凝膠成像系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合應(yīng)用于生物工程研究

計(jì)算機(jī)凝膠成像系統(tǒng)和圖象處理軟件BioImage 2.0結(jié)合,應(yīng)用在分子生物學(xué)和生物工程研究中的結(jié)果保存分子量計(jì)算,密度定量,密度掃描,PCR定量等數(shù)據(jù)處理中,并能取代某些專用儀器。

計(jì)算機(jī)尤其是Internet的發(fā)展和信息共享的原則對(duì)生物科學(xué)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。此外將計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和特殊的硬件系統(tǒng)相結(jié)合,在生物科學(xué)的日常研究工作中,也得到極為廣泛的應(yīng)用并能取代某些特定的分析儀器。

本文以計(jì)算機(jī)凝膠成像系統(tǒng)SX100和圖象處理軟件BioImage V2.0為例,說明其在分子量計(jì)算,密度掃描,密度定量,PCR定量等生物工程常規(guī)研究中的應(yīng)用。

1　圖象攝取 
計(jì)算機(jī)凝膠成像系統(tǒng)SX100(上海四星生物技術(shù)實(shí)業(yè)有限公司)采用數(shù)碼攝影將攝取的圖象直接輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在暗箱中的紫外燈照射下,通過調(diào)節(jié)變焦光圈、變焦倍數(shù)及焦距使樣品清晰及大小適當(dāng)。圖象攝取獲得以后,通過BioImageV2.0軟件中圖象處理菜單的“亮度”和“優(yōu)化項(xiàng)進(jìn)行亮度調(diào)整和圖象優(yōu)化,以降低圖象本底噪聲。一般經(jīng)過這樣處理以后能得到清晰的凝膠圖片,同時(shí)在圖象中加入文字信息進(jìn)行適當(dāng)注釋,用熱敏打印機(jī)或現(xiàn)在常用的高品質(zhì)照片級(jí)噴墨打印機(jī)(如EPSON的PHOTO系列)打印以后可以得到符合文章發(fā)表要求的照片打印。 

2　分子量定量 
對(duì)于一般常用的DNA膠片,利用BioImage中分子量定量功能,通過對(duì)膠上DNA Marker條帶的已知分子量注釋,自動(dòng)生成擬合曲線,并以它衡量得到未知條帶的分子量。通過這種方法所得到的結(jié)果較肉眼觀察估計(jì)要準(zhǔn)確很多。例如，在構(gòu)建表達(dá)載體pBL II完成后限制性內(nèi)切酶酶切驗(yàn)證時(shí)利用其功能判斷分子量大小。 

3　密度定量 
一般常用的測(cè)定DNA(脫氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)濃度的方法是紫外吸收法,但它只能測(cè)定樣品中的總核苷酸濃度,而不能區(qū)分各個(gè)長度片段的濃度。但利用凝膠成像系統(tǒng)和BioImage軟件,對(duì)于DNA膠片上某一已知其DNA含量的標(biāo)準(zhǔn)條帶,在調(diào)節(jié)閥值和積分框并進(jìn)行密度標(biāo)定以后,可以方便的單擊其他未知條帶根據(jù)其絕對(duì)光密度值得到其DNA含量。它比紫外吸收法方便,可以測(cè)出不同長度的片段的含量,而所得結(jié)果對(duì)于分子生物學(xué)操作要求 的準(zhǔn)確度是足夠的。值得指出的是,此方法也適用于對(duì)PA GE蛋白膠條帶的濃度測(cè)定。

4　密度掃描 
在分子生物學(xué)和生物工程研究中,最常用到的是對(duì)蛋白表達(dá)產(chǎn)物占整個(gè)菌體蛋白的百分含量的計(jì)算。傳統(tǒng)的方法是利用專用的密度掃描,但利用生物分析軟件結(jié)合現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室常規(guī)配備的掃描儀或者直接用白光照射的凝膠成像就能完成此項(xiàng)工作。 

以BioImage V2.0為例,選擇密度掃描命令,將代表某一微生物菌株的泳道圖象用虛線框住以后,即可得到對(duì)此區(qū)域的縱向掃描曲線圖。一般選擇缺省的自動(dòng)積分選項(xiàng)可以自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)于各個(gè)膠帶的每個(gè)峰面積相對(duì)于整個(gè)曲線所占的百分比,也可以選手動(dòng)積分人工選擇積分區(qū)域,對(duì)于某些條帶較弱,本底較高的圖譜可以進(jìn)行基線調(diào)整以得到更佳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并在誤差的允許范圍內(nèi)。圖為構(gòu)建的pBL II載體表達(dá)后進(jìn)行SDS-PA GE電泳檢測(cè)并對(duì)第四泳道掃描蛋白表達(dá)占總蛋白表達(dá)量的百分?jǐn)?shù),結(jié)果為25%左右。



5　PCR(Polymerase Chain Reaction聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))定量 

PCR定量主要是指當(dāng)做PCR實(shí)驗(yàn)時(shí)如果擴(kuò)增出來的條帶不是一條時(shí)利用此命令可以計(jì)算出各個(gè)條帶占總體的相對(duì)百分?jǐn)?shù),就此功能而言與密度掃描類似,但實(shí)際在原理上并不相同。PCR定量并不對(duì)選擇區(qū)域生成縱向掃描曲線圖并積分,而是對(duì)選定的幾條帶進(jìn)行相對(duì)密度定量并計(jì)算其占總和的百分?jǐn)?shù)。圖4是對(duì)左圖第一泳道PCR結(jié)果各片段所占含量測(cè)定。 

6　總結(jié)與建議 
本文介紹的是凝膠成像系統(tǒng)在分子生物學(xué)和生物工程研究中幾乎每天都要遇到的研究工作中所具有的功能,由于結(jié)合生物處理軟件可以覆蓋現(xiàn)代生物科學(xué)日常研究的各個(gè)領(lǐng)域并能夠取代某些專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備,凝膠成像系統(tǒng)應(yīng)該是現(xiàn)代分子生物學(xué)和其他生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的常備儀器,不僅如此,它也能用于醫(yī)學(xué)臨床檢驗(yàn)。另外值得指出的是類似的系統(tǒng)目前在國內(nèi)和國際上有多家,其生物軟件單賣要3萬人民幣左右,而在Internet上有一些免費(fèi)軟件可以執(zhí)行一 些相類似的功能,如在國內(nèi)的http://biosoft.yeah.net可以載下UTHSCSA Tmagetool。 
（李越　嚴(yán)明等）