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基因芯片技术及其在结核分枝杆菌检测中的应用

摘要：基因芯片技术，是指将已知核酸序列的DNA或RNA片段作为探针，在芯片上做成点阵,再与待测标本中的DNA或RNA片段，按照碱基互补配对原则进行杂交，经特定软件的分析处理，获取大量相关基因信息的技术。本文对该技术及其在结核分枝杆菌检测中的应用进行综述。

关键词：基因芯片技术；结核分枝杆菌

结核病是由结核分枝杆菌引起的一种慢性传染病，主要侵犯肺脏。在某些经济欠发达地区，许多结核病患者因为得不到全程，合理的救治而产生结核耐药，这使得控制结核病的发生发展成为世界性难题。目前，临床实验室采用的检测结核分枝杆菌的方法主要有抗酸染色法和细菌培养法等.2001年康润田[1]等应用抗酸染色、细菌培养、荧光染色、PCR、PCR反向探针膜杂交法，检测59例标本（其中，结合组43例，对照组16例）中的结核分支杆菌，比较分析后，阳性率（%）结果如下图：

依上图，可以得出的结论为：抗酸染色法简便、实用、快捷,但非结核性分枝杆菌亦可出现阳性结果；细菌培养作为结核病诊断的金标准，虽优于抗酸染色法，但时间比较长，影响早期用药；荧光染色和PCR是可供选择的检测方法,却可能出现假阳性和假阴性；而依赖于基因芯片的PCR杂交梳法敏感性和特异性均高,是比较准确的检测方法[1]。
1.基因芯片
基因芯片(genechip)技术是随着“人类基因组计划”(humangenomeproject,HGP)的进展而发展起来的,它是21世纪以来影响最深远的重大科技进展之一,是分子生物学、微电子学及物理学综合交叉形成的高新技术。
1.1基因芯片的概念
基因是指具有遗传效应的DNA片段，位于细胞的染色体上。我们将大量的基因片段按一定的顺序固定在特定的载体上，即为基因芯片，它是专门应用于核酸检测的一种生物芯片。在一块约1cm2大小的芯片上，可固定数千甚至上万的基因片段，由此形成一个密集的基因方阵，方便对多个基因进行同步检测[2]。
1.2基因芯片的优点
基因芯片作为一种先进的、大规模、高通量的检测技术,正逐步成为疾病诊断的尖端技术之一[3]，其优点主要表现在:一，灵敏性和准确性；二，快捷简便性；三，同步性。在医学领域，医生针对多种相似病原菌进行鉴别诊断时,若能应用基因芯片技术,则在短时间内就能知道病人是哪种微生物感染，这对指导临床合理、及时、准确的用药提供了很大的方便。
1.3基因芯片的分类：[4]
基因芯片有多种分类方法：
1.3.1按基因芯片所用载体材料分为：玻璃芯片，硅芯片，陶瓷芯片；其中，玻璃芯片因易得，荧光背景低，应用方便等优点，被广泛应用；
1.3.2按芯片点样方式的分为：原位合成芯片，微距阵芯片，电定位芯片；
1.3.3按基因芯片用途分为：表达谱芯片，诊断芯片，指纹图谱芯片，测序芯片和毒理芯片等；
1.3.4按照载体所点DNA种类分为：寡核苷酸芯片和cDNA芯片，前者主要用于基因组学及表达谱研究，后者主要用于表达谱研究[5]。
1.4基因芯片的用途
基因芯片技术的准确灵敏性，同步性，所需样本少，污染少的特点,使其不仅在疾病检测方面有广泛应用，在法医学鉴定，药物筛选方面及环境科学方面同样有重要的使用价值：
疾病检测诊断方面，基因芯片只需少量标本，在短时间内，即可对所需鉴别的疾病进行同步化检测，不仅能帮助医生尽早做出诊断，还能减轻病人的痛苦，一举两得。
法医学方面，基因芯片优于早先的DNA指纹鉴定[6]，将这些具有遗传效应的基因片段分析处理后，可以更准确的推断生命体的特征，常被应用于尸体鉴定及亲子鉴定。
药物筛选方面[7]，基因芯片通过分析用药前后机体基因表达谱的改变，来判断药物的疗效，省时、省力又准确。
环境科学方面，目前，基因芯片已经应用于土壤中微生物的检测，水中病原菌及毒物鉴定[8]，如果应用恰当的话，可以解决人类日常生活中不少问题，使人们的生活水平得到提高。
1.5基因芯片的原理
基因芯片是将已知核酸序列的DNA，固定在某种载体上，然后与待测样品中的DNA或RNA，按照碱基互补配对原则进行杂交，再经过特定计算机软件的处理，获得待测样品的信息。如果待测样本为RNA，一般先经逆转录过程，形成RNA-DNA杂交体，经RNA酶的水解，变为单链DNA，再与已知的探针进行杂交[9]。
1.6基因芯片技术的主要技术环节
基因芯片主要包括4个基本技术环节[10,11]：1.芯片制备；2.样品制备；3.分子之间杂交反应；4.反应结果的检测及分析。
1.6.1芯片制备：目前，芯片的制备主要采用的载体有玻璃片或硅胶片,再将DNA、RNA片段或蛋白质分子按一定顺序排列在载体上，形成芯片；
1.6.2样品制备：样品的制备和处理是该技术的第2个重要环节。我们所接触的样品都是复杂的生物分子混合体,一般不能直接与基因芯片进行反应。因此，需要将这