生物芯片在動物疫病及畜產品安全檢測中的應用

○甘肅省蘭州市畜牧獸醫研究所 張成虎

生物芯片技術是隨著“人類基因組計劃”的進展而發展起來的，主要是指通過微加工和微電子技術等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細胞等生物樣品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝膠、尼龍膜等載體）的表面，構建微型生物化學分析系統，組成密集二維分子排列，然后與已標記的待測生物樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行并行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數量，完成對生命機體生物組分準確、快速、大信息量的檢測。由于常用玻片/硅片作為固相支持物，且在制備過程模擬計算機芯片的制備技術，所以稱之為生物芯片技術。它是融微電子學、生物學、物理學、化學、計算機科學為一體高度交叉的新技術，具有重大的基礎研究價值和廣闊的生產技術應用前景。

一、生物芯片的研究現狀和開發前景

1996年，美國成功地研制出世界上首批用于藥物篩選和實驗室試驗的生物芯片，并研制出芯片系統，隨后其他各國也快速跟進，一些跨國公司如摩托羅拉、惠普、IBM等也相繼投以巨資開展芯片研究。1998年12月，美國成立基因分析協會，旨在建立一個統一的技術平臺，并生產相應的技術設備，推動生物芯片技術的應用。在21世紀，生物芯片對人類的影響將可能超過微電子芯片。

我國對生物芯片的研究基本與世界同步，1997年，召開的全國生物芯片戰略會議，就我國的生物芯片發展提出了意見；1998年，中國科學院將基因芯片列為“九五”特別支持項目；2000年，國內從事生物芯片技術研究的多家單位強強聯合，成立了國家生物芯片技術中心；中國工程院舉辦了首次“生物芯片技術”工程科技論壇。目前，國內外已開發出的產品有單核苷多態性（SNP）檢測芯片、突變檢測芯片、比較基因組雜交芯片、DNA甲基化檢測芯片、信使RNA和小RNA表達譜芯片等。生物芯片在重大疾病發病機理、藥物開發、生長發育、農業育種、干細胞研究等領域中廣泛應用。

二、動物疫病及畜產品安全檢測中的應用

生物芯片技術已經被廣泛用于農業研究和農產品檢測。在動物疫病監測和畜產品安全檢測中的應用尤為突出。

1.獸藥殘留的檢測芯片。濫用獸藥導致動物體內藥物的滯留或蓄積，對人體造成危害，它已經成為動物性食品的不安全因素，成為國家整治農產品質量安全的重要環節，被列為肉食品的重點監測項目之一。目前，常規的獸藥殘留檢測方法主要是理化分析儀器法，存在儀器昂貴、操作繁瑣、試劑消耗量大等問題；而生物學方法如微生物學檢測方法，雖然成本低、操作簡便，在大批樣品同時分析中具有一定優勢，但分析速度慢、專一性差，并且只能測定有生物活性的殘留物。而酶聯免疫法目前大多采用進口試劑盒，價格較高，且僅能對單一獸藥進行檢測。

2006年，在國家863計劃的支持下，我國率先研制出了用于檢測殘留獸藥的生物芯片系統。這是一套把樣品制備、生化反應和結果檢測三步集成在一起的檢測系統，具有前處理簡單、靈敏度高、特異性好、檢測速度快（比現行的檢測手段縮短數十倍）、檢測通量高、質量控制體系嚴密等優點。此芯片系統可檢測出磺胺二甲基嘧啶、鏈霉素、恩諾沙星和克倫特羅，檢測對象主要包括雞肉、雞肝、豬肉、豬肝、豬尿和牛奶等。它是目前畜產品獸藥殘留檢測的一個高效便捷的系統，具有極高的推廣價值。

2.食源性微生物檢測芯片。由微生物引起的食源性疾病是食品安全的主要問題。近年來，國內外食源性疾病事件頻頻發生，如葡萄球菌、沙門氏菌、弧菌病、腸出血型大腸桿菌(引起腸出血)、利斯特菌引起的食源性傳染病、霍亂弧菌引起的霍亂等。對食源性疾病的預防與控制已引起了世界各國的高度重視。食源性病原微生物檢測技術是食源性疾病預防與控制的關鍵技術環節。傳統的微生物培養和生理生化檢驗法的最大弱點是耗時較長，對保藏期較短的食品在產品衛生狀況方面的評估作用不大。

食源性微生物檢測芯片主要是結合微陣列技術、PCR擴增技術和生物信息學技術，同時并行檢測樣品中葡萄球菌、沙門氏菌、弧菌病、腸出血型大腸桿菌(引起腸出血)、利斯特菌、霍亂弧菌等致病菌，具有靈敏度高、檢測時間短（整個檢測過程只需18小時）等特點。

3.動物疫病病原體檢測生物芯片。動物疫病是養殖業的頭號大敵。動物疫情監測和動物疫病診斷作為動物疫病防控的兩大方面，新技術應用十分關鍵。目前，常用的是病原學、血清學、分子生物學等技術，生物芯片作為分子生物學的技術之一，近年來得到了高度重視，并進行了大量的研究應用，北京、山東、廣州、四川等地已經開發應用了多種動物疫病檢測、診斷芯片，在診斷各種病毒性疫病中取得了實質性的突破。生物芯片技術對病原抗原進行定性、定位、定量測定，結合組織學、免疫學、免疫組織化學等生物學技術，達到快速特異性診斷的目的，具有操作性好、實用性強、準確性高、時間短、成本低等諸多優點。