計算機凝膠成像系統和圖象處理軟件BioImage 2.0結合,應用在分子生物學和生物工程研究中的結果保存分子量計算,密度定量,密度掃描,PCR定量等數據處理中,并能取代某些專用儀器。

計算機尤其是Internet的發展和信息共享的原則對生物科學的發展起到了極大的推動作用。此外將計算機技術的發展和特殊的硬件系統相結合,在生物科學的日常研究工作中,也得到極為廣泛的應用并能取代某些特定的分析儀器。

本文以計算機凝膠成像系統SX100和圖象處理軟件BioImage V2.0為例,說明其在分子量計算,密度掃描,密度定量,PCR定量等生物工程常規研究中的應用。

1　圖象攝取 
計算機凝膠成像系統SX100(上海四星生物技術實業有限公司)采用數碼攝影將攝取的圖象直接輸入計算機系統。在暗箱中的紫外燈照射下,通過調節變焦光圈、變焦倍數及焦距使樣品清晰及大小適當。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“優化項進行亮度調整和圖象優化,以降低圖象本底噪聲。一般經過這樣處理以后能得到清晰的凝膠圖片,同時在圖象中加入文字信息進行適當注釋,用熱敏打印機或現在常用的高品質照片級噴墨打印機(如EPSON的PHOTO系列)打印以后可以得到符合文章發表要求的照片打印。 

2　分子量定量 
對于一般常用的DNA膠片,利用BioImage中分子量定量功能,通過對膠上DNA Marker條帶的已知分子量注釋,自動生成擬合曲線,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果較肉眼觀察估計要準確很多。例如，在構建表達載體pBL II完成后限制性內切酶酶切驗證時利用其功能判斷分子量大小。 

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

4　密度掃描 
在分子生物學和生物工程研究中,最常用到的是對蛋白表達產物占整個菌體蛋白的百分含量的計算。傳統的方法是利用專用的密度掃描,但利用生物分析軟件結合現在實驗室常規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,即可得到對此區域的縱向掃描曲線圖。一般選擇缺省的自動積分選項可以自動計算出對應于各個膠帶的每個峰面積相對于整個曲線所占的百分比,也可以選手動積分人工選擇積分區域,對于某些條帶較弱,本底較高的圖譜可以進行基線調整以得到更佳的實驗結果并在誤差的允許范圍內。圖為構建的pBL II載體表達后進行SDS-PA GE電泳檢測并對第四泳道掃描蛋白表達占總蛋白表達量的百分數,結果為25%左右。



5　PCR(Polymerase Chain Reaction聚合酶鏈式反應)定量 

PCR定量主要是指當做PCR實驗時如果擴增出來的條帶不是一條時利用此命令可以計算出各個條帶占總體的相對百分數,就此功能而言與密度掃描類似,但實際在原理上并不相同。PCR定量并不對選擇區域生成縱向掃描曲線圖并積分,而是對選定的幾條帶進行相對密度定量并計算其占總和的百分數。圖4是對左圖第一泳道PCR結果各片段所占含量測定。 

6　總結與建議 
本文介紹的是凝膠成像系統在分子生物學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,由于結合生物處理軟件可以覆蓋現代生物科學日常研究的各個領域并能夠取代某些專用實驗設備,凝膠成像系統應該是現代分子生物學和其他生物科學實驗室的常備儀器,不僅如此,它也能用于醫學臨床檢驗。另外值得指出的是類似的系統目前在國內和國際上有多家,其生物軟件單賣要3萬人民幣左右,而在Internet上有一些免費軟件可以執行一 些相類似的功能,如在國內的http://biosoft.yeah.net可以載下UTHSCSA Tmagetool。 
（李越　嚴明等）