生物芯片技術研究進展

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　　生物芯片是指包被在硅片、尼龍膜等固相支持物上的高密度的組織、細胞、蛋白質、核酸、糖類以及其它生物組分的微點陣。芯片與標 記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號即可實現對生物樣品的分析。目前常見的生物芯片主要有基因芯片，，蛋白質芯片、組織芯片等。基因 芯片也可以叫做 reverse northern - dot blots。目前主要有檢測基因突變的基因芯片和檢測基因表達水平的基因表達譜芯片。基因芯片技術 主要包括芯片微陣列制備、樣品制備、雜交、信號的檢測和分析等。蛋白質芯片主要是蛋白質如抗原 或抗體在載體上的有序排列，依據蛋白質 分子、蛋白質與核酸相互作用的原理進行雜交、檢測和分析。從不同的組織內進行活體解剖后取出圓柱狀的組織，然后包埋在受體區組內，這樣的石蠟塊集成體便構成了組織芯片。 1 生物芯片的應用 1.1 檢測基因的表達 　　目前檢測基因表達的方法主要有Northern、RT- PCR、mRNA差異顯示、cDNA代表性差異分析等。這些方法都只能對少數幾個基因的表達 進行分析。但生物體是一個復雜的網絡，任何一個刺激都會牽動網絡的許多環節。只對少數幾個基因的表達進行研究顯然是不夠的。生物芯片 技術恰好能夠從整個基因組 水平上對某一刺激或疾病進行檢測。例如，Bittner M等對8150個基因進行檢測。發現了皮膚黑素瘤的亞種。Zhang W等發現類胰島素生長因子結合蛋白2(IGFBP2)在神經膠質瘤和惡性膠質瘤的后期階段表達量很大，且差異很大。Gu J等對患有ankylosing spondylitis(AS)、類風濕性關節炎(RA)和正常人的外周血單核細胞(PBMC)的基因表達進行分析后發現，患有AS的病人與患有 RA的病人的PBMC 表達模式差異很大，且極不正常。Tanaka F等用芯片分析后發現了在FAO和C2細胞系之間表達有差異的基因，并從扣除文庫中用抑制扣除雜交的 方法分離到了一個cDNA克隆，該克隆在C2內的表達強于在FAO內的表達。Nakeff A等用一定濃度的XK469對結腸細胞HCT-116處理24小時后，再與 芯片雜交，結果發現在1152個基因中，有71個基因的表達量變化超過2倍以上。 1.2 研究生物體對逆境的反應 　　Ronchen Wang等用生物芯片對擬南芥在低氮(250μM)和高氮(5～lOmM)條件下基因表達 的差異做了分析后發現，表達差異的基因不僅包 括以前已經報道過的基因如硝酸還原酶、硝態氮轉運蛋白等，還發現了許多新的受低氮誘導表達的基因如鈣離子反向運輸因子、蛋白激酶以及 與代謝有關的酶(如轉酮酶、天冬酰胺合成酶、組胺酸脫羧酶等)。Motoaki Seki等發現，擬南芥受旱脅迫和冷脅迫后，在1300個全長cDNA中， 有44個受旱脅迫誘導，19個受冷脅迫的誘導，有12個是控制脅迫誘導轉錄因子DREB1A/CBF3的靶向誘導基因。 Shinji Kawasaki等發現，水稻受 150mM Nacl脅迫15分鐘后，Paokkali的轉錄受到正調控，大約１小時后，約有10％的基因受到顯著的正調控或負調控，在對照株和試驗株之間 基因表達的差異可延續數小時，但差異越來越不明顯，一周后基本無差異。Oliver Thimm等發現擬南芥幼苗缺鐵3天后，參與糖酵解、三羧酸循 環、氧化戊糖磷酸途徑的基因以及在根中參與無氧呼吸的酶的基因表達量增加，苗中參與葡糖異生作用、淀粉分解、韌皮部裝載的基因也受到 誘導表達。 1.3 研究生物體對光線的反應 　　Ligeng Ma等發現，擬南芥幼苗被遠紅光、紅光和藍光分別照射后，表達相似的調節基因基本占到整個基因組的三分之一，其中五分之 一的基因受到正調控，五分之二的基因受到負調控，共有26個細胞途徑參與了光調節。Yukako Hihara等發現，當改變對單細胞藍藻細菌Synechocystis sp PCC6803光合器官照射的光強時，共有160多個基因的表達出現了差異，那些參與光呼吸和光化學反應的基因在強光照射15分鐘后受到負調控 ，而與二氧化碳固定和受到光抑制保護的基因則受到正調控，那些表達有利于細胞增殖的基因如參與復制、轉錄、翻譯的基因也受到誘導表達 ，不過反應較晚。Robert Schaffer等發現擬南芥在18小時光照／6小時黑暗處理的條件下，在代表了7800個無重復基因的11521個EST片段中， 有11％的基因表達出現了差異，有2％的基因表現出有規律的變化。 　　除了上述的幾個方面外，生物芯片在細菌鑒定、環境檢測、發現新基因等各個領域也有著廣闊的應用前景。