基因芯片帶來的醫(yī)學(xué)革命

在我們的日常生活中，以前連想也不敢想的事情正在悄悄地幫助人們不斷提高生活質(zhì)量。而基因芯片就是其中之一。

北京市每年會為約20萬新生兒免費進(jìn)行耳聾基因篩查

本世紀(jì)初，人類基因組圖譜繪制成功，揭開了組成人體4萬個基因的30億個堿基對的秘密。這項計劃最重要的意義是在于加深我們對自身的認(rèn)識，從而提高我們的生存質(zhì)量。而在人類基因組揭秘這一重大事件完成后。對于基因的研究，更加突飛猛進(jìn)……

如果不是在醫(yī)院進(jìn)行免費的“新生兒遺傳性耳聾基因篩查”，雖然本身聽力是正常的，但或許帶有耳聾基因的兒童瑞瑞會因誤服鏈霉素、慶大霉素等藥物造成耳聾。

拿到基因篩查結(jié)果，瑞瑞的媽媽驚出了一身冷汗。但幸運的是，攜帶這種基因的孩子只要注意用藥，并在每次就診時，向醫(yī)生出示“用藥指南卡”，醫(yī)生在選擇藥品時，就會按照指南，避開會造成孩子耳聾的十多種藥品。

2012年，北京市約20萬新生兒都會享受到這項免費的耳聾基因篩查。他們中的數(shù)百名孩子將避免由于用藥致殘。這項篩查所應(yīng)用的，正是基因芯片技術(shù)。

基因芯片并不是 “新兵”

基因芯片，對于大多數(shù)人來說，還是一個陌生的名詞。然而在科學(xué)界，它并不是一名“新兵”。

基因芯片的概念，誕生于上世紀(jì)80年代的歐洲。經(jīng)過科學(xué)家的不斷探索，基因芯片在美國開花結(jié)果。1996年，美國昂飛公司（Affymetrix）成功地制作出世界上第一批用于藥物篩選和實驗室試驗用的基因芯片，此后世界各國在芯片研究方面迅速跟進(jìn)。而這家公司也成了世界上赫赫有名的基因芯片制造商。

由于基因芯片的巨大市場前景，在此方面較為領(lǐng)先的美國政府和產(chǎn)業(yè)界在過去的10年間共投入近20億美元用于以基因芯片為主的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，歐洲與日本的投入強(qiáng)度也越來越大。此外，世界各個大型制藥公司也都已建立了或正在建立自己的芯片設(shè)備和技術(shù)，幾乎所有的跨國制藥公司都投入巨資利用基因芯片開展新藥的超高通量篩選和藥理遺傳學(xué)、藥理基因組學(xué)等研究。據(jù)統(tǒng)計，1997年基因芯片的市場僅為1200萬美元，僅僅四年后，全球基因芯片的市場已達(dá)170億美元。

郵票大小的基因芯片

在基因芯片的發(fā)展大潮下，它也日漸受到人們的關(guān)注。在國際學(xué)術(shù)期刊《化學(xué)技術(shù)》的封面上，曾經(jīng)刊登過一幅漫畫解釋何為基因芯片。漫畫上畫的是一對正在舉行婚禮的新人，穿著燕尾服的新郎身體被畫成一張計算機(jī)芯片，而新娘的身體則是DNA的雙螺旋。這寓意著他們的結(jié)合，就是基因芯片。

“這只是一個很形象的比喻，但實際上基因芯片遠(yuǎn)沒有如此簡單。基因芯片是一個涉及眾多學(xué)科的復(fù)雜工程。”在一次有關(guān)基因芯片的講座上，中國工程院院士、基因芯片北京國家工程研究中心主任程京告訴記者。

基因芯片是指在一塊郵票大小的，可能是由玻璃、陶瓷、塑料或者硅等物質(zhì)構(gòu)成的基片上，通過一系列技術(shù)手段固定細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因或蛋白的生物信息。當(dāng)我們將它用于臨床時，通過收集人體的血液或尿液、痰液等待測樣品，與芯片上的已有DNA信息發(fā)生“堿基互補(bǔ)”反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)信號，再用計算機(jī)分析數(shù)據(jù)就可快捷獲得待測樣品的基因信息，從而用于基因檢測、治病、預(yù)防等領(lǐng)域。

用農(nóng)民“插秧”的方法制作芯片

以耳聾為例，芯片制作時，將一些含有已知7種耳聾基因的生物分子（如細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因或蛋白），放到芯片的表面上，這個過程非常類似于農(nóng)民“插秧”的方法，只不過基因芯片插秧時用的是機(jī)械手。經(jīng)過“插秧”，芯片上的生物分子排列成整齊的陣列狀。這個過程叫做“點樣”。機(jī)械手上裝有一根或多根微點樣針，根據(jù)需要點制出各種芯片。點樣針的頭部有一個樣品通道，用來存放一定體積的樣品。由于基因芯片的體積小，它所需要的樣品極其微量，往往10微升樣品就可以點制上千張芯片。

而檢測的原理簡單來說是這樣的。基因芯片的檢測就是一個配對的原理。DNA是一個雙螺旋結(jié)構(gòu)，它由兩個鏈咬合旋轉(zhuǎn)組成。芯片上雖然放置著含有耳聾基因的信息，但是為了后續(xù)檢測，芯片上只放置了基因雙螺旋鏈中的一個鏈，也就是之前芯片上插好的“秧苗”。在檢測時，拿來需要的被檢樣品。根據(jù)堿基配對的原理，如果樣品中的鏈和之前的“秧苗”鏈相互反應(yīng)，像拉鏈一樣相互“咬合”起來，形成一個完整的雙螺旋結(jié)構(gòu)。那么就是配對的成功，就預(yù)示著被檢物種也存在著。

基因芯片檢測通量高，攜帶便利

基因芯片之所以如此受人喜愛。與它自身的特點不無關(guān)系。

王笑峰是上海復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，檢測疾病位點是他日常工作中經(jīng)常進(jìn)行的一項。而在這個過程中，他常會用到基因芯片進(jìn)行檢測。

“這確實是一個比較先進(jìn)的方法。因為它通量高，做實驗很快。”王笑峰告訴記者，如果用老的方法檢測比如中風(fēng)、心梗等基因的位點可能需要1年，如果用基因芯片，可能3個月就能完成。

基因芯片能達(dá)到檢測快速的秘訣，就在于它的芯片上，是以陣列的形式，均勻地分布著成千上萬個生物信息，這些海量的信息，可以一次性地通過檢測得出結(jié)果。“以前在檢測時，必須手工操作，并且一個位點、一個位點地進(jìn)行檢測。一次幾萬個的檢測速度，和一次一個的檢測速度，絕對是不一樣的。”王笑峰說。

芯片這種特點，也為像肝癌這種復(fù)雜疾病的治療提供了便利。在肝癌手術(shù)后，病灶是否切除干凈，用什么藥治療合適，病人不用藥的生存期多長，容不容易轉(zhuǎn)移等等很多問題，都會在臨床提出。如果針對這些問題進(jìn)行基因的檢測，就會出現(xiàn)海量的基因數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)光靠人手工去對比是無法處理的。所以，利用基因芯片、利用計算機(jī)、利用生物信息學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的方法，獲悉這些數(shù)據(jù)將便利得多。

而且基因芯片體積比較小，便攜性比較好。就像一個小型的“生物實驗室”。可以把生命科學(xué)研究中許多不連續(xù)的分析過程，比如樣品制備、化學(xué)反應(yīng)和分離檢測，移植到芯片中使其連續(xù)化和微型化。原來這些各自分離的分析設(shè)備要占用很多層樓。在分析速度成千上萬倍提高的同時，所需樣品的量也成千上萬倍減少。

有一些大膽的設(shè)想認(rèn)為，將來我們甚至可以有一些很小的“傻瓜型”分析儀，可以攜帶在身上，攜帶者按說明書的指示自己取樣，這個分析儀就可以告訴你身體出了什么問題，然后通過因特網(wǎng)將這些數(shù)據(jù)傳送給醫(yī)生，這樣就不必到醫(yī)院里檢查了，若如此，有可能將來醫(yī)院的檢驗科將會消失。再過幾年，我們就可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和治療了。如果解決了生物兼容性問題，將來可以將基因芯片植入人體，通過芯片了解人們的身體健康狀況，變現(xiàn)在的治療醫(yī)學(xué)為將來的預(yù)防醫(yī)學(xué)。

雖然現(xiàn)在這些并沒有實現(xiàn)，但這些目前還是設(shè)想的想法，誰能保證將來不會變成現(xiàn)實呢？（據(jù)《科技生活》）