基因芯片技术及其在微生物检测中的应用

基因芯片技术及其在微生物检测中的应用

[摘要]：基因芯片技术于20世纪90年代后出现在大众的视野中，通过基因芯片技术可以实现快速、高通量的遗传信息检测工作，解决了传统检测方法带来的弊端。基因芯片技术在核算多态性分析、突变检测、基因表达分析以及基因测序等生物领域中有广泛的应用研究。基因芯片技术凭借高通量的检测优势，在微生物检测和鉴定等方面的应用也开始增多，具有不可估量的应用前景。本文详细介绍了基因芯片技术和微生物检测的概念和技术，同时分析了基因芯片技术在微生物检测中的应用，旨在为基因芯片在生物领域中的应用做工贡献。 关键词：基因芯片技术；微生物检测；应用

随着人们对生物学研究的逐渐进步，生物学界提出了“人类基因组计划”，基因芯片技术也随之诞生。基因芯片技术时20世纪90年代发展起来的前沿生物技术，其涉及到生物信息、生命科学、计算机科学、化学等诸多领域，是目前世界上高度综合和交叉的学科。由于基因芯片涉及到众多领域，出现后便受到学术界广泛的应用，也是世界生物科学界研究的重点问题，基因芯片技术的研究与发展为生物学的研究提供了技术平台，其在生命科学、环境科学、医学、医药学、农业等行业具有广泛的应用前景。 1.基因芯片的概念

基因组序列测定是全世界的科学界努力的共同成果，但是，基因组序列测定只可以了解核苷酸的排列顺序，无法提供关于生物体本质的更多的信息，而破译基因组中的信息，了解不同基因在生命过程中发挥的作用是生命科学研究的主要工作。常规的研究方法无法满足目前的研究需求，人们迫切的需一种新型的高通量测量方法，基因芯片技术也随之诞生。简单而言，基因芯片技术就是通过原位合成或显微点样技术将DNA探针按照顺序固定在支持物的表面，然后通过与标记的样品进行杂交，检测分析基因表达信息，即可获得样品的基因序列以及遗传信息等。基因芯片上不仅可以固定DNA片段探针、寡核苷酸探针，还可以固定cDNA或基因组的基因片段探针，将其组成不同的基因探针序列，正因如此，基因芯片又被称为DNA芯片、DNA列阵、cDNA芯片等等[2]。

基因芯片按照制备方式的不同，可以分为原位合成芯片和DNA微阵列两种。原位合成芯片是通过光诱导印刷术或压电打印、分子印章技术等在芯片的特定部

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位原位合成寡核苷酸；DNA微阵列技术则是常规的分子生物学技术，它提前将扩增或合成的DNA按照点样的序列固定在支持物的表面而制成。根据芯片探针的分子种类不同，基因芯片还可以分为cDNA芯片、DNA芯片以及寡核苷酸芯片。寡核苷酸芯片的密度较高，因此，制备时需要使用原位合成法，而其它芯片密度较低可以采用点样法[3]。 2.基因芯片技术的过程 2.1基因芯片的制备

基因芯片的制作方法主要有光导原位合成法和合成后点样法两种。原位合成法还包括原位喷印合成法和原位光刻合成法，原位光刻法使用光敏保护基、固相化学以及光刻技术，确定准确位置，同时集合高度多样化的化合物。先使用介质衍生氨基和羟基，采用光敏保护基团将衍生物保护起来，随后使用固相合成法对单体分子3端，使用光敏保护基将5端保护起来，在合成的过程中，可以采用蔽光膜对特定的位点进行透光，受光的位点需要脱掉保护基后才能够与单体相连，利用光照进行合成，能够脱掉介质表面的羟基保护，介质表面接触光敏保护基保护与亚磷酰胺基活化的碱基，这样就连接了5端被保护的核苷酸单体，将这个过程反复进行直至合成结束，完成基因芯片的制作。原位喷印合成法是使用四种不同的碱基液体通过芯片喷印头按照探针的序列需求，将碱基喷印在芯片的制定位置，原位喷印法不需要使用特殊的化学试剂，是目前制备高密度寡核苷酸最成功的方法[4]。

合成后点样法相较原位合成法过程更为简单，通过将带有多个微细加样针的点样仪把寡核苷酸或DNA探针定量点于芯片的特点位置，从而完成基因芯片的制备。

2.2待测DNA样品的制备

样品制备是基因芯片技术中的重要组成部分。生物样品内含有多种不同的复杂生物分子，为了使检测结果更加准确，使用的样品需要经过处理才能进行提取DNA或RNA，然后通过PCR或RT-PCR法标记靶基因。目前，标记探针的方法主要有同位素、生物素、荧光物质标记法，另外，化学发光法、质谱法、纳米金颗粒法以及光导纤维法等也在积极研究中[5]。 3.基因芯片在微生物检测中的应用

基因芯片尽管发展于传统的核酸杂交法，然后采用PCR技术制作模板，但是基因芯片技术具有传统核酸杂交法无法比拟的优点，主要可以表现为：基因芯片法可以实现高通量检测样品，高密度的基因芯片可以同时检测分析成千上万的实验样品，提高检测速度的同时，推进了实验进程；基因芯片可对大量的样品进行并行检测，模板与探针杂交时，反应体积与条件保持一致，可以减少人为和外界因素造成的误差，提高检测结果的准确性；反应物在一定体积内的反应速度快，浓度高，可以减少检测时间，反应体积也相对较小，可以减少实际的损耗。另外，基因芯片可以实现全自动化的自动检测，可以通过计算机控制芯片制备、检测结果分析、信号分析等过程，使检测结果更加客观。 4.讨论

尽管基因芯片技术在微生物检测中有着巨大的优越性，但是，受目前科技水平及理论知识的限制，其仍然存在较多问题，如缺乏基因序列信息、基因及基因芯片技术专利受限制以及芯片的相关技术无法满足研究需求等，这就需要人们不读那的努力，将基因芯片技术不断完善，使其在更多领域发生更大的作用。 参考文献：

[1]陈圣军,孔繁德,徐淑菲等.基因芯片技术在微生物检测中的应用研究进展[J].中国畜牧兽医文摘,2013,(5):40-41,37.

[2]戴亚斌,何农跃.基因芯片技术在微生物检测中的应用[J].中国家禽学报,2005,9(z1):180-184.

[3]陈圣军,孔繁德,徐淑菲等.基因芯片技术在微生物检测中的应用研究进展[C].//中国畜牧兽医学会家畜传染病分会第八次全国会员代表大会暨第15次学术研讨会论文集.2013:192-195.

[4]陈圣军,孔繁德,徐淑菲等.基因芯片技术在微生物检测中的应用研究进展[C].//福建省第七届猪病学术研讨会论文集.2013:61-66. [5]杨全凤.基因芯片技术在微生物检测中的应用研究[J].中国医药指南,2012,10(2):67-68. 作者简介：

第一作者：有小娟，女，1988年6月，山东泰安，硕士研究生，黄淮学院生物与食品工程学院，助理实验师，微生物，463000

第二作者：鲁珍，女，1987年6月，河南驻马店，硕士研究生，黄淮学院生物与食品工程学院，助教，食品科学，463000