生命科學(xué)概論結(jié)課論文

1、基因芯片技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用 基因芯片技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用作者：?jiǎn)挝唬赫?二十世紀(jì)是物理科學(xué)的世紀(jì)，而二十一世紀(jì)則是生命科學(xué)的世紀(jì)。生命科學(xué)，尤其是生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，不僅與人類健康，農(nóng)業(yè)發(fā)展以及生存環(huán)境密切相關(guān)，而且還將對(duì)其它學(xué)科的發(fā)展起到促進(jìn)作用，所謂"今天的科學(xué)，明天的技術(shù)，后天的生產(chǎn)"。而生命科學(xué)的基礎(chǔ)性研究是現(xiàn)代生物技術(shù)的源泉、科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。隨著人類基因組計(jì)劃( Human Genome Project)即全部核苷酸測(cè)序的即將完成，人類基因組研究的重心逐漸進(jìn)入后基因組時(shí)代（ Postgenome Era）向基因的功

2、能及基因的多樣性傾斜。通過(guò)對(duì)個(gè)體在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段或不同生理狀態(tài)下大量基因表達(dá)的平行分析，研究相應(yīng)基因在生物體內(nèi)的功能，闡明不同層次多基因協(xié)同作用的機(jī)理，進(jìn)而在人類重大疾病如癌癥、心血管疾病的發(fā)病機(jī)理、診斷治療、藥物開發(fā)等方面的研究發(fā)揮巨大的作用。它將大大推動(dòng)人類結(jié)構(gòu)基因組及功能基因組的各項(xiàng)基因組研究計(jì)劃。關(guān)鍵字： 基因芯片；核酸探針序列；雜交一、基因芯片簡(jiǎn)介基因芯片，也叫DNA芯片，是在90年代中期發(fā)展出來(lái)的高科技產(chǎn)物?；蛐酒笮∪缰讣咨w一般，其基質(zhì)一般是經(jīng)過(guò)處理后的玻璃片。每個(gè)芯片的基面上都可劃分出數(shù)萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)個(gè)小區(qū)。在指定的小區(qū)內(nèi)，可固定大量具有特定功能、長(zhǎng)約20個(gè)堿基序列的核酸分子（

3、也叫分子探針）。 由于被固定的分子探針在基質(zhì)上形成不同的探針陣列，利用分子雜交及平行處理原理，基因芯片可對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行分子檢測(cè)，因此可用于進(jìn)行基因研究、法醫(yī)鑒定、疾病檢測(cè)和藥物篩選等?；蛐酒夹g(shù)具有無(wú)可比擬的高效、快速和多參量特點(diǎn)，是在傳統(tǒng)的生物技術(shù)如檢測(cè)、雜交、分型和DNA測(cè)序技術(shù)等方面的一次重大創(chuàng)新和飛躍。二、基因芯片技術(shù)基因芯片的工作原理與經(jīng)典的核酸分子雜交方法（southern 、northern）是一致的，都是應(yīng)用已知核酸序列作為探針與互補(bǔ)的靶核苷酸序列雜交，通過(guò)隨后的信號(hào)檢測(cè)進(jìn)行定性與定量分析，基因芯片在一微小的基片（硅片、玻片、塑料片等）表面集成了大量的分子識(shí)別探針，

4、能夠在同一時(shí)間內(nèi)平行分析大量的基因，進(jìn)行大信息量的篩選與檢測(cè)分析?；蛐酒饕夹g(shù)流程包括：芯片的設(shè)計(jì)與制備；靶基因的標(biāo)記；芯片雜交與雜交信號(hào)檢測(cè)。基因芯片的設(shè)計(jì)實(shí)際上是指芯片上核酸探針序列的選擇以及排布，設(shè)計(jì)方法取決于其應(yīng)用目的，目前的應(yīng)用范圍主要包括基因表達(dá)和轉(zhuǎn)錄圖譜分析及靶序列中單堿基多態(tài)位點(diǎn)（single nucleotide polymorphism，SNP）或突變點(diǎn)的檢測(cè)，表達(dá)型芯片的目的是在雜交實(shí)驗(yàn)中對(duì)多個(gè)不同狀態(tài)樣品(不同組織或不同發(fā)育階段、不同藥物刺激)中數(shù)千基因的表達(dá)差異進(jìn)行定量檢測(cè)，探針序列一般來(lái)自于已知基因的cDNA 或EST庫(kù)，設(shè)計(jì)時(shí)序列

5、的特異性應(yīng)放在首要位置，以保證與待測(cè)目的基因的特異結(jié)合，對(duì)于同一目的基因可設(shè)計(jì)多個(gè)序列不相重復(fù)的探針，使最終的數(shù)據(jù)更為可靠。基因單堿基多態(tài)檢測(cè)的芯片一般采用等長(zhǎng)移位設(shè)計(jì)法，即按靶序列從頭到尾依次取一定長(zhǎng)度的互補(bǔ)的核苷酸序列形成一探針組合，這組探針是與靶序列完全匹配的野生型探針，然后對(duì)于每一野生型探針，將其中間位置的某一堿基分別用其它三種堿基替換，形成三種不同的單堿基變化的核苷酸探針，這種設(shè)計(jì)可以對(duì)某一段核酸序列所有可能的SNPs位點(diǎn)進(jìn)行掃描。芯片制備方法主要包括兩種類型：(1)點(diǎn)樣法：首先是探針庫(kù)的制備, 根據(jù)基因芯片的分析目標(biāo)從相關(guān)的基因數(shù)據(jù)庫(kù)中選取特異的序列進(jìn)行PCR擴(kuò)增或直接人

6、工合成寡核苷酸序列，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的三坐標(biāo)工作平臺(tái)用特殊的針頭和微噴頭分別把不同的探針溶液逐點(diǎn)分配在玻璃、尼龍以及其它固相基片表面的不同位點(diǎn)上，通過(guò)物理和化學(xué)的方法使之固定，該方法各技術(shù)環(huán)節(jié)均較成熟，且靈活性大，適合于研究單位根據(jù)需要自行制備點(diǎn)陣規(guī)模適中的基因芯片。(2)原位合成法：該法是在玻璃等硬質(zhì)表面上直接合成寡核苷酸探針陣列，目前應(yīng)用的主要有光去保護(hù)并行合成法，壓電打印合成法等，其關(guān)鍵是高空間分辨率的模板定位技術(shù)和高合成產(chǎn)率的DNA化學(xué)合成技術(shù)，適合制作大規(guī)模DNA探針芯片，實(shí)現(xiàn)高密度芯片的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)。 生物芯片技術(shù)是于90年代初期隨著人類基因組計(jì)劃的順利進(jìn)行而誕生，它是通過(guò)

7、像集成電路制作過(guò)程中半導(dǎo)體光刻加工那樣的微縮技術(shù)，將現(xiàn)在生命科學(xué)研究中許多不連續(xù)的、離散的分析過(guò)程，如樣品制備、化學(xué)反應(yīng)和定性、定量檢測(cè)等手段集成于指甲蓋大小的硅芯片或玻璃芯片上，使這些分析過(guò)程連續(xù)化和微型化。也就是說(shuō)將現(xiàn)在需要幾間實(shí)驗(yàn)室、檢驗(yàn)室完成的技術(shù)，制作成具有不同用途的便攜式生化分析儀，使生物學(xué)分析過(guò)程全自動(dòng)化，分析速度成千上萬(wàn)倍地提高，所需樣品及化學(xué)試劑成千上萬(wàn)倍地減少?？梢灶A(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，用它制作的微縮分析儀將廣泛地應(yīng)用于分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究、臨床診斷治療、新藥開發(fā)、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督、生物武器戰(zhàn)爭(zhēng)等領(lǐng)域。 生物芯片技術(shù)是目前應(yīng)用前景最好的DNA分析技術(shù)之一，分析對(duì)象可

8、以是核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織等。目前全世界用生物芯片進(jìn)行疾病診斷還處于研究階段，國(guó)外已將其用于觀察癌基因及肌萎縮等一些遺傳病基因的表達(dá)和突變情況。 生物芯片技術(shù)還可以用于治療，例如已開發(fā)出在4平方毫米的芯片上布滿400根有藥物的針，定時(shí)定量為病人進(jìn)行藥物注射。另外，科學(xué)家還在考慮制作定時(shí)釋放胰島素治療糖尿病的生物芯片微泵及可以置入心臟的芯片起搏器等。生物芯片技術(shù)與組合化學(xué)相結(jié)合將開辟另一個(gè)極有價(jià)值的應(yīng)用方向，即為新藥研制提供超高通量篩選平臺(tái)技術(shù)，這必將使新藥研究開發(fā)和傳統(tǒng)中藥的成分評(píng)估獲得重大突破。三、基因芯片的應(yīng)用技術(shù)舉例基因表達(dá)圖譜的繪制是目前基因芯片應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是人類基因組工程的

9、重要組成部分，它提供了從整體上分析細(xì)胞表達(dá)狀況的信息，而且為了解與某些特殊生命現(xiàn)象相關(guān)的基因表達(dá)提供了有力的工具，對(duì)于基因調(diào)控以及基因相互作用機(jī)理的探討有重要作用。人類基因組編碼大約100000個(gè)不同的基因，因此，具有監(jiān)測(cè)大量mRNA的實(shí)驗(yàn)工具很重要?；蛐酒夹g(shù)可清楚地直接快速地檢測(cè)出以1300000水平出現(xiàn)的mRNA，且易于同時(shí)監(jiān)測(cè)成千上萬(wàn)的基因。目前，已能夠在1.6cm2面積上合成和閱讀含400000個(gè)探針的陣列，可監(jiān)測(cè)10000個(gè)基因的表達(dá)狀況。斯坦福大學(xué)的Brown用制備的酵母cDNA芯片，獲得酵母在不同細(xì)胞周期狀態(tài)以及在熱休克冷休克處理后其2473個(gè)基因的表達(dá)圖譜，較直觀地反應(yīng)了不

10、同條件和狀態(tài)下基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控水平，從而為尋找基因調(diào)控的機(jī)理提供了一條有效的途徑。定量監(jiān)測(cè)大量基因表達(dá)水平在闡述基因功能、探索疾病原因及機(jī)理、發(fā)現(xiàn)可能的診斷及治療的靶基因等方面具有重要價(jià)值的。Derisi等選用來(lái)自惡性腫瘤細(xì)胞系UACC903中的1161個(gè)cDNA克隆制成芯片，通過(guò)比較正常和腫瘤細(xì)胞的表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)在惡性腫瘤細(xì)胞中P21基因處于失活或關(guān)閉狀態(tài)，但在逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞系中呈高表達(dá)。Golub等應(yīng)用cDNA 芯片檢測(cè)基因表達(dá)的差異進(jìn)行癌癥的分類，成功地區(qū)分出急性髓細(xì)胞性白血?。ˋML）和急性淋巴細(xì)胞性白血?。ˋLL），預(yù)期這種方法還能診斷出新的白血病種類。在炎癥性疾病類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(

11、RA)和炎癥性腸病(IBD)的基因表達(dá)研究中，可檢測(cè)出炎癥疾病誘導(dǎo)的基因如TNF-、IL或粒細(xì)胞集落刺激因子，同時(shí)發(fā)現(xiàn)一些以前未發(fā)現(xiàn)的基因如HME基因和黑色素瘤生長(zhǎng)刺激因子。目前，大量涌現(xiàn)的人類ESTs給cDNA微陣列提供了豐富的序列資源，數(shù)據(jù)庫(kù)中ESTs代表了人類基因，因此ESTs微陣列可在缺乏其它序列信息的條件下用于基因發(fā)現(xiàn)和基因表達(dá)檢測(cè)，從而加快人類基因組功能分析的進(jìn)程?；蛐酒牧硪恢匾獞?yīng)用是基因多態(tài)位點(diǎn)及基因突變的檢測(cè)，現(xiàn)有大量實(shí)例說(shuō)明，基因組多樣性的研究對(duì)闡明不同人群和個(gè)體在疾病的易感性和抵抗性方面表現(xiàn)出的差異具有重要意義，一旦對(duì)基因組的編碼序列進(jìn)行系統(tǒng)篩查，就有可能找出與疾病易感

12、性有關(guān)的大量基因變異。基因芯片技術(shù)可大規(guī)模地檢測(cè)和分析DNA的變異及多態(tài)性。Wang等應(yīng)用高密度基因芯片對(duì)2.3Mb人類基因的SNP 進(jìn)行篩查，確定了3241個(gè)SNPs位點(diǎn)，顯示出大規(guī)模鑒定人類基因型的可能。Lipshutz等人采用含18,495個(gè)寡核苷酸探針的微陣列，對(duì)HIV-1基因組反轉(zhuǎn)錄酶基因(rt)及蛋白酶基因(pro)的高度多態(tài)性進(jìn)行了篩選，這些變異將導(dǎo)致病毒對(duì)多種抗病毒藥物包括AZT、ddI、ddC等表現(xiàn)出抗性，因此rt與pro的變異與多態(tài)性的檢測(cè)具有重要的臨床意義。隨著大量疾病相關(guān)基因的發(fā)現(xiàn)，變異與多態(tài)性分析將在疾病的診斷與治療方面體現(xiàn)出越來(lái)越重要的價(jià)值。Affymet

13、rix公司已將P53 基因的全長(zhǎng)序列和已知突變的序列制成探針集成在芯片上，可對(duì)與P53 基因突變相關(guān)的癌癥進(jìn)行早期診斷。Hacia等采用含96600個(gè)20聚寡核苷酸高密度陣列對(duì)遺傳性乳腺和卵巢癌BRCA1基因3.45kb的第11個(gè)外顯子進(jìn)行雜合變異篩選，結(jié)果準(zhǔn)確診斷出15個(gè)已知變異的患者樣品中的14個(gè)，而在20個(gè)對(duì)照樣品中未發(fā)現(xiàn)1例假陽(yáng)性，表明DNA芯片技術(shù)在某些疾病相關(guān)基因可能的雜合變異的檢測(cè)方面所具有的靈敏度與特異性是令人滿意的。芯片技術(shù)中雜交測(cè)序技（sequencing by hybridization,SBH）是一種新的高效快速測(cè)序方法，也是基因

14、芯片的另一重要應(yīng)用，其原理與芯片檢測(cè)多態(tài)位點(diǎn)相類似，即通過(guò)與一組已知序列的核酸探針雜交進(jìn)行序列測(cè)定，用熒光標(biāo)記的待測(cè)序列與基因芯片上對(duì)應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補(bǔ)配對(duì)時(shí)，通過(guò)確定熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的探針位置，獲得一組序列互補(bǔ)的探針序列，據(jù)此可重組出靶核酸的序列。用含65536個(gè)8聚寡核苷酸的微陣列，采用SBH技術(shù)，可測(cè)定200bp長(zhǎng)DNA序列，采用67108864個(gè)13聚寡核苷酸的微陣列，可對(duì)數(shù)千個(gè)堿基長(zhǎng)的DNA測(cè)序。1、基因破譯 目前，由多國(guó)科學(xué)家參與的“人類基因組計(jì)劃”，正力圖在21世紀(jì)初繪制出完整的人類染色體排列圖。眾所周知，染色體是DNA的載體，基因是DNA上有遺傳效應(yīng)的片段，構(gòu)成DNA的基本單

15、位是四種堿基。由于每個(gè)人擁有30億對(duì)堿基，破譯所有DNA的堿基排列順序無(wú)疑是一項(xiàng)巨型工程。與傳統(tǒng)基因序列測(cè)定技術(shù)相比，基因芯片破譯人類基因組和檢測(cè)基因突變的速度要快數(shù)千倍。 基因芯片的檢測(cè)速度之所以這么快，主要是因?yàn)榛蛐酒嫌谐汕先f(wàn)個(gè)微凝膠，可進(jìn)行并行檢測(cè)；同時(shí)，由于微凝膠是三維立體的，它相當(dāng)于提供了一個(gè)三維檢測(cè)平臺(tái)，能固定住蛋白質(zhì)和DNA并進(jìn)行分析。 美國(guó)正在對(duì)基因芯片進(jìn)行研究，已開發(fā)出能快速解讀基因密碼的“基因芯片”，使解讀人類基因的速度比目前高1000倍。圖1所示為一種內(nèi)嵌基因芯片的基因檢測(cè)裝置。2、基因診斷 通過(guò)使用基因芯片分析人類基因組，可找出致病的遺傳基因。癌癥、糖尿病等，都是

16、遺傳基因缺陷引起的疾病。醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究人員將能在數(shù)秒鐘內(nèi)鑒定出最終會(huì)導(dǎo)致癌癥等的突變基因。借助一小滴測(cè)試液，醫(yī)生們能預(yù)測(cè)藥物對(duì)病人的功效，可診斷出藥物在治療過(guò)程中的不良反應(yīng)，還能當(dāng)場(chǎng)鑒別出病人受到了何種細(xì)菌、病毒或其他微生物的感染。利用基因芯片分析遺傳基因，將使10年后對(duì)糖尿病的確診率達(dá)到50以上。 未來(lái)人們?cè)隗w檢時(shí)，由搭載基因芯片的診斷機(jī)器人對(duì)受檢者取血，轉(zhuǎn)瞬間體檢結(jié)果便可以顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。利用基因診斷，醫(yī)療將從千篇一律的“大眾醫(yī)療”的時(shí)代，進(jìn)步到依據(jù)個(gè)人遺傳基因而異的“定制醫(yī)療”的時(shí)代。3、基因環(huán)保 基因芯片在環(huán)保方面也大有可為。基因芯片可高效地探測(cè)到由微生物或有機(jī)物引起的污染，還能

17、幫助研究人員找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。這種對(duì)環(huán)境友好的基因一旦被發(fā)現(xiàn)，研究人員將把它們轉(zhuǎn)入普通的細(xì)菌中，然后用這種轉(zhuǎn)基因細(xì)菌清理被污染的河流或土壤。4、基因計(jì)算 DNA分子類似“計(jì)算機(jī)磁盤”，擁有信息的保存、復(fù)制、改寫等功能。將螺旋狀的DNA的分子拉直，其長(zhǎng)度將超過(guò)人的身高，但若把它折疊起來(lái)，又可以縮小為直徑只有幾微米的小球。因此，DNA分子被視為超高密度、大容量的分子存儲(chǔ)器。 基因芯片經(jīng)過(guò)改進(jìn)，利用不同生物狀態(tài)表達(dá)不同的數(shù)字后還可用于制造生物計(jì)算機(jī)?；诨蛐酒突蛩惴ǎ磥?lái)的生物信息學(xué)領(lǐng)域，將有望出現(xiàn)能與當(dāng)今的計(jì)算機(jī)業(yè)硬件巨頭英特爾公司、軟件巨頭微軟公司相匹敵的生物

18、信息企業(yè)。四、基因芯片的實(shí)際應(yīng)用 基因芯片在生命科學(xué)、醫(yī)藥研究、環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。在基因芯片的驅(qū)動(dòng)下，人類正進(jìn)入一個(gè)嶄新的生物信息時(shí)代。1、在美國(guó)科學(xué)家第一次將一個(gè)他們稱之為生物芯片的計(jì)算機(jī)芯片植入人體的細(xì)胞上，從而使人體細(xì)胞與計(jì)算機(jī)連接。這是美國(guó)科學(xué)家波利斯·魯賓斯基（Boris Lubinsky）和他的同事黃永（譯音）在3月份的美國(guó)生物醫(yī)學(xué)微設(shè)備雜志中著文披露的。 2、人體細(xì)胞外面包有一個(gè)細(xì)胞膜，該細(xì)胞膜具有使特定物質(zhì)單向通過(guò)的功能。多年來(lái)，科學(xué)家們一直尋求找到用電沖擊的方法，使所希望的物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞膜，但直 到目前為止，所用的方法有時(shí)成功，有時(shí)失敗。而使用

19、魯賓斯基和黃永研究出來(lái)的 新方法，細(xì)胞膜由計(jì)算機(jī)得到一個(gè)信號(hào)，讓某些物質(zhì)進(jìn)入到細(xì)胞中。隨具體場(chǎng)合的 不同，這些物質(zhì)可以是例如用來(lái)改變基因的遺傳物質(zhì)，也可以是藥物或蛋白質(zhì)。這樣，就可以更好地使這些物質(zhì)發(fā)生效力。 魯賓斯基等科學(xué)家打算研制出能對(duì)例如神經(jīng)細(xì)胞和肌肉等人體組織發(fā)出指令的生物芯片，這樣至少會(huì)使人所服用的藥物發(fā)揮更大的效力。俄亥俄州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程中心主任莫里羅·弗拉里稱魯賓斯基的這項(xiàng)發(fā)明是處在發(fā)展階段早期的具有潛在作用的實(shí)驗(yàn)室工具。美國(guó)科學(xué)家們稱，他們已經(jīng)找到了一種能使人體細(xì)胞和電路進(jìn)行交配的生物工程芯片，它能在醫(yī)學(xué)和基因工程學(xué)方面發(fā)揮關(guān)鍵的作用。 這種比頭發(fā)還小還細(xì)的微型裝

20、置使健康人體細(xì)胞和電子芯片結(jié)合，通過(guò)電腦對(duì)芯片進(jìn)行控制，科學(xué)家認(rèn)為他們能夠控制細(xì)胞的活動(dòng)。 電腦向細(xì)胞芯片發(fā)送電脈沖，激發(fā)細(xì)胞膜孔張開，并激活細(xì)胞。科學(xué)家希望能夠大批量地生產(chǎn)這種細(xì)胞芯片，并能夠把它們植入人體，取代或修正病變組織。 領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的加州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授鮑里斯·魯賓斯基說(shuō)：“細(xì)胞芯片還使科學(xué)家在復(fù)雜的基因治療過(guò)程中更準(zhǔn)確地進(jìn)行控制，因?yàn)樗麄兡軌蚋鼫?zhǔn)確地開啟細(xì)胞孔?！?魯賓斯基還說(shuō)：“我們?cè)谏飳W(xué)領(lǐng)域里引入了工程學(xué)的精髓，我們完全可以在不影響周圍其它細(xì)胞的情況下輸入DNA、提取蛋白質(zhì)以及注射藥物。” 該細(xì)胞芯片的出現(xiàn)與長(zhǎng)期存在的一種理論有關(guān)，即一定量的電壓能夠穿透細(xì)胞膜。

21、 多年來(lái)，科學(xué)家一直在進(jìn)行用電力轟擊細(xì)胞試驗(yàn)的遺傳研究，希望藉此引入新的療法和基因物質(zhì)。研究人員希望能最終制造出與激活不同的身體組織（從肌肉到骨骼到大腦）所需的準(zhǔn)確的電壓量相調(diào)合的細(xì)胞芯片。那樣的話，將會(huì)有數(shù)以千計(jì)的細(xì)胞芯片用來(lái)治療各種類型的疾病。 3、用獨(dú)創(chuàng)技術(shù)自行研制的中國(guó)第一片應(yīng)用型基因芯片于近日在第一軍醫(yī)大學(xué)正式誕生。 據(jù)第一軍醫(yī)大學(xué)有關(guān)負(fù)責(zé)人透露，該軍醫(yī)大研制成功的基因芯片，是中國(guó)首次應(yīng)用一種創(chuàng)新的基因片擴(kuò)增技術(shù)，率先攻克了內(nèi)地同行在基因芯片研究中首先面臨的快速經(jīng)濟(jì)地搜集數(shù)以萬(wàn)數(shù)基因探針難題，并巧妙運(yùn)用新技術(shù)手段明顯地降低成本。 目前，該芯片已完成實(shí)驗(yàn)室工作，即將進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段，如

22、果順利，用於臨床診斷的基因芯片可望不久投入批量生產(chǎn)。但到目前為止，全世界還沒(méi)有實(shí)際用於臨床應(yīng)用診斷的基因芯片生產(chǎn)。 在實(shí)驗(yàn)室里，將這幾片比大拇指蓋稍大的基因芯片，放在檢測(cè)器上，與之相連的電腦屏幕上立刻出現(xiàn)了縱橫交錯(cuò)的紅紅綠綠熒光點(diǎn)，出現(xiàn)的每個(gè)熒光點(diǎn)就是一個(gè)基因片斷的點(diǎn)陣。只要取病人一滴血放在芯片檢測(cè)卡上，經(jīng)過(guò)分子雜交后，連上電腦就可以立刻顯示出基因變化情況，并通過(guò)電腦把基因語(yǔ)言翻譯成醫(yī)生能讀得懂的信息，從而對(duì)疾病做出準(zhǔn)確的診斷。 這種芯片的成功誕生，標(biāo)志著疾病的診斷由細(xì)胞和組織水平推進(jìn)到基因水平。它們的開發(fā)應(yīng)用將在環(huán)境污染控制、動(dòng)植物檢疫、器官移植、產(chǎn)前診斷、藥物篩選、藥物開發(fā)等方面展示出廣闊

23、的前景。五、生命科學(xué)漸成IT公司關(guān)注焦點(diǎn) 人類基因組工作草圖繪畢的消息像打開了阿里巴巴寶藏的大門，以基因技術(shù)為核心的生命科學(xué)市場(chǎng)正吸引著越來(lái)越多的淘金者。近來(lái)，為這些淘金者生產(chǎn)“鐵锨”的資訊科技（IT）公司的積極行動(dòng)頗為引人注目。1、揭開基因之迷須破譯大量數(shù)據(jù) 人類基因組草圖僅僅是讀出了“生命之書”，而要真正讀懂它，揭示所有基因編碼所代表的信息，還必須破譯浩如煙海的數(shù)據(jù)。 在著名的英國(guó)桑格中心里，有關(guān)人類基因組的數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到22萬(wàn)億字節(jié)，是世界上首屈一指的美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館藏書內(nèi)容的兩倍多。據(jù)這家中心估計(jì)，在未來(lái)兩至三年內(nèi)，與人類基因組有關(guān)的數(shù)據(jù)量還將上升到50萬(wàn)億至100萬(wàn)億字節(jié)。2、生命科學(xué)公

24、司10%投資用于開發(fā)資訊科技 為了解決處理數(shù)據(jù)所需的龐大計(jì)算能力的問(wèn)題，世界上最大的12家生命科學(xué)公司目前把近10%的科研預(yù)算用于資訊科技投資，而且這個(gè)比例可能還將增長(zhǎng)。 據(jù)美國(guó)國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）估計(jì)，與生命科學(xué)有關(guān)的資訊科技市場(chǎng)將在今年達(dá)到35億美元，到2003年達(dá)到90億美元。3、市場(chǎng)潛力巨大 一些著名的IT企業(yè)，已將眼光瞄準(zhǔn)了這一潛力巨大的市場(chǎng)。例如，IBM已經(jīng)決定投資1億美元，用五年時(shí)間研制一種名為“藍(lán)基因”的超級(jí)電腦?！八{(lán)基因”的運(yùn)算能力將是美國(guó)現(xiàn)有40臺(tái)最快的超級(jí)電腦運(yùn)算能力總和的40倍，它主要用于模擬人類蛋白折疊成特殊形狀的過(guò)程。世界最大的個(gè)人電腦制造商美國(guó)康柏公司，也垂

25、涎這塊“肥肉”。4、康柏趁早下手培養(yǎng)未來(lái)客戶基礎(chǔ) 已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域電腦服務(wù)器主要供應(yīng)商的康柏公司最近宣布，它將繼續(xù)投資1億美元，支持新興生物技術(shù)公司，以培養(yǎng)未來(lái)的客戶基礎(chǔ)。 其實(shí)，IT公司還遠(yuǎn)不止盯著這些近期利益。以基因研究為基礎(chǔ)的生物經(jīng)濟(jì)可能在新世紀(jì)里成為新經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，對(duì)此人們已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。5、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定者能享有巨大經(jīng)濟(jì)利益 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，率先進(jìn)入市場(chǎng)的公司大多能夠成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定者，這些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)往往意味著巨大的經(jīng)濟(jì)利益。 今年8月，德國(guó)獅生命科學(xué)公司的股票上市。由于投資者看中這家公司的基因次序檢索系統(tǒng)（SRS）可能成為行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)，其股票價(jià)格在短短時(shí)間里迅速上漲了50%。6

26、、政府支持基因研究 IT公司進(jìn)軍生命科學(xué)領(lǐng)域，與各國(guó)政府對(duì)基因研究的支持密不可分。為了在基因組研究的下一個(gè)階段分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先，不少國(guó)家積極采取措施，促進(jìn)信息業(yè)與生物產(chǎn)業(yè)的結(jié)合。 例如，日本不久前就組織了“官產(chǎn)學(xué)”大聯(lián)合的“生物產(chǎn)業(yè)信息化研究共同體”，參加這個(gè)共同體除了制藥、食品、生物、化學(xué)等與基因科學(xué)相關(guān)的企業(yè)外，還有不少電腦公司。 小結(jié)：科學(xué)界公認(rèn)，生物芯片技術(shù)將給下個(gè)世紀(jì)生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究帶來(lái)一場(chǎng)革命。目前我國(guó)科學(xué)家正在加速研制這種可能快捷便利提取DNA，查找遺傳基因特性的新技術(shù)。相信，這一現(xiàn)代生物與高科技聯(lián)姻的成果將為二十一世紀(jì)的發(fā)展作出巨大的貢獻(xiàn)！基因芯片技術(shù)的出現(xiàn)不過(guò)

27、短短幾年時(shí)間，其發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛，在生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用，但其存在的缺陷也是相當(dāng)明顯的。首先是成本的問(wèn)題，由于芯片制作的工藝復(fù)雜，信號(hào)檢測(cè)也需專門的儀器設(shè)備，一般實(shí)驗(yàn)室難以承擔(dān)其高昂的費(fèi)用，其次在芯片實(shí)驗(yàn)技術(shù)上還有多個(gè)環(huán)節(jié)尚待提高，如在探針合成方面，如何進(jìn)一步提高合成效率及芯片的集成程度是研究的焦點(diǎn)。而樣品制備的簡(jiǎn)單化與標(biāo)準(zhǔn)化則芯片應(yīng)用進(jìn)一步普及的前提。雖然芯片技術(shù)還存在這樣或那樣的問(wèn)題，但其在基因表達(dá)譜分析、基因診斷、藥物篩選及序列分析等諸多領(lǐng)域已呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的更加完善基因芯片一定會(huì)在生命科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。參考文獻(xiàn)1Cheung

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