生物芯片技术及其在水产动物病原检测中的应用-畜牧渔业论文

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1、生物芯片技术及其在水产动物病原检测中的应用-畜牧渔业论文生物芯片技术及其在水产动物病原检测中的应用徐晓丽，邵蓬，丁子元，包海岩，任涵玮，宋昀鹏，张勤（天津市水产技术推广站，天津300221）摘要：生物芯片是近年来迅速发展的一项新技术，以高通量、高灵敏性和特异性的优势，在生物大分子功能研究、食品安全检测、病原微生物检测和鉴定、药物筛选等方面发挥着越来越重要的作用。本文对生物芯片技术的原理、种类、发展历程及其在水产动物病原检测领域的应用做一综述，以期为水产动物疾病快速诊断的研究提供新思路。关键词：生物芯片；水产病害；病原检测生物芯片是20世纪90年代初应人类基因组计划而发展起来的一种全新的微量分析

2、技术，它综合了分子生物技术、免疫学、物理、微加工技术、化学、计算机等多项技术，使生命科学研究中不连续的、离散的分析过程集成在芯片上完成。生物芯片技术最大的特点是高通量并行分析，能够大规模获取生物信息，为生命科学从分子水平向细胞乃至整体水平的研究搭建了一座桥梁，也为人类基因组学从理论向实用研究的过渡提供了技术支持[1]。生物芯片的主要研发工作在美国，以基因芯片为先导，1992年美国人StephenFoder研制出了第一块基因芯片，1998年美国政府正式启动基因芯片研发计划，许多政府部门、大学和研究机构参与其中，一些国际大公司如Affymetrix、Hyeq、Incyte、Nanogen、Hewl

3、ettPackard等对生物芯片技术在基因多态性、疾病相关性、基因药物开发、合成及天然药物筛选等领域投入较大精力，并有相应的产品问世。国内生物芯片研究起步较晚，但得到了政府部门的大力支持，科技部《医药生物技术“十五”及2015年规划》所列的15个关键技术项目中，有8个项目涉及生物芯片。国家的“973”计划、“863”计划、自然科学基金计划、火炬计划等项目都有与生物芯片相关的研究经费投入。目前，全国已有大约20多家研究机构、30多家生产企业进行了生物芯片的研发工作，形成了北京、上海、西安、广州四个研究中心。1生物芯片简介生物芯片的制作与应用主要有以下4步[2]：生物芯片制备、待检样品的处理、芯片

4、与样品的生物反应、芯片反应信号的检测。芯片矩阵的构建为在一块大小不等的玻璃片、硅片、塑料片、尼龙膜或凝胶等载体材料上，以大规模阵列的形式固定不同的生物分子(寡核苷酸、cDNA、基因组DNA、多肽、抗原、抗体等)，形成可与目的靶分子互相作用、并行反应的固相表面。待检测的生物样品大多成分复杂，不能直接与芯片上的生物分子反应，均需经过提前处理，纯化其中的蛋白质或提取扩增其中的核苷酸，或者对目的生物分子进行生物标记。将芯片与待检靶生物分子进行化学反应(如杂交、免疫反应等)后，反应结果的检测要依据标记的报告分子种类来选择不同的检测设备。荧光标记是芯片信息采集中最常用也是最成功的报告分子，杂交反应信号可由

5、激光共聚焦显微扫描仪或CCD(chargecoupledevice)相机收集，芯片上每个反应点的荧光强弱通过计算机软件将荧光信号转换成数据，从而获得相关的生物信息。生物芯片技术为生物学研究提供了高通量的技术手段，现已在医学领域病原体检测、耐药基因、基因分型、基因表达谱分析、药物筛选、肿瘤诊断等显示出广阔的应用前景。2生物芯片的发展二十多年来，在各国学者的共同努力下，生物芯片技术发展迅速，技术也更加成熟和完善，应用领域也在逐步扩大，从单一的寡核苷酸芯片到cDNA芯片、基因组芯片，从表达谱分析芯片到病原检测、药物筛选芯片。随着人类基因组序列的完成，生物全基因组测序技术的成熟，人们逐渐意识到，在这个

6、后基因组时代，功能基因组学虽为主要研究内容，然而生命活动的进行最终要由蛋白质来执行，基因水平的研究只能反映基因表达水平的变化，并不意味着由它翻译的蛋白质的水平也会发生相应的变化，蛋白质要经过转录、翻译、剪切、修饰加工等多步复杂的步骤才能真正发挥功能。因此，要想对生命活动进行全面而深入的研究，必定要对蛋白质进行研究，研究其结构、功能以及在一定生理或病理条件下、不同组织器官中的表达量、表达活性等。然而，生物体内蛋白质种类繁多，结构复杂多变，分析难度较核酸大为增加，由此诞生了蛋白质芯片。此后又陆续出现了芯片实验室(lab-on-a-chip)、细胞芯片、组织芯片、糖芯片等[3]。2.1基因芯片基因芯

7、片是采用原位合成或显微点样技术，将许多特定的寡核苷酸、DNA序列作为探针有序的、高密度的固化于芯片载体表面，与经过标记的核酸分子杂交，通过分析杂交反应信号，从而获得所检测样品中的遗传信息。基因芯片(Genechips)是生物芯片(Biochip)技术中研究最深入、实用性最强、最先投入应用的技术之一。作为一种先进的、大规模、高通量的检测技术，应用于疾病的诊断，具有高度的灵敏性和准确性，还可同时检测多