Biology 版 (精华区)

发信人: cameran (竹晨), 信区: Biology
标  题: DNA芯片技术探密 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年07月02日14:31:56 星期一), 站内信件

DNA芯片技术探密
　　DNA芯片的出现
　　超净室里，一群技术人员正在成批的装配芯片，他们所用的厂房和机器设备，与“
硅谷”的没什么差别，只是他们生产的不是用硅片制成的，而是用DNA材料制作的。此外
，这些芯片不是用来计算，而是用来解读生命有机体在长期的进化中累积的浩瀚的基因
信息。芯片是一块方形的玻璃，面积大约只有美国10分硬币那样大小，嵌在一小块黑色
的胶片上。在玻璃上，铺了一层肉眼看不见的DNA纤维“地毯”，即所谓的探针。待测的
基因提取出来后，切成长短不一的片段，再用荧光化学物质标记，然后作为一种溶液注
射到嵌有芯片的胶片上。检测方法是将芯片放进装有激光设备的仪器中，通过激光光束
激发后会发出荧光，而且荧光的强弱与DNA---探针杂交程度有关。由于 DNA“地毯”的
格式布局是事先就制定好的，所以根据荧光强弱的图案就可以测出被测基因的DNA序列。
 这种生物学和计算机学的惊人结合产物是美国Affymetrix公司设计制作的，它的构想最
初来自公司的一次即兴的建议，该建议是：如果可以用制作半导体的方式将分子也固定
在芯片上，那该有多好！一般情况下，这一即兴建议可能很快就会被人遗忘，可雇员St
ephen P.A. Foldor博士决定实现这一想法。 1996年底，该公司结合并灵活运用了照相
平板印刷、计算机、半导体、激光共聚扫描、寡核苷酸合成、荧光标记探针杂交及分子
生物学的其它技术创造了世界上第一块 DNA芯片，它充分体现了生物技术与其它学科和
技术的相互渗透，有巨大的应用潜力。
DNA芯片的用途
1.基因诊断 DNA芯片可用于大规模筛查由基因突变所引起的疾病。如DNA芯片用于检测遗
传性乳腺和卵巢癌基因BRCA1第11外显子全长3.45kb基因的突变，检测15例病人样品，发
现14例有基因突变，在二十个对照样品中没有假阳性出现。利用这种技术筛查囊性纤维
变性基因CFTR的突变及bata-珠球蛋白基因的突变都取得了成功。预计DNA芯片诊断技术
不久将会在疾病的分子诊断方面得到广泛应用，成为一项常规检验和诊断技术。这项技
术的高度准确性和高度自动化性对于筛查大量样品具有很大优势。
2.分析基因组及发现新基因 DNA芯片技术用于基因组研究可创造第三代遗传图，即将遗
传病表型与DNA上特定的基因序列联系起来。以单核苷酸多态性(SNPs)为标记可帮助区分
两个个体遗传物质的差异，若能将所有SNPs全部信息装入 DNA芯片则可检测到与之相关
的基因间差异。 DNA芯片技术在发现新基因及分析各个基因在不同时空表达方面是一项
十分有用的技术，它具有样品用量极少，自动化程度高等优点，便于大量筛选新基因。

3.DNA芯片用于基因表达的研究 由于 DNA芯片技术可直接测到mRNA的种类及丰度，所以
它是研究基因表达的有力工具。用于检测基因表达水平的DNA芯片已被Affymetrix公司的
研制人员完成。 DNA 芯片中包含了几万种人工合成的寡核苷酸探针，可检测转录产物从
几个数量级到每个细胞的几个拷贝，均能被定量研究，被检测目的基因可多达10,000个
。
4.利用DNA芯片技术进行DNA序列分析 DNA芯片用于序列分析原理是依靠短的标记寡核苷
酸探针与靶DNA杂交，利用杂交谱重建靶DNA序列，它一次可测定较长片段的DNA序列。
5.进行后基因组研究 基因组测序完成后未知基因的功能研究是一个十分诱人的后基因组
研究课题。通过基因打靶技术产生突变株，然后用DNA杂交，可鉴定基因的表型。 DNA芯
片技术的应用前景是乐观的，但目前在技术上还存在一些问题。如DNA芯片上原位合成探
针难免有错误核苷酸掺入及混入杂质，该技术还需要昂贵的设备，但相信这些问题将随
着技术进步而逐步解决， DNA芯片一定会向计算机芯片那样不断升级换代，在医药及生
物科学领域发挥越来越大的作用。
DNA芯片的制备
    首先在玻璃芯片上埋植一片林立的具有衔接作用的分子，DNA探针就在这些分子上合
成。合成时按照探针上预定碱基的种类，将芯片浸入该种类碱基的溶液中，每次浸入就
会增加一个碱基。在制备芯片的某一阶段，有些探针需要A碱基，而另一些探针需要T，
C或G碱基。对于探针对碱基种类要求不一的问题，解决办法是采用屏蔽掩模系统和光敏
覆盖物。例如，屏蔽掩模系统打开那些需要A碱基的探针纤丝时，就将其它探针纤丝给遮
掩保护起来，此时闪光将这些暴露出来的探针纤丝上的光敏覆盖去除，然后将芯片浸入
含有A碱基的溶液中，需要A碱基的探针纤丝上就增加一个A碱基。添加好A碱基的探针马
上用光敏物质重新覆盖起来，同时更换新的屏蔽掩模。这 次的屏蔽掩模只将需要C碱基
的探针纤丝暴露出来。然后上述程序再重新进行依次，需要C碱基的探针上就增添了一个
C碱基。同样添加T或G，这样通过换用不同掩模，继续重复，就可制备含所需序列DNA探
针的芯片了。
--转自《生物与自然》网站
  
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欲讯秋情众莫知, 喃喃负手叩东篱。
孤标傲世偕谁隐，一样花开为底迟？
圃露庭霜何寂寞，鸿归蛩病可相思？
休言举世无谈者，解语何妨片语时。

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