什么是基因芯片

Question

什么是基因芯片

Answer 1

基因芯片,也叫DNA芯片,是在90年代中期发展出来的高科技产物.基因芯片大小如指甲盖一般,其基质一般是经过处理后的玻璃片.每个芯片的基面上都可划分出数万至数百万个小区.在指定的小区内,可固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分子（也叫分子探针）.
由于被固定的分子探针在基质上形成不同的探针阵列,利用分子杂交及平行处理原理,基因芯片可对遗传物质进行分子检测,因此可用于进行基因研究、法医鉴定、疾病检测和药物筛选等.基因芯片技术具有无可比拟的高效、快速和多参量特点,是在传统的生物技术如检测、杂交、分型和DNA测序技术等方面的一次重大创新和飞跃.
基因芯片在生命科学、医药研究、环境保护和农业等领域有极其重要的应用价值.在基因芯片的驱动下,人类正进入一个崭新的生物信息时代.
基因破译
目前,由多国科学家参与的“人类基因组计划”,正力图在21世纪初绘制出完整的人类染色体排列图.众所周知,染色体是DNA的载体,基因是DNA上有遗传效应的片段,构成DNA的基本单位是四种碱基.由于每个人拥有30亿对碱基,破译所有DNA的碱基排列顺序无疑是一项巨型工程.与传统基因序列测定技术相比,基因芯片破译人类基因组和检测基因突变的速度要快数千倍.
基因芯片的检测速度之所以这么快,主要是因为基因芯片上有成千上万个微凝胶,可进行并行检测；同时,由于微凝胶是三维立体的,它相当于提供了一个三维检测平台,能固定住蛋白质和DNA并进行分析.
美国正在对基因芯片进行研究,已开发出能快速解读基因密码的“基因芯片”,使解读人类基因的速度比目前高1000倍.图1所示为一种内嵌基因芯片的基因检测装置.
图1 内嵌基因芯片的基因检测装置
基因诊断
通过使用基因芯片分析人类基因组,可找出致病的遗传基因.癌症、糖尿病等,都是遗传基因缺陷引起的疾病.医学和生物学研究人员将能在数秒钟内鉴定出最终会导致癌症等的突变基因.借助一小滴测试液,医生们能预测药物对病人的功效,可诊断出药物在治疗过程中的不良反应,还能当场鉴别出病人受到了何种细菌、病毒或其他微生物的感染.利用基因芯片分析遗传基因,将使10年后对糖尿病的确诊率达到50％以上.
未来人们在体检时,由搭载基因芯片的诊断机器人对受检者取血,转瞬间体检结果便可以显示在计算机屏幕上.利用基因诊断,医疗将从千篇一律的“大众医疗”的时代,进步到依据个人遗传基因而异的“定制医疗”的时代.
基因环保
基因芯片在环保方面也大有可为.基因芯片可高效地探测到由微生物或有机物引起的污染,还能帮助研究人员找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因.这种对环境友好的基因一旦被发现,研究人员将把它们转入普通的细菌中,然后用这种转基因细菌清理被污染的河流或土壤.
基因计算
DNA分子类似“计算机磁盘”,拥有信息的保存、复制、改写等功能.将螺旋状的DNA的分子拉直,其长度将超过人的身高,但若把它折叠起来,又可以缩小为直径只有几微米的小球.因此,DNA分子被视为超高密度、大容量的分子存储器.
基因芯片经过改进,利用不同生物状态表达不同的数字后还可用于制造生物计算机.基于基因芯片和基因算法,未来的生物信息学领域,将有望出现能与当今的计算机业硬件巨头――英特尔公司、软件巨头――微软公司相匹敌的生物信息企业.
基因芯片（Gene Chip）准确的讲（或者说是狭义的基因芯片）是指DNA芯片（DNA Chip）,其原理是指利用现代探针固相原位合成技术、照相平板印刷技术、高分子合成技术等微电子技术把大量分子生物学技术（包括南北印迹技术、探针杂交技术、PCR等）具体而微的固定在一定狭小的空间内,以实现高速度、高通量、集约化和低成本的分析技术.基因芯片的概念现已泛化到生物芯片（biochip）、微阵列（Microarray）、DNA芯片（DNA chip）,甚至蛋白芯片.
由于基因芯片高速度、高通量、集约化和低成本的特点,基诞生以来就受到科学界的广泛关注,正如晶体管电路向集成电路发展的经历一样,分子生物学技术的集成化正在使生命科学的研究和应用发生一场革命.