基因芯片和高通量基因测序的区别

基因芯片是在基因组水平上发现和研究基因功能的工具。它作为一种高通量、超微量的检测技术，可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物筛选、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测等许多领域。

图7-4　基因芯片技术主要过程

(一)药物筛选和新药开发

由于芯片技术具有高通量、大规模、平行性地分析基因表达或蛋白质状况的功能，在药物筛选方面具有巨大的优势。用芯片做大规模的筛选研究可以省略大量的动物实验甚至临床试验，缩短药物筛选时间，降低风险。以基因工程胰岛素为例，当把人的胰岛素基因转移到大肠埃希菌细胞后，就可以用基因芯片对工程菌的基因型进行分析，以便确定胰岛素基因是否转移成功。

(二)疾病诊断

基因芯片应用于疾病的诊断，其优点有以下几个方面：一是高度的灵敏性和准确性；二是快速简便；三是可同时检测多种疾病。如应用于产前遗传性疾病检查，抽取少许羊水就可以检测出胎儿是否患有遗传性疾病，同时鉴别的疾病可以达到数十种甚至数百种，这是其他方法所无法替代的。又如对病原微生物感染诊断，目前的实验室诊断技术所需的时间比较长，应用基因芯片技术，在短时间内就能知道患者感染何种病原微生物，而且能测定病原体是否产生耐药性、对哪种抗生素产生耐药性或敏感等，从而更好地指导临床用药。同时采用基因芯片技术对具有高血压病、糖尿病等疾病家族史的高危人群及对患有恶性肿瘤人群进行普查，其早期诊断率将大大提高。

(三)研究领域

包括基因表达检测、寻找新基因、杂交测序、基因突变和多态性分析以及基因文库作图等方面。

1.基因表达检测　人类基因组编码大约10万个不同的蛋白质，仅掌握基因序列信息资料还远不能满足理解其基因功能的要求，因此需要监测大量mRNA。利用芯片技术易于监测大量的mRNA，并能敏感地反映基因表达中的微小变化。目前，利用该技术已比较成功地对多种生物包括酵母及人的基因组表达情况进行了研究，并且一次性检测了酵母几种不同株间数千个基因表达谱的差异。

2.寻找新基因　将cDNA文库的克隆扩增，以点阵的形式排列在载体上，用特定的寡核苷酸探针系统与其杂交，对杂交信号进行分析即可快速地对文库中代表不同基因的cDNA克隆予以鉴定和分类。通过相应的公式计算出克隆的相似系数并进行比较，不但可以得到各基因的表达丰度，而且可以发现新的基因。

3.DNA测序　人类基因组计划的实施促进了更高效率的、能够自动化操作的测序方法的发展，芯片技术中杂交测序技术及邻堆杂交技术是新的高效快速测序方法。如使用美国Affymetrix公司1998年生产出的带有13.5万个基因探针的芯片使人类DNA解码速度提高了25倍。

4.突变体和多态性的检测　人类基因组序列是基于个体的序列，没有反应其变异的一面。为了分析基因的多态性与生物功能和疾病的关系，需要对大量个体的基因进行比较、分析。基因芯片技术可快速、准确地研究大量患者样品中特定基因所有可能的杂合变异。该技术已应用于对人类基因组单核苷酸多态性的鉴定、作图和分型以及人线粒体16.6kb基因组多态性的研究等。随着与遗传病和癌症相关基因发现数量的增加，变异与多态性分析必将越来越重要。

总之，基因芯片技术已经取得了巨大的发展，但仍然存在着许多难以解决的问题，尤其是要使基因芯片成为实验室研究或临床可以普遍采用的技术仍有一些关键的问题亟待解决，如提高基因芯片的特异性、简化样品的制备和标记操作过程、增加信号检测的灵敏度、高度集成化样品制备、基因扩增、核酸标记以及检测一体的研制和开发等。