生物芯片研究进展

生物芯片研究进展利用基因芯片研究干旱胁迫下玉米基因表达•玉米是全球第一大作物、我国第二大作物，而干旱是影响其产量的重要限制因素。山东大学生命科学院张举仁教授的课题组利用基因芯片技术研究了开花期玉米顶叶干旱胁迫下基因的表达。开花期是玉米需水临界期，对干旱胁迫反应最敏感，此时逢干旱会使产量下降幅度最大。张教授的课题组以开花期玉米为材料，分别对其进行短期和长期的干旱胁迫，采用全基因组芯片研究了顶叶中基因的表达情况。•分析的结果表明，有197个基因在短期胁迫下差异表达（53％上调），而在长期胁迫下，则有1009个基因差异表达（32％上调）。分离得到的差异表达基因中约有一半的基因功能未知，其他基因按功能则可分为：代谢相关；细胞信号转导；转录相关；蛋白质合成；细胞防御；细胞运输；亚细胞定位等几大类。分析实验表明，在短期胁迫下上调表达的基因中，约有1/3的已知功能基因属于信号转导功能的分类范畴，参与细胞内不同的信号转导途径，这表明信号转导相关基因在玉米对干旱的早期反应中起重要作用。而在长期干旱条件下，顶叶中大量的代谢相关基因差异表达。•张教授课题组的这项研究分离得到众多开花期玉米干旱胁迫诱导差异表达的基因，为下一步鉴定其功能、明确其在植物抗旱方面的作用，和开展玉米抗旱基因工程研究提供依据。大连化物所微流控芯片研究工作•中科院大连化物所秦建华研究员、林炳承研究员领导的微流控芯片研究组在国际刊物LabonaChip连续发表3篇论文，显示了该研究组在微流控芯片研究领域取得的重要进展。论文“Cell-basedHighContentScreeningusingMicrofluidicDevice”被选为封面文章。这项工作以药物诱导肿瘤细胞凋亡为模型，构建了一种基于细胞水平的高通量和高内涵药物筛选平台，将细胞培养、药物浓度梯度生成、细胞受激和细胞响应等过程完全集成在一块只有几平方厘米大小的芯片上完成，充分体现了微流控芯片将多种单元技术灵活组合和规模集成的特点，具有重大应用前景。LabonaChip是微流控芯片领域的国际重要刊物，影响因子为5.82。生物芯片在药物分析中的应用•生物芯片在药物分析中的应用主要是指采用毛细管电泳芯片／质谱系统对化合物库、血样和尿样中的药物进行分析鉴定，具有快速、准确、微量等优点。•毛细管电泳芯片／质谱系统是指将毛细管电泳芯片和质谱联用的一套装置。毛细管电泳芯片进行样品的分离，而与芯片联用的质谱则有选择性的对分离成分进行检测。•生物芯片在中药鉴定中的应用主要是对植物细胞进行基因测序。因为任何一个生物个体，不受发育阶段影响，其不同组织器官部位以至细胞都具备相同的遗传信息，不同生物的遗传信息是不相同的。因此，利用生物芯片可以准确无误的确定中药的来源。已有学者开始对地道与非地道药材如贝母、金银花等的DNA序列进行研究，分离特异核苷酸序列作为探针并制备DNA芯片，进行鉴定。在同一时间内能分析大量基因，所以可用于寻找新的有效化学成分、提高药物鉴定能力和效率，还可用于中药复方组成的鉴定。采用基因芯片技术鉴定中药的过程是：①应用分子生物学技术找出待鉴定中药的特点寡核苷酸序列。(以此寡核苷酸序列作为探针装配到芯片上。(检测样品的准备(DNA提取、扩增和荧光标记)②检测样品与芯片上探针进行杂交：荧光检测及结果分析。•用生物芯片技术还能对中药的有效成分进行鉴定•分子生物学认为中药有效成分含量受产地、气候、环境的影响是通过基因表达起作用的，基因表达的变化与中药特定阶段成份特征根本相关。因此收集标准中药材、提取DNA、建立CDNA文库，克隆各基因片段、组成DNA微阵列基因芯片，用芯片与标准药材RNA杂交，其结果可结合计算机技术建立生药标准品数据库。用于快速筛选高品质药材，井建立生药质量标准。同理，此类基因芯片可以遴选出有效成份组成相近的某稀有或濒危物种的替代者，开发新药资源。这是开发中草药使之更为科学化，打开国际市场的优选方法。GenomeBiology：全基因组芯片分析家蚕基因表达特征•国际生物学权威期刊GenomeBiology在线发表了西南大学蚕学与系统生物学研究所夏庆友教授领衔的课题组关于利用家蚕全基因组芯片分析家蚕多种组织基因表达特征的最新研究成果。•家蚕是重要的经济昆虫，既能用于蚕丝的生产、也能作为生物反应器生产外源蛋白；同时，家蚕也是鳞翅目昆虫生化、分子遗传以及基因组研究的模式生物。2003年，夏教授所在的团队与中国科学院北京基因组研究所合作完成了家蚕全基因组的测序工作，构建了世界上第一张家蚕基因组框架图，2004年12月出版的Science期刊上发表了相关成果。家蚕全基因组序列的完成，为家蚕功能基因组研究及其重要经济性状的分子改良奠定了基础。•家蚕功能基因组研究的重要内容之一就是大规模地分析功能基因的表达特征，分离鉴定与家蚕重要经济性状形成相关的靶基因。为此，夏教授领导的研究小组开展了家蚕全基因组芯片的研制，并利用该芯片进行了家蚕不同组织表达谱的分析研究。•研究组基于家蚕全基因组数据，设计制作了世界上第一张覆盖家蚕全基因组的oligo基因芯片，共包含22987条代表家蚕编码基因的特异性探针。家蚕全基因组芯片的成功研制成为中国2006年十大科技新闻之一•利用家蚕全基因组芯片，研究组首先对家蚕5龄第三天不同组织的基因表达特征进行了分析。家蚕是全变态昆虫，包括卵、幼虫、蛹、成虫四个发育阶段。5龄第三天是家蚕发育的重要阶段，物质消化代谢旺盛，丝蛋白大量合成，丝腺快速增大，个体体重迅速增加。本研究主要分析了此阶段雌雄不同个体前中部丝腺、后部丝腺、生殖腺（精巢和卵巢）、中肠、脂肪体、体壁、马氏管、血液、头等组织器官的基因表达谱。研究发现：在所调查的9个组织器官中，共有10393个基因在表达；其中，7700个基因具有组织表达差异，1642个基因具有组织表达特异性。这些基因的鉴定有助于分析不同组织的功能。•该研究由西南大学蚕学与系统生物学研究所暨西南大学农业部蚕学重点实验室、蚕学与基因组学教育部重点实验室、生物芯片北京国家工程研究中心共同完成，全部工作均在国内完成。此项研究得到国家973计划、863计划和国家自然科学基金重点项目资助。英国诊断公司生物芯片早期诊断心肌梗死•由于心肌梗死患者在发病后12小时之内进行治疗才有效，所以时间对于心肌梗死患者来说尤为重要。总部位于英国的一家国际诊断公司——Randox研发了一种生物芯片，有助于早期诊断心肌梗死。•有研究表明，在胸痛发生后12小时内，这种多重标记物生物芯片能够比现有的诊断方法诊断出更多的心肌梗死患者•这一结果来自于都柏林医院的一项研究，该研究历时3年，从1100例患者中采集了3000多份血样，用新型的生物芯片序列技术检测了标记物的情况。这种生物芯片技术将多种检测都集中在生物芯片的表面进行，将样本和试剂的使用达到最小化，并且通过先进的仪器快速将各种检测结果进行综合•肌钙蛋白是目前诊断心肌梗死的金标准，但是其浓度在发病后6小时才升高，所以寻找心肌梗死的早期标记物越来越重要，这样患者得到治疗的机会也越来越大。•心脏多重标记物生物芯片，包括了常规的和一些新的标记物，诊断心肌梗死的准确性在3~6个小时的时间窗内，比肌钙蛋白高20%；在6~12个小时的时间窗，大约高10%。而且这一技术似乎还可以对急性冠状动脉综合征和心肌梗死的风险进行评价。在美大兵脑中植入芯片24小时监测宿主生命迹象•美国国防部投资160万元美金，委托克莱姆森大学开发米粒般大小、能够24小时不间断监测宿主生命迹象并将其传送出来的微芯片，并计划将这些微芯片注入士兵脑袋里。•战场风云一贯变幻莫测，士兵们往往生死难卜。一旦有士兵在战场失踪，恐怕人们最想问的一句话是：你好，你还活着吗？•“生物芯片”一直是该中心的研究重点，其中“活体生物传感器”已经取得了初步的成功。它是一种可以24小时监控宿主生命迹象，并将其传送出来的微芯片。作为第一批使用者，实验室动物已经验证了这片“活体生物传感器”的性能。