生物芯片研究进展

• 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。
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。
Genome Biology：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Genome Biology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
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
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离，而与芯片联用的质谱则有选择性的对分离成分进
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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Lab on a Chip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“Cellbased High Content Screening using Microfluidic Device”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。 Lab on a Chip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”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。
• 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
• 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。
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。
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？
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
(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。
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。