基因芯片技术在兽医临床诊断中的应用

基因芯片技术在兽医临床诊断中的应用

岳华1王育伟2

岳华1王育伟2（1河南科技学院高等职业技术学院河南新乡453000；2南京农业大学江苏南京210095）

【摘要】基因芯片技术是伴随着人类基因组计划实施而发展起来的前沿生物技术,又称DNA微阵列。该技术被认为是继基因克隆、基因测序和PCR技术后的又一次革命性的技术突破。本文主要针对基因芯片技术在动物疫病诊断、优缺点及发展前景方向做一综述。

【关键词】基因芯片兽医临床诊断应用

【中图分类号】R319【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2012）27-0161-01

1953年,Watson和Crick发现DNA双螺旋结构,从此开创了分子生物学研究的新时代。随着人类基因组计划(HGP)的顺利完成及分子生物学相关学科的迅猛发展,越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定,基因序列数据库正以前所未有的速度迅速增长。近年来,基因芯片技术在生命科学领域的研究已取得了一些开拓性进展,受到科学界的广泛关注。

一、基因芯片技术

1基因芯片的概念

基因芯片又称DNA芯片,是指将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段有序地、高密度地排列固定于支持物上,待测样品的核酸分子经过标记,与固定在载体上的DNA阵列中的点按碱基配对原则同时进行杂交。

2基因芯片技术的基本原理

基因芯片技术是建立在基因探针和杂交测序技术上的一种高效、快速的核酸序列分析手段,它将大量基因探针有序地、高密度地排列在一块1-2cm2大小的载玻片或胶片上,形成可与目的分子相互作用的固相表面,然后与标记的样品进行杂交,通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。

二、基因芯片在疾病诊断方面的应用

1疾病诊断的应用

基因芯片在疾病的诊断方面具有独特的优势,它可以在1张芯片上同时对多个样品进行检测,用极少量的样品,在极短的时间内向临床医生提供大量的疾病诊断信息,并且具有极高的灵敏度和特异性,为疾病早期诊断开辟了一个新的领域。台湾省农业委员会家畜卫生试验所最近宣布完成动物快速基因芯片诊断鉴别技术的开发,可在8h之内区别诊断口蹄疫等4种猪水疱性疾病;韩雪清等在前人的研究基础上实现了对禽流感病毒分型基因芯片的研制。这些研究为基因芯片在疾病诊断方面的研究奠定了基础。

2细菌检测的应用

理论上来讲,基因芯片在细菌鉴定方面有着十分广阔的应用前景。但是,目前的实际应用还非常有限,有必要对其杂交技术和条件进行优化,解决杂交中存在的问题。

3病毒性病原体检测的应用

现有的技术使大量的病毒谱检测受到严重的限制。所以,建立一种基因芯片技术对病毒的流行进行高度检测,有利于在一个特定的生物学环境中全面、正确地分析病毒的流行。但在病原体检测方面,与检测细菌相比,基因芯片技术对病毒的高通量检测难度较大。

4寻找新的致病基因和疾病相关基因

基因芯片技术能够大规模检测基因的表达情况,具有高通量、高灵敏度、自动化、快速、并行性的特点。它能以极少量的样品,自动化地平行分析数以万计的基因在不同时空中的表达模式和变化,能满足多基因参与调控的复杂过程,能以各自不同的研究策略灵活地设计不同的微阵列来大规模、快速地对成千上万的基因进行平行筛选,找出有差异表达的基因,这大大提高了新基因发现的效率和可能,从而为寻找新的药物治疗靶位和新的疾病治疗方案提供依据。

5基因芯片在药物筛选方面的应用

基因芯片技术可以高通量、大规模地进行新药的筛选,可以直接在基因水平上寻找药物靶标,解释药物作用机制,检查药物的毒副作用,解决药物筛选中的瓶颈问题,为药物的进一步开发和设计提供理论依据。

三、基因芯片常用的诊断方式

1.同步检测多种病原体：由于大部分病原微生物的基因组测序已完成,可将许多代表每种微生物的特殊基因制成1张芯片,通过反转录可检测标本中有无病原体基因的表达及表达的情况,以判断检测有无感染病原及感染程度。

2.同步检测多个样品：在对同一病原进行多次检测时,1张基因芯片可同时对多个样品做出检测,这可大大地缩短重复检测所需的时间。如2003年非典流行时期,美国国家免疫与传染病研究所(NIAID),以多种非典冠状病毒基因序列的基因芯片作为微探针,成功的开发诊断SARS的基因芯片,可以在短时间对多个样品快速做出诊断,可更快的发现非典这一新疾病的病原体及其传播情况,便于早期采取治疗和隔离措施。

四、基因芯片诊断的优势

基因芯片在动物疫病的诊断方面具有独特的优势。与传统检测方法相比,它可以在1张芯片同时对多个样品进行多种疾病的检测;无需机体免疫应答反应,能及早诊断,待测样品用量小;能检测病原微生物的耐药性和亚型;极高的灵敏度和可靠性;自动化程度高,利于大规模推广应用。这些特点可使兽医工作者在短时间内掌握大量的疾病诊断信息,这些信息有助于在短时间内找到正确的防治措施。基因芯片通过系统监控,分子杂交确认,是DNA杂交技术和PCR扩增技术相结合的分子诊断方法,为疾病的临床诊断开辟了一条新的道路。动物体的每种组织,每一种细胞在不同分化阶段和不同状态的疾病条件,以及不同致病原因时都有独立的基因表达谱。基因芯片可以作为疾病诊断和预测的标准。应用基因芯片不仅可以提高疾病诊断的效率,而且可以诊断出疾病的具体类型、发病阶段、严重程度和愈后指示。

五、存在的问题和前景展望

第一,增加信号检测的灵敏度。芯片技术虽然是使用微量样本,但因为是使用DNA或RNA,因此要求样本量要大,用于临床必须和PCR结合。但芯片是高通量的,对于多重PCR有一点难度,当然目前也有解决的办法,不过操作很烦琐,成本也较高。第二,样品处理和试验操作的简单化。分子生物学技术比较繁琐,如果不能简单化、自动化,在临床上使用就有相当的困难。第三,作为一项全新的实验室技术,质控体系有待建立和完善。第四,目前基因芯片的价格太高,有关的仪器(对现地只需扫描器)价格较昂贵，但随着产业化进程，价格会飞速下降，计算机芯片就是例证。

可以预测，随着研究的深入和技术的发展，在不久的将来基因芯片作为重要的诊断手段在动物疫病诊断方面将得到广泛应用。

参考文献

[1]马立人,蒋中华.生物芯片[M].北京:化学工业出版社,2001

[2]韩雪清,林祥梅,刘建,等.禽流感病毒分型基因芯片的研制[J].微生物学报,2008,48(9)