生物芯片技术的发展及在基因检测中的应用

基因芯片技术及应用

田燕丹 130820005 微生物专业

摘 要：基因芯片技术是随着人类基因组计划的实施而发展起来的一种前沿生物技术，具有高度平行性、多样性、微型化和自动化的特点。它涉及物理学、化学、生物化学、核酸化学、分子生物学、计算机科学等多个学科，是多学科多技术交叉的结晶。目前在基因组学研究、基因序列分析、疾病诊断、药物筛选、环境监测等方面得到了广泛的应用。本文就基因芯片的原理、分类、制备、应用四个方面对其进行介绍。

关键词：基因芯片；原理；分类；制备；应用

1 基因芯片的工作原理

基因芯片又称DNA芯片、DNA微阵列，它是由大量已知序列的DNA或者寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列，是最主要的且发展最早、最快的一种生物芯片。与传统的基因检测技术相比，其最大特征是能同时定量或者定性的检测成千上万的基因信息，并且具有微型化、自动化、网络化等特点，使得该技术的到了迅速的普及与应用。

基因芯片借用了计算机芯片的原理，运用缩微技术，把已知序列核酸密集有序地排列固定在固相平面载体预先设置的区域内，形成微型的检测器件，再将待测样本标记后同芯片进行杂交，检测原理是利用核酸的碱基互补配对原理，样本中的标记分子与芯片上的配对探针分子特异性结合，通过激光共聚焦荧光扫描仪或其他检测手段获取信息，经电脑系统处理、分析得到结合在探针上的待测样本中特定大分子的信息，从而检测对应片段是否存在、存在量的多少。由于能够实现生物信息的大规模检测分析，基因芯片成为了一种进行DNA序列分析及基因表达信息分析的强有力工具。

2 基因芯片的分类

根据制备方式、芯片介质、探针类型等的不同，基因芯片可分成许多类型[1]。

2.1根据芯片的制备方式 根据芯片的制备方式，可以将基因芯片分为两大类：原位合成芯片和直接点样(合成后点样)芯片。

与直接点样芯片相比，原位合成芯片精确度高、密度高，但其成本也高，设计、制备繁琐。

2.2 根据芯片的介质分类

医学检验技术的新进展与应用

随着科技的不断发展和进步，各个领域的技术也在迅速地发展和前进，医学检验技术也不例外。现代医学检验技术以其高精度、高灵敏度、高特异性和快速等优点，已成为影响人们健康水平的重要标准之一。本文将重点介绍医学检验技术的新进展和应用。

一、基因检测技术

基因检测技术是医学检验技术的重要一环。近年来，基因检测技术发展得越来越迅速，其研究领域也越来越广泛。基因检测可以帮助我们预测某些疾病的发病风险、早期诊断某些疾病、评估治疗效果、预测疾病复发等，对于抗病治疗和预防疾病具有重要的意义。

基因检测先是从单一基因突变分析到基因组分析和转录组分析等多层面的研究，利用高通量测序技术实现了基因组信息的全面检测。基因检测不仅涉及到人类生命的最基本单位--基因，还涉及到DNA、RNA以及蛋白质等层面，基因检测给医学诊断带来了极大的革命。

基因检测适用于各种疾病的检测，如肿瘤、食管癌、肝癌等。如肿瘤基因检测就可以通过检测个体肿瘤基因的突变及蛋白质表达水平等信息，对肿瘤的发生及其对治疗的反应情况进行了深入研究，使肿瘤的诊断和治疗更为精准和有效。

二、分子免疫学技术

免疫学是研究免疫系统及其免疫应答的科学，也是医学检验技术的重要组成部分。免疫技术中分子免疫学技术的发展，给医学检验带来了重大的进展。分子免疫学技术主要包括免疫分析技术、分子诊断技术和单克隆抗体技术等。

免疫分析技术是利用抗体或抗原-抗体反应来检测样本中特定成分的存在和量的方法。其被广泛用于体液、细胞、组织标本的检测，如：肿瘤标志物的检测、细胞排异反应的检测等。

分子诊断技术采用基因工程技术，通过对特定基因的PCR扩增、DNA酶切等方法，检测生物样本中的目标基因进行基因诊断。这种方法应用于染色体异常、神经系统疾病、病毒性疾病等的检测。

单克隆抗体技术是一种利用细胞杂交技术、酶标技术制备的对特定抗原高度敏感、特异性较强的单克隆抗体分子。在肿瘤干预和治疗研究中特别有应用价值。例如，这种技术已经成为胶囊化药物和免疫疗法的重要研究方向之一。

生物技术在医学领域中的应用与发展趋势

一、引言

随着科学技术的不断发展，生物技术在医学领域中得到了广泛应用和快速发展。生物技术的应用改善了现有医学诊断和治疗方法的精确性和有效性，也为治疗一些难以治疗的疾病提供了新的治疗途径。本文将从生物技术在医学领域的应用和发展趋势进行探讨。

二、生物技术在医学领域的应用

（一）基因治疗

基因治疗是利用生物技术手段对人体的遗传性疾病进行治疗的方法。这种治疗方法主要包括基因替换、基因修复和基因靶向等几个方面。基因替换是通过将正常的基因导入到病人体内，去替代那些缺陷的基因，从而达到治愈的目的。基因修复则是通过修复那些发生了基因突变的基因序列，从而恢复基因的正常运作，达到治疗的效果。基因靶向是将基因治疗目标定向到特定的靶细胞，并且仅对这些细胞进行治疗。

（二）生物芯片技术

生物芯片技术是一种全新的生物技术，是基于微电子加工技术生产出的在微小平台上集成了数千或数万个分生物检测单元的微型生物芯片。这种芯片技术的应用极为广泛，几乎可以涵盖医学领域所需的所有检测项目。在临床医学中，生物芯片技术不仅可以用来检测各种临床生物标志物，还可以检测基因突变、病毒感染、蛋白质异常等多种生物分子。

（三）基因测序技术

基因测序技术是一种将个体基因组DNA测序的技术。随着技术的不断发展，测序时间和成本都得到了大幅度降低。基因测序的应用有助于对遗传性疾病和癌症等复杂疾病的研究，同时也有助于个性化用药方案的制定。

（四）细胞制备技术

细胞制备技术是一种利用生物技术生产人工细胞的技术。人工细胞是人体自然细胞的变种，具有不同的生物活性和生物功能，并且在医学领域中有广泛的应用前景。人工细胞可以用于治疗癌症、心血管疾病、神经退行性疾病等多种疾病。

三、生物技术在医学领域的发展趋势

（一）个性化医疗

个性化医疗将基因测序技术、生物芯片技术、生物制备技术以及基因治疗等多种生物技术有机结合起来，通过对个体基因检测和分析，确定个体化用药方案，从而提高临床治疗的精确性和有效性。 （二）智能医疗

综述　基因检测技术　国　匡学临废生绚化学与检验学垃鸳２００２主塑望查蔓　塑　生物芯片在功能基因组学研究中的应用进展　刘翠华－　马文丽　李　凌　郑文岭　（１＿广州军区广州总医院分子肿瘤研究所，广州５ｌ００１０；２．第一军医走学分子生物学研究所，广州５１０５ｌ５）　摘要：目前，结构基因蛆学研究方＊未艾．琦能基因组学研究卫成为生帝科学新的研究热点　作为世纪之吏发展起来的一　项集分子生物学、电子学、信息学为一身的生物高技术　生物芯片技术已目益成熟和完善ｔ且其直甩短域车断拓展，已成为后基因　组时代功能基因组学研究中最重要的技术之一；奉文就生物芯片在突变度多志性检测．基因袁态度调控研究、比较基因姐学　度　蛋白质组学等各功能基因姐学研究方面的进展作一舟绍。　关建词：功能基因组学；比较基因组学；蛋白质蛆学；生精芯片：ＤＮＡ芯片：蛋白阵列　中闰分类号：Ｑ７８９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６　３７３０（２００２１０１　０００９　０３　生袖芯片技术是掣随＾粪基医组研究发展起来的．它是指　通过赞电子、微加工枝术．在国体基质（如硅芯片、疆片、瓷片　等）表面掏建的微型生曲化学系统一味实现对细胞、蛋白质　榜　酸厦＃它生物组丹进，听　速、敏感、高技地赴理一投来说．应　用芯片连奸妻验主要包括３十步骤：样品　备　生枋化学反应、　植：则和教招舒圻处理　。生物芯片可｛｝南三粪：ＤＮＡ及寡聚　按苷酸的微型阵勋（ｍｉｅｒｏａｒｒａｙ）芯片（也称为ＤＮＡ苟片或基　固芯片）、蛋白阵列聂其它芯片．如样品　备芯片、柱酸扩增芯　片，毛细管电泳芯片及多功能集成的缩搴ｌ｝芯片实验室＜ＬＯＣ）　等，近芷来　生物薄片技术的应厢领域　断拓展．罕已从最　的杂交测序延伸到基因组功能研究的各个方面　萃丈着重对生　特芯片中发展最快的Ｄ　Ａ蕊片和蛋白隆列在动能基因组研　究中的应用进展作一舟绍。　ｌ　ＤＮＡ芯片在突变及多态性研究中的应用　以咎的囊娈聂多志性杜涮手段都不适蛊　规模、摄消耗和　自　化刍！ｉ要求，直用ＤＮＡ芯片方法植溉　可克疆这些ｚ是．　且随着芯片技术的不断发展　其槛　速度，特异性和敏感陛也　习：断提高　尤其是第三代遣传标记堕棱苷酰多惠性（ＳＮＰ）的出　现，使得可　更方便地应用ＤＮＡ芯片连行大规模多惑陛检　测　进而研究基围多志性和疾病的关系．同时也可雌研究琏病　的机制。　许多人类肿瘤以基因组的不稳定性，多种宴壹的积是夏等　位基目币平衡（ａ］ｌｅｌｉｃｉｍｂＭａｎｃｅ）者特征，毒台艘失（Ｉ　ＯＨ１是等　位基圈币平衡的常见形式，通迁对Ｉ　０Ｈ的检删，可鉴定音有　神瘤枇　基匿的基盈组匡域．并描述肿瘤的临床暗疆及发展睛　况　Ｍｅｉ等０　联合应用Ａ圭基医多忠性标记ＳＮＰｓ与高密度　Ｄ　Ａ教阵列．在整千基匿莲固由检　等值基园　平衡的情况，　他　］立用的糟阵列台有丰富的探针组　铲　亍散布在所有人生　染色体的６００个基因值怎　其褴删所得结果用传统的基于凝豌　的方法得到了证实。衰明了将大量ＳＮＰｓ标记与芯片结鲁桂　测Ｉ　０Ｈ及其它染色ｌ体改壹可宾现对等位基固　卓衡类里的　鉴定，从酉促进对　瘤的净断及预后评估。　Ｔａｋａｈａｓｈｉ等　用新近　发的ｐＳ３基目芯片舟析胃肠道肿　擅患者的基因囊变ｔ通过对６位胃膊遭肿瘤患音的舟圻．证实　了其中一个结肝癌患者的原发瘤样本辛，在其　显子８的第　２７３位密码子处发生了杂告性点突变（　Ｔ～ｃＡＴ　，并且．从　同一患者的肝转移灶样本中檀剥到两个书台性点突变，其中一　叶　与原发瘤中相同，男一十发生在外豆子５的第２１７位密码子　上（ＧＴＧ＿．ＧＧＧ）。如果联合应用取色黄光愿位杂交（ＦＩＳＨ），　刘不ｌ倪可检酒ｐ５３基因缺戋和１７号染色体非整倍型，面互可　检迪ｐ５３窘变，从而研究胃肠道日ｆ瘤发生发展的机制＝　Ｔｏｎ［ｓｓｏｎ等　开发了一种基于寡掳苷酸芯片的阵列；．特　延伸（ａｒｒａｙｅｄ　ｐｒｉｍｅｒ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ，ＡＰＥｘ）方法　其碌理是将寡棱　昔雕　袖（其３　端与特定ＳＮＰ或空变位点互补）５　末端固定在　玻片基质土　患者ＤＮＡ经ＰｃＲ扩增、酶消化后与固定在芒片　上的　ｌ物退火，翻而慢发了模板位赣性的ＤＮＡ聚旨酶延伸反　面，巫用蛋种不同黄光标记特双脱氧棱苷酸作者反直底物．通　过引精位点的蘸色信号改变即可检测突变＝他们应用ＢＲＣＡ１　基囤宴变厦ＳＮＰ基圈型鐾定芒片作为模型系统，芯片表面化　学、摸板制备毗及ＡＰＥＸ反立条件均已优化，可用于进行一系　列ＤＮＡ分析，包括ｓＮＰ桂测，基因囊变及ＤＮＡ重新测序等。　Ｋｕｒｇ等　将这种　型芯片用于舟析ｌ０种常见的　地贫突变　其中９位总者的ＤＮＡ样品（各携带一对不同曲宛变）和４十野　生墨ＤＮＡ样本均被正碡坚定．且其平均信噪比是４０．　１，因而　足　高度准确地鉴定杂台赛变，此研究结果证实了ＡＰＥＸ方　弦可有趣地直用亍各种ＤＮＡ的囊变南多惑性分析。另外，　Ｐｕｓｔｉｎｅｎ等　也用娄似的方法即ｌ微阵列上的等位基匿特异性　袖延　反应（Ｍｉｄｅ－ｓｐｅｃｌｆｉｅ口ｒｉｍｅｒ　ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓｊ　走连行高通量曲ＳＮＰｓ基圈型鉴定及突变检测。他　用慨丰　度；　特点样制诈微阵列．　生可测定４０Ａ襄壹位点或ＳＮＰｓ　的８０００　土的基因型，最后的研究结果显示，所有的已知基　因型均被正确鉴定。　２　ＤＮＡ芯片在基因组的表达及调控研究中的应用　基圆在不司蛆鲺细胞、不同发育阶段、不面生理病理特惫　峨及各种治疗蒹件下的表遮水平反映了基囤的功能信息，了解　运兰信皂对亍萼昕燕病峙发生发展机制非常重要。瓤用ＤＮＡ　删序或ＰＣＲ差异显示等方法研究基团差异表达都较为费力且　晁敏．为了能够垒面而不孤立地评价垒部基因组的表遮睛　．需兽一卉高度敏感和高教章的工具系统．Ｄ　Ａ苗片便是适　正这一要求的理慧选择－它可在一攻实验中分析上万个基目的　表达模式，且敏感性水卫达到＜１　Ａ拷贝　细胞，从再可提供基　因功能墁索．有助于鉴定治疗干｛亘的适合靶点，也可用于监剥　药特治疗后基固表达曲改变　近年来，关于芯片往基蛋表达方　面的　完进展非常迅速　２　１利用ＤＮＡ芯片研究疾病状态基因的差异表选模式　ＣｐＧ岛的过虚甲基化是肿瘤中的常见后发事件（ｅｐｉｇｅｎｅｔｉｃ　ｅ　ｖｅｎｔ），最近Ｙａｈ薯”　发展了一种基于徽阵列的方珐，释为差异　性甲基化杂立（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ［ｍｅｔｈｙ［ａｔｉｏｎ　ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ，ＤＭＨ），　＊　国家自然科学基金（３９８８００３２），广东古自然科学基金（９８４０９２），广州市重点科拉攻关项目（９９０４４８０２２）资助　作者茼秆：刘翠华，（１９７６～）女．助教，硕士。