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編輯：郭敏
1.基因芯片的技術(shù)原理
基因芯片(gene chip)是生物芯片的一種，又稱DNA芯片、DNA微陣列、寡核苷酸陣列�；蛐酒�的原型是80年代中期提出的，是把成千上萬(wàn)個(gè)不同序列的核酸探針?lè)肿右渣c(diǎn)陣的形式固定在芯片表面，然后和經(jīng)過(guò)熒光標(biāo)記的樣品（DNA、RNA或cDNA）進(jìn)行雜交反應(yīng)。在雜交后的清洗步驟中，沒(méi)有和探針結(jié)合上的核酸分子將被去除，而結(jié)合到探針上的目標(biāo)核酸分子，其熒光標(biāo)記在特定波長(zhǎng)下會(huì)發(fā)出熒光信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度表征了樣品中被檢測(cè)到的目標(biāo)核酸分子或基因的總量或濃度。借助熒光共聚焦顯微鏡掃描得到一張各探針點(diǎn)亮度不相同的雜交圖譜，利用計(jì)算機(jī)對(duì)雜交信號(hào)作分析處理，便可獲得樣品中基因的分析結(jié)果，從而指導(dǎo)與基因有關(guān)的一系列研究。
基因芯片的測(cè)序原理是雜交測(cè)序方法，即通過(guò)與一組已知序列的核酸探針雜交進(jìn)行核酸序列測(cè)定的方法（如圖1）。在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當(dāng)溶液中帶有熒光標(biāo)記的核酸序列TATGCAATCTAG，與基因芯片上對(duì)應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補(bǔ)匹配時(shí)，通過(guò)確定熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的探針位置，獲得一組序列完全互補(bǔ)的探針序列。據(jù)此可重組出靶核酸的序列。
2.基因芯片的特點(diǎn)及類型
2.1基因芯片的特點(diǎn)
基因芯片作為一種新型技術(shù)，在疾病的臨床診斷中發(fā)揮了重要的作用。特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是高通量檢測(cè)，即可一次性同時(shí)檢測(cè)出多種疾�。欢庆`敏度高,即在病原體含量較低的感染初期就可被檢出；三是特異性強(qiáng)且準(zhǔn)確度高，即從基因?qū)用骅b別發(fā)病原因；四是自動(dòng)化程度高，檢測(cè)效率高。
圖1 基因芯片的測(cè)序原理圖
2.2基因芯片的主要類型
2.2.1根據(jù)載體機(jī)制不同
分為無(wú)機(jī)片基和有機(jī)片基基因芯片，前者主要有半導(dǎo)體硅片和玻璃片等，其上的探針主要以原位聚合的方法合成；后者主要有特定孔徑的硝酸纖維膜和尼龍膜，其上的探針主要是預(yù)先合成后通過(guò)特殊的微量點(diǎn)樣裝置或儀器滴加到片基上。
2.2.2 根據(jù)探針合成順序不同
分為原位合成基因芯片和預(yù)先合成后點(diǎn)樣的基因芯片，前者通過(guò)聚乙二醇或硅烷類化學(xué)試劑在不同位點(diǎn)合成不同的探針；后者比較簡(jiǎn)單，先制備好cDNA或寡核苷酸然后在經(jīng)特殊處理的玻片、硅片或膜上點(diǎn)樣。
2.2.3 根據(jù)芯片功能不同
分為基因表達(dá)芯片和DNA測(cè)序芯片兩類。前者可以將克隆到的成千上萬(wàn)個(gè)基因特異的探針或其cDNA片段固定在一塊DNA芯片上，對(duì)來(lái)源于不同的個(gè)體(正常人與患者)、組織、細(xì)胞周期、發(fā)育階段、分化階段、病變、刺激(包括不同誘導(dǎo)、不同治療手段)下的細(xì)胞內(nèi)mRNA或反轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的cDNA進(jìn)行檢測(cè)，從而對(duì)這些基因表達(dá)的個(gè)體特異性、組織特異性、發(fā)育階段特異性、分化階段特異性、病變特異性、刺激特異性進(jìn)行綜合的分析和判斷，將某個(gè)或幾個(gè)基因與疾病聯(lián)系起來(lái)，極大地確定這些基因的功能，可進(jìn)一步研究基因與基因間相互作用的關(guān)系；后者則是對(duì)大量基因進(jìn)行序列分析。
3.基因芯片在疾病診斷方面的應(yīng)用
3.1 感染性疾病的診斷
伴隨病原微生物基因組計(jì)劃的逐步完成，利用基因芯片技術(shù)診斷病原微生物感染成為其最主要的應(yīng)用之一�；蛐酒夹g(shù)不僅避免了繁瑣而費(fèi)時(shí)的病原微生物培養(yǎng)，而且不需要等到抗體的出現(xiàn)，能夠快速對(duì)病原微生物進(jìn)行檢測(cè)，從而為病原微生物診斷，預(yù)防提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。
2003 年 SARS 席卷全球，在確定其病原體為冠狀病毒變異體后，Affymetrix 公司迅速研發(fā)出診斷該病毒的基因芯片，并大量投入使用。隨著基因芯片技術(shù)的日漸成熟，各類疾病的診斷芯片相繼被推出，這將大大降低疾病的誤診率，提高早期診斷率。基因芯片在感染性疾病診斷上的價(jià)值在于,可以對(duì)多種乃至全部病原體以及這些病原體的耐藥性、變異型等情況，通過(guò)一張芯片同時(shí)診斷出來(lái)。
3.2腫瘤的診斷
腫瘤是由于人體中被抑制表達(dá)的原癌基因受到理化因素的誘發(fā)而產(chǎn)生�，F(xiàn)階段可通過(guò)基因芯片技術(shù)對(duì)各種導(dǎo)致腫瘤產(chǎn)生的基因進(jìn)行檢測(cè)，從而能篩查健康人群中的潛在腫瘤發(fā)病基因，以達(dá)到早期診斷預(yù)防的目的。
Ito 等提取食管活組織的 DNA，使其與一種不依賴 RNA 擴(kuò)增的超靈敏的 DNA 芯片進(jìn)行雜交，將該雜交圖譜分別與來(lái)自正常食管組織 DNA 的雜交圖譜和患者食管組織DNA 的雜交圖譜進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)是否發(fā)出病變的 DNA 信號(hào)，診斷待檢者是否患有食管癌。
3.3 遺傳性疾病的診斷
人體的遺傳性狀是由基因決定的。當(dāng)基因有缺陷而影響其行使正常功能時(shí)，就會(huì)引起遺傳病。基因芯片是遺傳病的分子診斷的最佳手段，對(duì)疾病的早期診斷甚至產(chǎn)前診斷具有重要意義。通過(guò)制作基因芯片，對(duì)遺傳病家譜進(jìn)行研究，將某一遺傳病和基因的一種或多種多態(tài)性聯(lián)系在一起，從而對(duì)遺傳性疾病進(jìn)行診斷。
基因芯片用于產(chǎn)前遺傳性疾病診斷，可同時(shí)檢測(cè)數(shù)百種疾病，抽取少量羊水檢測(cè)即可判別胎兒是否患有遺傳性疾病，從而確保優(yōu)生優(yōu)育。
3.4免疫性疾病的診斷
免疫性疾病是自身免疫系統(tǒng)紊亂所導(dǎo)致的一種疾病，其對(duì)機(jī)體的危害十分巨大，且由于其屬于自身免疫亢奮導(dǎo)致的疾病，非常難以治療�，F(xiàn)階段人們正嘗試使用基因芯片技術(shù)定位導(dǎo)致免疫性疾病的相關(guān)基因，以便對(duì)免疫性疾病進(jìn)行深層次的研究。
自身免疫性疾病發(fā)病過(guò)程中涉及的細(xì)胞因子、趨化因子、細(xì)胞表面分子、信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄分子、受體及粘附分子，基因芯片可以同時(shí)檢測(cè)與疾病相關(guān)的所有基因表達(dá)，研究表達(dá)異常的基因的功能，揭示上調(diào)和下調(diào)的基因，在自身免疫性疾病的病因研究和疾病治療中發(fā)揮巨大作用。
3.5 心血管疾病的診斷
目前心血管疾病已成為人類健康的第一大殺手，基因芯片技術(shù)在心血管疾病中的研究可以同時(shí)快速地分析大量的基因信息，方便心血管疾病的檢測(cè)，在探索心血管疾病的確切分子機(jī)制、發(fā)現(xiàn)與心血管疾病相關(guān)的新生物標(biāo)志物以及在心血管疾病診斷和治療等方面都具有重要的價(jià)值。
例如選擇原發(fā)性高血壓病人及對(duì)照者，采用基因芯片技術(shù)檢測(cè)ACEI/D、NPRC-55、eNOS298基因多態(tài)性，并比較其基因型及等位基因頻率，發(fā)現(xiàn)ACEI/D基因可能是原發(fā)性高血壓的易感基因，NPRC-55和eNOS298基因與原發(fā)性高血壓不具有相關(guān)性。
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