况下,为了支持产品,Affymetrix等制造商开始提供外包服务,从而进一步降低了研究机构对这些服务的需求,迫使更多实验室关闭。而且,如果缺乏本地的资源,获得结果的时间将会增加,这会让芯片技术进一步掉粉。

就设备维护和人员培训而言,维护芯片基础架构的成本仍然很高。一些核心实验室已经屈服,而另一些仍在坚持。一位主任表示:“我们不像以前那么忙,但仍然很忙,无法关闭。”Baylin所在的实验室正在权衡自己动手与外包出去的利弊。不过,他仍会使用甲基化芯片,直到更好的东西出现。

(作者:Josh P. Roberts / 生物通编译)

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