基因芯片技术及其在环境科学领域的应用.docx

基因芯片技术及其在环境科学领域的应用摘 要：基因芯片（Gene Chip)技术是近年来发展起来的高通量、高效率的分子生物学技术。该技术在分子生物学研究、医学临床检验、生物制药和环境医学等领域都显示了强大的生命力，具有微型化、集约化和标准化的特点。本文简要介绍了基因芯片的原理、类型、制备与在环境科学领域的应用及前景。关键词：基因芯片；原理；制备；分类；应用Gene Chip Technology and Applications on Environmental Science AssayAbstract:Gene Chip technology is a recently developed high-throughput, high-efficiency molecular biology techniques. The technology in the field of molecular biology research, clinical laboratory medicine, bio-pharmaceutical and environmental medicine have shown strong vitality, with the features of miniaturization, intensive and standardized . It was briefly reviewed the principle, type, preparation of gene chips and the applications and prospects on environmental science assay.Key Words:gene chip; principle; preparation; application 人类基因组计划(HGP)是人类为了认识自己而进行的一项最伟大和最具影响的研究计划。至1997年末HGP计划已提前完成遗传图和物理图的制作。人类基因组序列分析已完成2%。预计2003年前将完成全序列分析。此外,还测定了80万个cDNA断片(ESTs)，相当于425万个基因,占7210万个人类总基因的50%左右[1]。目前的问题是面对大量的基因或基因片断序列如何研究其功能,只有知道其功能才能真正体现HGP计划的价值—破译人类基因这部天书。后基因组计划、蛋白组计划、疾病基因组计划等概念就是为实现这一目标而提出的。不同个体基因变异、不同组织、不同时间、不同生命状态等基因表达差异的分析是连接基因组计划和蛋白组计划最关键的一个环节,它不仅能利用基因组计划的研究成果在疾病诊断、药物筛选等领域发挥重要的作用,而且还可为蛋白组计划的实施提供大量非常重要的线索。这一环节既是基因组计划的补充又是蛋白组计划的航标。基因芯片技术就是为实现这一环节而建立的。 所谓基因芯片(genechip)，就是生物芯片(biochip)的一种，又称DNA芯片、DNA微阵列(DNA microarray)、寡核苷酸阵列(oligonucleotide array)，是20世纪90年代初随着人类基因组计划的发展而兴起的技术。基因芯片是按预先设计的阵列方式，把大量核酸片段固定在载体基片上，组成密集的按序排列的探针集群，通过与标记样品核酸杂交，检测其杂交信号，从而达到判断靶核酸的有无或数量的目的[2]。基因芯片技术是当今生命科学领域集微电子学、生物学、化学、计算机科学于一体的高度交叉的一项尖端应用型新技术，现已成为国际上的前沿和热点[3]。1 基因芯片的原理 基因芯片技术的发展最初得益于Southern提出的核酸杂交理论，即标记的核酸分子能与被固化的、与之互补配对的核酸分子杂交。1989年，Southern提出了利用在玻片表面固定的寡核苷酸探针杂交进行基因序列测定的实验设计，随后，多个研究小组开展了类似的研究工作[4]。随着信息、材料、机械、微电子等学科的广泛渗透和深入应用，基因工业已初显端倪，基因芯片就是在这种背景下发展起来的一项高新生物技术和一个高新技术产业。基因芯片是分子生物技术、机械制造技术、计算机技术等学科的交叉、结合，它通过像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的微缩技术[4]，将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程，如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于1cm2大小的基片(硅片、玻璃和尼龙膜等)，在上面固定核酸、蛋白及多肽序列等大量探针分子，形成高密度点阵，与样品中的靶分子作用后，通过分子杂交技术在相同条件下进行反应，反应结果用同位素法、化学荧光法、化学发光法或酶标法显示，然后用精密的扫描仪或激光共轭聚焦(CCD)摄像技术记录，由计算机进行分析、综合，并使这些分析过程连续化和微型化。 基因芯片技术