生物芯片技术研究进展

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　　生物芯片是指包被在硅片、尼龙膜等固相支持物上的高密度的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其它生物组分的微点阵。芯片与标 记的样品进行杂交，通过检测杂交信号即可实现对生物样品的分析。目前常见的生物芯片主要有基因芯片，，蛋白质芯片、组织芯片等。基因 芯片也可以叫做 reverse northern - dot blots。目前主要有检测基因突变的基因芯片和检测基因表达水平的基因表达谱芯片。基因芯片技术 主要包括芯片微阵列制备、样品制备、杂交、信号的检测和分析等。蛋白质芯片主要是蛋白质如抗原 或抗体在载体上的有序排列，依据蛋白质 分子、蛋白质与核酸相互作用的原理进行杂交、检测和分析。从不同的组织内进行活体解剖后取出圆柱状的组织，然后包埋在受体区组内，这样的石蜡块集成体便构成了组织芯片。

1 生物芯片的应用

1.1 检测基因的表达

　　目前检测基因表达的方法主要有Northern、RT- PCR、mRNA差异显示、cDNA代表性差异分析等。这些方法都只能对少数几个基因的表达 进行分析。但生物体是一个复杂的网络，任何一个刺激都会牵动网络的许多环节。只对少数几个基因的表达进行研究显然是不够的。生物芯片 技术恰好能够从整个基因组 水平上对某一刺激或疾病进行检测。例如，Bittner M等对8150个基因进行检测。发现了皮肤黑素瘤的亚种。Zhang W等发现类胰岛素生长因子结合蛋白2(IGFBP2)在神经胶质瘤和恶性胶质瘤的后期阶段表达量很大，且差异很大。Gu J等对患有ankylosing spondylitis(AS)、类风湿性关节炎(RA)和正常人的外周血单核细胞(PBMC)的基因表达进行分析后发现，患有AS的病人与患有 RA的病人的PBMC 表达模式差异很大，且极不正常。Tanaka F等用芯片分析后发现了在FAO和C2细胞系之间表达有差异的基因，并从扣除文库中用抑制扣除杂交的 方法分离到了一个cDNA克隆，该克隆在C2内的表达强于在FAO内的表达。Nakeff A等用一定浓度的XK469对结肠细胞HCT-116处理24小时后，再与 芯片杂交，结果发现在1152个基因中，有71个基因的表达量变化超过2倍以上。

1.2 研究生物体对逆境的反应

　　Ronchen Wang等用生物芯片对拟南芥在低氮(250μM)和高氮(5～lOmM)条件下基因表达 的差异做了分析后发现，表达差异的基因不仅包 括以前已经报道过的基因如硝酸还原酶、硝态氮转运蛋白等，还发现了许多新的受低氮诱导表达的基因如钙离子反向运输因子、蛋白激酶以及 与代谢有关的酶(如转酮酶、天冬酰胺合成酶、组胺酸脱羧酶等)。Motoaki Seki等发现，拟南芥受旱胁迫和冷胁迫后，在1300个全长cDNA中， 有44个受旱胁迫诱导，19个受冷胁迫的诱导，有12个是控制胁迫诱导转录因子DREB1A/CBF3的靶向诱导基因。 Shinji Kawasaki等发现，水稻受 150mM Nacl胁迫15分钟后，Paokkali的转录受到正调控，大约１小时后，约有10％的基因受到显著的正调控或负调控，在对照株和试验株之间 基因表达的差异可延续数小时，但差异越来越不明显，一周后基本无差异。Oliver Thimm等发现拟南芥幼苗缺铁3天后，参与糖酵解、三羧酸循 环、氧化戊糖磷酸途径的基因以及在根中参与无氧呼吸的酶的基因表达量增加，苗中参与葡糖异生作用、淀粉分解、韧皮部装载的基因也受到 诱导表达。

1.3 研究生物体对光线的反应

　　Ligeng Ma等发现，拟南芥幼苗被远红光、红光和蓝光分别照射后，表达相似的调节基因基本占到整个基因组的三分之一，其中五分之 一的基因受到正调控，五分之二的基因受到负调控，共有26个细胞途径参与了光调节。Yukako Hihara等发现，当改变对单细胞蓝藻细菌Synechocystis sp PCC6803光合器官照射的光强时，共有160多个基因的表达出现了差异，那些参与光呼吸和光化学反应的基因在强光照射15分钟后受到负调控 ，而与二氧化碳固定和受到光抑制保护的基因则受到正调控，那些表达有利于细胞增殖的基因如参与复制、转录、翻译的基因也受到诱导表达 ，不过反应较晚。Robert Schaffer等发现拟南芥在18小时光照／6小时黑暗处理的条件下，在代表了7800个无重复基因的11521个EST片段中， 有11％的基因表达出现了差异，有2％的基因表现出有规律的变化。

　　除了上述的几个方面外，生物芯片在细菌鉴定、环境检测、发现新基因等各个领域也有着广阔的应用前景。