結構生物化學/基因組分析/DNA 微陣列
DNA 微陣列是基因的集合，允許研究基因在生物反應中的表達，以進一步研究基因組。微陣列的應用例子包括病原體對遺傳物質的反應、基因突變的發展以及藥物發現。微陣列可用於研究特定疾病的基因表達，從這種方法獲得的分析和資料可用於開發可以治癒或抑制疾病的補充藥物。儘管 DNA 微陣列的開發促進了生物學和化學領域的許多研究，但微陣列的分析可能很困難。由於細胞中有如此多的基因，對微陣列中呈現的如此大量的基因表達進行分析可能相當耗時且難以分析。
微陣列的歷史相當近。第一個陣列是在 1980 年代中期建立的。它最初被稱為宏陣列。它最初只用於點 DNA 探針，但更多的是用於研究 DNA 克隆、PCR 產物和寡核苷酸。它們都與放射性標記的靶標一起使用。經過進一步的研究，開發了微陣列；它是由針式點樣器建立的。針式點樣器是基於針的機器人系統，可以精確地將一定量的 DNA 溶液分配到載玻片上的點上。到 1990 年代中期，微陣列技術主要用於研究基因表達。一些研究包括研究細菌生命週期，研究組織的基因表達譜。還有細胞分裂的研究，以及哪個基因負責細胞分裂的不同階段。最後，微陣列的另一個應用是藥物劑量，透過檢查疾病的基因表達，可以有效地用於找到特定疾病使用的正確藥物劑量。
DNA 微陣列可用於探索一次執行中的數千個基因序列。DNA 微陣列的基本原理是基於雜交過程。雜交水平可以透過可檢測的化學水平來檢測，該化學水平用於標記實驗中的靶標或探針序列。DAN 微陣列或基因晶片，即高密度的寡核苷酸陣列，可以透過使用半導體行業使用的光刻微製造技術進行光導化學合成，或透過將非常小的寡核苷酸或 cDNA 點放在載玻片等固體基質上構建。基因表達水平透過雜交到晶片上的 cDNA 的熒光水平來揭示，該熒光水平可以透過晶片上的已知位置來識別。透過晶片上熒光點的強度可以看出特定基因的轉錄程度。這種方法可用於檢測特定基因在不同生長條件下表現出的表達水平變化。
基因晶片理論的更簡單圖片從目標開始。這項技術的目的是能夠定性地確定基因表達的特定 mRNA 片段的量。首先，從細胞中提取 mRNA。然後可以透過逆轉錄酶將 mRNA 轉化為 cDNA，該 cDNA 被標記有熒游標記。然後將該熒光 cDNA 新增到佈滿大量 DNA 片段（寡核苷酸）的矽（或玻璃）晶片中。基因晶片及其所有 DNA 片段包含一個特定的片段，該片段與所需的 cDNA（或雜交）完全配對。與基因晶片不匹配的 RNA/cDNA 被洗掉（哎呀），基因晶片在特殊的光線下觀察，使熒光 cDNA 發光。如果您的 mRNA 存在於細胞中，現在可以在晶片上以漂亮的顏色看到它。如果不是，則晶片的那一部分是空白的。現在很容易看到基因晶片如何透過探索其 mRNA 來研究基因表達。
一個例子是人們如何使用微陣列測試來分析 RNA，例如在癌性皮膚細胞的情況下。可以進行微陣列測試來檢視癌性皮膚細胞中的哪些基因與健康皮膚細胞相似，哪些基因不同。這是透過從健康皮膚細胞中取一個 mRNA 樣本，以及從癌性皮膚細胞中取一個 mRNA 樣本來完成的。這兩個皮膚細胞的 mRNA 都被轉化為 cDNA。然後可以將健康 cDNA 標記為綠色熒游標記。然後可以將癌性 cDNA 標記為紅色熒游標記。然後製作一個包含皮膚細胞中所有 DNA 的微陣列。然後將這兩種熒光 cDNA 都放在微陣列上。然後，特定的 cDNA 序列與微陣列上的相應 DNA 雜交。然後洗去多餘的 cDNA。然後使用雷射分析熒光 cDNA 雜交的位置。一臺計算機獲取這些資訊並對其進行分析，在紙上給出幾個彩色點，表明健康皮膚細胞表達了哪些基因（將顯示為綠色點），以及癌性皮膚細胞表達了哪些基因（將顯示為紅色點）。黃色點表示健康皮膚細胞和癌性皮膚細胞都表達了該基因。黑點表示健康細胞和癌性皮膚細胞都沒有表達該基因。因此，透過分析這些資料，人們可以找出癌性皮膚細胞中表達的哪些基因在健康皮膚細胞中沒有表達。
微陣列可用於多種應用，包括基因組 DNA 分析，但是，由於我們可以從這兩個應用中獲得有關細胞和組織中基因功能的大量資訊，因此 mRNA 基因表達譜分析占主導地位。
使用微陣列的表達譜分析可識別表達依賴於特定生物狀態的基因。例如，在疾病狀態生物學條件下，基因 mRNA 的量可能比正常狀態下更多。然後可以使用微陣列識別在疾病狀態下表達的基因。然後可以製造藥物來專門抑制這些基因。微陣列還可以跟蹤細胞發育過程中的基因表達，在此過程中，基因根據它們在不同發育階段的表達模式進行分組。然後，這有助於透過將未知功能的基因與具有類似表達模式的已知基因的功能作用聯絡起來來識別未知功能的基因。
途徑分析在識別影響許多基因的協同表達變化方面也非常有用，這有助於我們瞭解這些基因的特徵行為，使其協同工作以執行特定功能。檢測一組具有相關功能的基因的表達一致變化使我們能夠了解生物學方面，而這些方面是透過基因表達分析無法知道的。
透過逆向工程技術從基因表達重建功能性、調節網路也可以用於表徵基因之間的關係，這些關係是從它們在不同條件下的表達值開始的。
我們可以使用表達譜的另一種方法是，透過使用其他雜交實驗的分析來識別具有相似生物學特徵的樣本中基因表達的共同模式，從而將它們用作特定生物狀態的指紋。這在找到基因表達行為與表型之間的相關性方面很有用。
基因組DNA分析是另一種主要的微陣列應用。DNA微陣列可用於直接測量特定基因組區域的基因組DNA片段濃度。例如，微陣列可以用這種方式來掃描與癌症相關的基因複製數變化。另一種使用微陣列進行基因組DNA分析的方法是鑑定由轉錄調節因子結合的調控DNA序列的互補序列。DNA微陣列可用於透過染色質免疫沉澱 (ChIP) 結合陣列雜交進行全基因組體內轉錄因子結合位點的鑑定。陣列上的重疊探針可提供完整的基因組覆蓋範圍，並允許識別特定轉錄因子的所有DNA結合區域。使用微陣列進行基因組DNA分析還可以應用於表徵特定基因序列的存在，這些序列可用於對病原體基因組進行平行檢測。這有助於我們檢測導致傳染病的病原體的存在，並可以監測它們是否在生物樣本中，例如，或在食品/水中。最後，使用微陣列進行基因組DNA分析可以應用於基因分型。微陣列可以被設計用於全基因組鑑定單核苷酸多型性 (SNP)。微陣列在其中的應用極大地促進了人類基因組計劃，為人類SNPs資料提供了寶貴的資源。如果對散佈在整個基因組中的特定已知多型性列表感興趣，則可以專門為它們設計探針組，並且晶片可以用作快速篩選生物樣本的工具。晶片的這種設計是為了檢測與人類健康相關的基因中的突變。
解釋微陣列分析儀產生的資料可能很困難，因為許多因素會影響資料的準確性。微陣列難以獲得清晰結果的原因是，存在許多不同的方法來規範微陣列晶片的資料。另一個需要考慮的因素是，由於同時進行了數千次測試，基因可能會產生假陽性或假陰性結果，從而導致這些錯誤。在這種情況下，假陽性是指得出特定基因在微陣列上表達的結論，而實際上它並沒有表達。假陰性是指得出基因在微陣列上沒有表達的結論，而實際上它確實表達了。
由於存在影響資料準確性的這些因素，因此在微陣列中使用了統計p值。p值是特定基因與DNA雜交或不雜交的微陣列結果僅由隨機因素造成的機率。當同時進行數千次測試時，將p值視為單個測試的統計量是不準確的。這就是為什麼必須調整p值以解釋這種誤差。Bonferroni校正是一種統計方法，可以校正p值，使其更加準確。
對微陣列有用的另外兩種統計分析是
1. SAM（微陣列的統計分析）該測試有助於確定從微陣列中獲得哪些資料有用，哪些資料無用。它透過執行一系列t檢驗，然後計算每個基因的值來實現這一點。該值代表基因表達強度與其響應變數之間的相關性。
2. ANOVA（方差分析）這是一種統計檢驗，用於分析存在兩個或多個變數的實驗。
DNA 微陣列的當前應用。Emanuele de Rinaldis 和 Armin Lahm。Horizon 生物科學。2007。