生物晶片概論 1 課程簡介 (Introduction)

1. 生物晶片概論 1課程簡介 (Introduction) 陳光琦助理教授 (Kuang-Chi Chen) chichen6@mail.tcu.edu.tw, Office: H603-2 http://www.chichen6.tcu.edu.tw/

2. Textbooks Textbook :Design and Analysis of DNA Microarray Investigations, Simon, Korn, McShane, Radmacher, Wright and Zhao, Springer, 2003. Reference :Data Analysis Tools for DNA Microarrays, Sorin Draghici, Chapman & Hall/CRC, 2003.

3. Schedule-1 W1. 09/17 Introduction to Biochip W2. 09/29 Microarrays and Bioinformatics W3. 10/01 Microarray: cDNA / Oligonucleotide / SNP Chip W4. 10/08 Protein / Chemical Compound / Tissue / miRNA Chip W5. 10/15 Design of Experiments (I) W6. 10/22 Design of Experiments (II) W7. 10/29 Design of Experiments (III) W8. 11/05 Image Analysis W9. 11/12 -- Midterm --

4. Schedule-2 W10.11/19 Quality Control W11.11/26 Array Normalization (I): Methods for Two-color Arrays W12.12/03 Array Normalization (II): Methods for Gene ChipTM Arrays W13.12/10 Microarray Database on the Web – GEO, ArrayExpress, Stanford Microarray W14.12/17 Bioinformatic Database on the Web – GO, KEGG, Chip-ChIP W15.12/24 Description of Gene Expression Datatsets Used as Examples W16.01/05 Application to Gene Expression Examples W17.01/07 Oral Presentation W18.01/14 -- Final --

5. Evaluation • Assignment: Homework 20% , Oral presentation 10% , Attendance 10% ; • Exam: Midterm 30% , Final 30% .

6. 前 言 • 生物科技是這一世紀的明星產業，然而台灣的發展契機究竟在哪裡呢 ? - 台灣生技產業發展多年，政府相關研發經費投入超過3000億元，然而台灣生技產業是否真能開發和製造新藥？ - 瑞典、瑞士、愛爾蘭等國家是小國，生技產業卻發展蓬勃，這些國家成功主因在於提供生技產業優渥的投資獎勵、研發、人才供給等條件。 (資料來源 :成大生物科技中心 )

7. 前 言 (cont’d) - 台灣政府對生技產業發展上雖然投注相當多經費，但是在獎勵生技產業上幾乎沒有策略可言，應該重技術移轉、還是重研發，至今仍爭論不休。 - 若台灣GMP製藥廠商能加強投資研發，加上台灣的大學與醫學院已量產足夠的研發人才，且政府能選定發展策略與目標，整合資源，便可突破現階段的困況，台灣生技產業的發展將可期待。

8. 生物晶片是台灣生物科技的明星產業 • 生物晶片的潛力就如同當年的IC晶片 (將龐大數量資料微縮數位化成體積相當小的空間使用)，生物晶片未來將運用在生命科學並結合IC的運用，適用的範圍將非常龐大。

9. What Is Biochip ? • 生物晶片是結合生物、電腦、機械等多項領域的研究人員所發展出的生物科技，帶動了人類基因功能的自動化分析。 • 生物晶片對於基因的檢測具有快速分析、準確率高、可同時大量檢測基因的優點，改變了過去研究人員終其一生只鑽研一種基因的研究方式。

10. What Is Biochip ? (cont’d) • DNA晶片的原理是將數千或數萬點單股DNA，以高密度的方點製在拇指般大的晶片上。 • 除了DNA以外，蛋白質(proteins) 、抗原(antigen)、抗體(antibody)也可以放在晶片上。

11. Applications of Biochip • DNA晶片的應用範圍廣泛，可應用於細胞生化學的研究及疾病診斷上等。 • 除了DNA外，蛋白質和一些細胞中的藥品接受器(receptors)也可放在晶片上。 • E.g., 癌症腫瘤學上的臨床診斷、各種不同病毒感染疾病的診斷 (AIDS、腸病毒、…)。 • 快速又正確的診斷，可節省大量的人力及物力，並期待做到早期發現、早期治療的功效。

12. Applications of Biochip (cont’d) (1)基因表現的藍圖(Gene Expression Profiling) : 一些疾病會牽涉到多數基因的變化，為了瞭解在病人和正常人體中的蛋白合成的差異，就必須要觀察不同時間點上這些多數基因的表現。經由不同時間點上基因表現的形式，研究人員可以去了解複雜的人體如何去產生各種不同類型的蛋白。 (2)毒理學上的分析(Toxicology Analysis) : DNA晶片也可用來檢測有機毒物對於特定基因的表現，e.g., 和肝臟毒害有關的基因。

13. Applications of Biochip (cont’d) (3)基因的定序(Gene Sequencing) : 做大量的基因定序和發現的工作。 (4)單一核醣核甘酸的多形性的檢定(SNP Identification) : 找到個體的基因型態(genotype)以期知道個體的表現型多形性(polymorphisms)。 (5)法醫學上的應用(Forensics) : 由於DNA晶片的檢定快速、準確且易於攜帶，可成為法醫現場辦案的工具之一。 ...CSI (crime scene investigation, 犯罪現場鑑識人員)

14. Applications of Biochip (cont’d) (6)免疫反應分析(Immunoassays) : 有些晶片公司發展的技術可將DNA以外的東西放在晶片上，e.g., 利用抗原、抗體之間的緊密結合，以期用來做一些免疫反應上的分析。 (7)蛋白質晶片(Protein Chip) : 將蛋白質放在晶片上，以進行範圍廣大的蛋白生物學上的研究。 (8)生物武器的偵測(Combat Biowarfare) : 研發可攜式系統(e.g, DNA晶片)，以期在戰場上可以快速、準確的檢定有害的生物武器，並能找出一些對付生物武器的工具。

15. Applications of Biochip (cont’d) (9)藥物的篩選(Drug Screening) : 藥品和它的接受器(receptors)之間的結合可被應用在晶片上，就類似DNA和互補探針之間的緊密結合一般。這種晶片的推出後，可達到節省藥品篩選所耗費許多的時間和經費。 (10)電話硬體上的應用(Hard Drives and Microprocessors) : 利用DNA的自我組合性(Self-Assembles)，就是類似電腦程式的語言。所以合成的片段DNA可以結合在一些不是生物的物質上，e.g., 一些光源或是一些微電子的零件上，利用DNA的這種特性，將這些物質帶到特定的位置上，而達成目標。