四、其他技術
主要是美國NIH、Caliper公司和Orchidbio公司等,Orchidbio公司研制了一種毛細管微流泵芯片,在邊長2英寸的芯片上集成了144個微室,分別由流入孔、反應室、循環管和廢液流出孔組成,這種芯片不但可以用于基因診斷和分析,還可用于合成化學,利用芯片的微指結構,Caliper公司的芯片可以用作細胞分選器,能夠利用血細胞體積和變形性等特點可以很容易地把紅細胞和白細胞分開,NIH研制微型芯片反應器可以很快地完成一系列生化反應。
應用領域
一、科研領域
1998年底美國科學促進會將基因芯片技術列為1998年度自然科學領域十大進展之一,足見其在科學史上的意義。它以其可同時、快速、準確地分析數以千計基因組信息的本領而顯示出了巨大的威力。這些應用主要包括基因表達檢測、突變檢測、基因組多態性分析和基因文庫作圖以及雜交測序等方面。采用基因芯片檢測基因表達的改變能夠節省大量的人力物力和財力,在以前,科學家不得不重復大量的實驗來觀察多個基因的改變情況,如果采用傳統的方法研究細胞中的上千個基因的改變幾乎是不可想象的,因為必須提取首先提取細胞的核酸,而且要足夠多以滿足Northern雜交的需要,然后標記每一種探針,再分別進行雜交檢測。而采用基因芯片則可以使工作量成千上萬倍地減少,利用基因芯片同時檢測了酵母菌中6000個基因的功能,而斯坦福大學Patrick
Brown領導的科研小組則成果地檢測了人成纖維細胞中8600個基因的表達改變。
基因芯片黑可用于基因測序,目前美國人類基因組計劃正在大力發展這一技術爭取能替代目前的自動測序,同現有的手工測序和自動測序相比,基因芯片測序能節省大量的試劑和儀器損耗。在基因表達檢測的研究上人們已比較成功地對多種生物包括擬南芥、酵母及人的基因組表達情況進行了研究。實踐證明基因芯片技術也可用于核酸突變的檢測及基因組多態性的分析,與常規測序結果一致性達到98%等的突變檢測,對人類基因組單核苷酸多態性的鑒定、作圖和分型、人線粒體基因組多態性的研究等。將生物傳感器與芯片技術相結合,通過改變探針陣列區域的電場強度已經證明可以檢測到基因的單堿基突變,通過確定重疊克隆的次序從而對酵母基因組進行作圖。雜交測序是基因芯片技術的另一重要應用。該測序技術理論上不失為一種高效可行的測序方法,但需通過大量重疊序列探針與目的分子的雜交方可推導出目的核酸分子的序列,所以需要制作大量的探針。基因芯片技術可以比較容易地合成并固定大量核酸分子,所以它的問世無疑為雜交測序提供了實踐的可能性。
二、生物制藥領域
各大藥廠和生物技術公司將會使用基因芯片發現篩選新藥等。采用基因芯片技術,可以大大加快人類基因組計劃的工作進度,例如用于基因測序、基因表達檢測和新的遺傳標志如SNP定位等,這對尋找新的功能基因、尋找新的藥物作用靶點和開發新的基因藥物具有重要意義。采用基因芯片可以進行超乎以前想象的工作量來檢測不同物種、不同組織、不同病種、不同處理條件下的基因表達改變,從而知道開發具有不同用途的的診斷試劑盒。新藥在實驗階段必須通過人體安全性實驗,就必須觀察藥物對人基因表達的影響,由于并不知道藥物對那一種基因起作用,就必須對已知所有或一定范圍內的基因表達都進行檢測,采用基因芯片可以迅速而準確地完成這一任務,美國Tularick公司曾開發出一種用于新藥,能夠顯著地降低低密度脂蛋白-一種能引起血管硬化的物質,隨后Tularick公司的科研人員采用Syntini公司的基因芯片研究了這種新藥對人體細胞基因表達的影響,發現它能顯著地改變細胞的基因表達圖譜,十分類似有又一種毒性反應,Tularick公司只好終止了這種藥物的研發,由此公司節省了大量的投資。
三、醫學診斷
1、在優生方面,目前知道有600多種遺傳疾病與基因有關。婦女在妊娠早期用DNA芯片做基因診斷,可以避免許多遺傳疾病的發生。
2、在疾病診斷方面,由于大部分疾病與基因有關,而且往往與多基因有關,因而,利用DNA芯片可以尋找基因與疾病的相關性,從而研制出相應的藥物和提出新的治療方法。DNA芯片的高密度信息量和并行處理器的優點不僅使多基因分析成為可能,而且保證了診斷的高效、廉價、快速和簡便。
3、應用于器官移植、組織移植、細胞移植方面的基因配型,如HLA分型。
4、病原體診斷,如細菌和病毒鑒定、耐藥基因的鑒定。
5、在環境對人體的影響方面,已知花粉過敏等人體對環境的反應都與基因有關。若對與環境污染相關的200多個基因進行全面監測,將對生態環境控制及人類健康有重要意義。
6、在法醫學方面,DNA芯片比早先的DNA指紋鑒定更進一步,它不僅可做基因鑒定,而且可以通過DNA中包含的生命信息描繪生命體的臉型長相外貌特征。這種檢驗常用于災難事故后鑒定尸體身份以及鑒定父母和子女之間的血緣關系。
由此可見,利用DNA芯片可以快速高效地獲取空前規模的生命信息,這一特征將使DNA芯片技術成為今后科學探索和醫學診斷等諸多方面的革命性的新方法、新工具。
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