基因芯片技术进展及应用

检测的芯片的杂交温度高，杂交时间短，条件相对严格。如果是用同位素标记靶基因，其后的信号检测即是放射自显影，若用荧光标记，则需要一套荧光扫描及分析系统，对相应探针阵列上的荧光强度进行分析比较，从而得到待测样品的相应信息。由于基因芯片获取的信息量大，对于基因芯片杂交数据的分析、处理、查询、比较等需要一个标准的数据格式，目前，一个大型的基因芯片的数据库正在构建中，将各实验室获得的基因芯片的结果集中起来，以利于数据的交流及结果的评估与分析。

2　基因芯片的应用

　　基因表达图谱的绘制是目前基因芯片应用最广泛的领域，也是人类基因组工程的重要组成部分，它提供了从整体上分析细胞表达状况的信息，而且为了解与某些特殊生命现象相关的基因表达提供了有力的工具，对于基因调控以及基因相互作用机理的探讨有重要作用。人类基因组编码大约100000个不同的基因，因此，具有监测大量mRNA的实验工具很重要。基因芯片技术可清楚地直接快速地检测出以1∶300000水平出现的mRNA，且易于同时监测成千上万的基因。目前，已能够在1.6cm2面积上合成和阅读含400000个探针的阵列，可监测10000个基因的表达状况。斯坦福大学的Brown用制备的酵母cDNA芯片，获得酵母在不同细胞周期状态以及在热休克冷休克处理后其2473个基因的表达图谱，较直观地反应了不同条件和状态下基因转录调控水平，从而为寻找基因调控的机理提供了一条有效的途径。

定量监测大量基因表达水平在阐述基因功能、探索疾病原因及机理、发现可能的诊断及治疗的靶基因等方面具有重要价值的。Derisi等选用来自恶性肿瘤细胞系UACC903中的1161个cDNA克隆制成芯片，通过比较正常和肿瘤细胞的表达差异，发现在恶性肿瘤细胞中P21基因处于失活或关闭状态，但在逆转的细胞系中呈高表达。Golub等应用cDNA 芯片检测基因表达的差异进行癌症的分类，成功地区分出急性髓细胞性白血病（AML）和急性淋巴细胞性白血病（ALL），预期这种方法还能诊断出新的白血病种类。在炎症性疾病类风湿性关节炎(RA)和炎症性肠病(IBD)的基因表达研究中，可检测出炎症疾病诱导的基因如TNF-α、IL或粒细胞集落刺激因子，同时发现一些以前未发现的基因如HME基因和黑色素瘤生长刺激因子。目前，大量涌现的人类ESTs给cDNA微阵列提供了丰富的序列资源，数据库中ESTs代表了人类基因，因此ESTs微阵列可在缺乏其它序列信息的条件下用于基因发现和基因表达检测，从而加快人类基因组功能分析的进程。

　　基因芯片的另一重要应用是基因多态位点及基因突变的检测，现有大量实例说明，基因组多样性的研究对阐明不同人群和个体在疾病的易感性和抵抗性方面表现出的差异具有重要意义，一旦对基因组的编码序列进行系统筛查，就有可能找出与疾病易感性有关的大量基因变异。基因芯片技术可大规模地检测和分析DNA的变异及多态性。Wang等应用高密度基因芯片对2.3Mb人类基因的SNP 进行筛查，确定了3241个SNPs位点，显示出大规模鉴定人类基因型的可能。Lipshutz等人采用含18,495个寡核苷酸探针的微阵列，对HIV-1基因组反转录酶基因(rt)及蛋白酶基因(pro)的高度多态性进行了筛选，这些变异将导致病毒对多种抗病毒药物包括AZT、ddI、ddC等表现出抗性，因此rt与pro的变异与多态性的检测具有重要的临床意义。随着大量疾病相关基因的发现，变异与多态性分析将在疾病的诊断与治疗方面体现出越来越重要的价值。Affymetrix公司已将P53 基因的全长序列和已知突变的序列制成探针集成在芯片上，可对与P53 基因突变相关的癌症进行早期诊断。Hacia等采用含96600个20聚寡核苷酸高密度阵列对遗传性乳腺和卵巢癌BRCA1基因3.45kb的第11个外显子进行杂合变异筛选，结果准确诊断出15个已知变异的患者样品中的14个，而在20个对照样品中未发现1例假阳性，表明DNA芯片技术在某些疾病相关基因可能的杂合变异的检测方面所具有的灵敏度与特异性是令人满意的。

　　芯片技术中杂交测序技术（sequencing by hybridizaTIon,SBH）是一种新的高效快速测序方法，也是基因芯片的另一重要应用，其原理与芯片检测多态位点相类似，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行序列测定，用荧光标记的待测序列与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补配对时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列互补的探针序列，据此可重组出靶核酸的序列。用含65536个8聚寡核苷酸的微阵列，采用SBH技术，可测定200bp长DNA序列采用67108864个13聚寡核苷酸的微阵列，可对数千个碱基长的DNA测序。

3　结束语

基因芯片技术的