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凝胶成像系统和计算机软件结合应用于生物工程研究

计算机凝胶成像系统和图象处理软件BioImage 2.0结合,应用在分子生物学和生物工程研究中的结果保存分子量计算,密度定量,密度扫描,PCR定量等数据处理中,并能取代某些专用仪器。
计算机尤其是Internet的发展和信息共享的原则对生物科学的发展起到了极大的推动作用。此外将计算机技术的发展和特殊的硬件系统相结合,在生物科学的日常研究工作中,也得到极为广泛的应用并能取代某些特定的分析仪器。
本文以计算机凝胶成像系统SX100和图象处理软件BioImage V2.0为例,说明其在分子量计算,密度扫描,密度定量,PCR定量等生物工程常规研究中的应用。
1　图象摄取
计算机凝胶成像系统SX100(上海四星生物技术实业有限公司)采用数码摄影将摄取的图象直接输入计算机系统。在暗箱中的紫外灯照射下,通过调节变焦光圈、变焦倍数及焦距使样品清晰及大小适当。图象摄取获得以后,通过BioImageV2.0软件中图象处理菜单的“亮度”和“优化项进行亮度调整和图象优化,以降低图象本底噪声。一般经过这样处理以后能得到清晰的凝胶图片,同时在图象中加入文字信息进行适当注释,用热敏打印机或现在常用的高品质照片级喷墨打印机(如EPSON的PHOTO系列)打印以后可以得到符合文章发表要求的照片打印。
2　分子量定量
对于一般常用的DNA胶片,利用BioImage中分子量定量功能,通过对胶上DNA Marker条带的已知分子量注释,自动生成拟合曲线,并以它衡量得到未知条带的分子量。通过这种方法所得到的结果较肉眼观察估计要准确很多。例如，在构建表达载体pBL II完成后限制性内切酶酶切验证时利用其功能判断分子量大小。
3　密度定量
一般常用的测定DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)浓度的方法是紫外吸收法,但它只能测定样品中的总核苷酸浓度,而不能区分各个长度片段的浓度。但利用凝胶成像系统和BioImage软件,对于DNA胶片上某一已知其DNA含量的标准条带,在调节阀值和积分框并进行密度标定以后,可以方便的单击其他未知条带根据其优良光密度值得到其DNA含量。它比紫外吸收法方便,可以测出不同长度的片段的含量,而所得结果对于分子生物学操作要求的准确度是足够的。值得指出的是,此方法也适用于对PA GE蛋白胶条带的浓度测定。
4　密度扫描
在分子生物学和生物工程研究中,*常用到的是对蛋白表达产物占整个菌体蛋白的百分含量的计算。传统的方法是利用专用的密度扫描,但利用生物分析软件结合现在实验室常规配备的扫描仪或者直接用白光照射的凝胶成像就能完成此项工作。
以BioImage V2.0为例,选择密度扫描命令,将代表某一微生物菌株的泳道图象用虚线框住以后,即可得到对此区域的纵向扫描曲线图。一般选择缺省的自动积分选项可以自动计算出对应于各个胶带的每个峰面积相对于整个曲线所占的百分比,也可以选手动积分人工选择积分区域,对于某些条带较弱,本底较高的图谱可以进行基线调整以得到更佳的实验结果并在误差的允许范围内。图为构建的pBL II载体表达后进行SDS-PA GE电泳检测并对第四泳道扫描蛋白表达占总蛋白表达量的百分数,结果为25%左右。

5　PCR(Polymerase Chain Reaction聚合酶链式反应)定量
PCR定量主要是指当做PCR实验时如果扩增出来的条带不是一条时利用此命令可以计算出各个条带占总体的相对百分数,就此功能而言与密度扫描类似,但实际在原理上并不相同。PCR定量并不对选择区域生成纵向扫描曲线图并积分,而是对选定的几条带进行相对密度定量并计算其占总和的百分数。图4是对左图**泳道PCR结果各片段所占含量测定。

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