基因芯片在微生物檢測中的應用及發展概況

王運照,胡文忠,李婷婷,穆師洋

(大連民族學院生命科學學院,遼寧大連 116600)

基因芯片在微生物檢測中的應用及發展概況

王運照,胡文忠*,李婷婷,穆師洋

(大連民族學院生命科學學院,遼寧大連 116600)

基因芯片檢測技術作為一種前沿生物微量分析技術,不僅高效、快速、靈敏,而且自動化程度高、重復性好、結果可靠,在生物學、環境學和食品安全學等各領域都有廣泛的應用,本文主要綜述了基因芯片的原理和制備技術,并對微生物的檢測應用和發展狀況做了一些介紹。

基因芯片,應用,微生物檢測

隨著微生物在食品安全學、生物學、環境學扮演的角色越來越重要,高度信息化、快捷化的現代社會對于微生物的檢測要求也越來越高,具有高通量、微型化、自動化和信息化技術特點的基因芯片順應時代的發展,成為微生物檢測中一個有效的手段。該技術不僅可以對遺傳信息進行定性、定量分析,而且是鑒別有害微生物和轉基因成分最有效的手段之一[1],成為應用于醫療、食品和環境中微生物的檢測和鑒別的重要技術[2]。由于芯片技術的迅猛發展,目前在食品安全學中,基因芯片是檢測食源性細菌、食源性病毒、轉基因食品的高效檢測手段,同時在環境生態學、生物學等各個領域近幾年都有所突破。對于近幾年來有關基因芯片的研究需要進行全面的整理及分析,本文主要綜述了基因芯片的原理及幾年來制備技術的發展,并對基因芯片今年來的發展做了一些介紹,尤其在食品安全學方面利用基因芯片取得的進展做了敘述,并對基因芯片存在問題及前景做了概述。

1 基因芯片簡介

基因芯片是上世紀90年代初發展起來的一種全新的微量分析技術,通過設計不同的探針陣列,并將其固定在微小特殊芯片上,采用顯微掃描技術對雜交進行實時監測,具有很高的應用價值?；蛐酒母拍顏碓从谟嬎銠C芯片,將大量探針分子固定于支持物上后與標記的樣品分子進行雜交,通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數量和序列信息。通常采用寡核苷酸原位合成(in situ synthesis)或顯微打印手段,將數以萬計、乃至百萬計的特定序列的DNA片段,有規律地排列固定于2 cm2的硅片、玻片等支持物上(每平方厘米點密度高于400),構成的一個二維DNA探針陣列,借助激光共聚焦顯微掃描技術對雜交信號進行實時、靈敏、準確、高效地檢測或診斷。由于常用硅芯片作為固相支持物,且在制備過程中運用了計算機芯片的制備技術,所以又稱為DNA芯片技術[2]。

1.1 基因芯片的特點

基因芯片集成大量分子探針,可同時獲取和分析大量分子信息,分析速度快,效率高。

基因芯片采用平面加工技術,可批量生產,提高集成度從而降低成本。

運用微流控技術,可把不同的生物處理和分析技術過程集成在一起,制成微型化、自動化的生物芯片,可使檢測更便捷、結果更可靠。

1.2 基因芯片的基本原理

基因芯片的基本原理是分子生物學中的核酸分子雜交測序方法,即利用核酸分子堿基之間互補配對的原理,通過各種技術手段將已知序列的核苷酸片段(分子探針)固定到固體支持物上,隨后將處理好的樣品與其進行雜交,以實現對所測樣品基因的大規模檢驗?；蛐酒夹g與其他分析基因表達譜的技術,如RNA印跡(Northernblot)、cDNA文庫序列測定、基因表達序列分析等的不同之處在于,基因芯片可以在一次實驗中同時平行分析成千上萬個基因[3]。

1.3 基因芯片的制作技術

基因芯片的制作技術主要包括四個步驟,即芯片制備、樣品制備、雜交反應、信號檢測和結果分析。

1.3.1 芯片制備 目前制備芯片主要采用表面化學的方法或組合化學的方法來處理片芯(玻璃片或硅片),然后使DNA片段或蛋白質分子按順序排列在芯片上。根據不同的制備方法,可以將基因芯片分為原位合成芯片和經點樣法將DNA片段固化于芯片表面的DNA微陣列兩種不同的類型。高密度寡核苷酸芯片制備主要采用原位合成法,低密度芯片則采用點樣法。

原位合成法是在玻璃等硬質表面上直接合成寡核苷酸探微流體通道合成法針陣列,是目前制造高密度寡核苷酸芯片最為成功的方法,目前主要有原位光控合成法(主要包括光脫保護合成技術和光敏抗蝕層并行合成技術[4]等)、原位噴印合成法、微流體通道合成法及分子印章多次壓印DNA陣列合成法[5]等,其關鍵是高空間分辨率的模板定位技術和高合成產率的DNA化學合成技術,適合制作大規模DNA探針芯片,實現高密度芯片的標準化和規?；a[6]。脫保護合成技術以美國Affymetrix公司開發的寡聚核苷酸原位光刻專利技術為代表,是生產高密度寡核苷酸基因芯片的核心關鍵技術,采用的技術原理是在合成堿基單體的5’羥基末端連上一個光敏保護基,選取適當的蔽光膜(mask)使需要聚合的部位透光,光通過蔽光膜照射到支持物上,受光部位的羥基脫保護而活化,合成所用的單體分子一端按傳統固相合成方法活化,另一端受光敏保護基的保護,所以發生偶聯的部位反應后仍舊帶有光敏保護基團。因此,每次通過控制蔽光膜決定哪些區域應被活化,以及所用單體的種類和反應次序就可以實現在待定位點合成大量預定序列寡聚體的目的。一段8個堿基的寡核苷酸有65536種排列的可能,采用此原位光刻專利技術,通過32個化學步驟,8個小時就能合成65536個探針,而如果用傳統方法合成然后點樣,那么工作量的巨大將是不可估計的。同時用該方法合成的探針陣列密度可高達到106 cm2。近年來,Affymetrix公司將光引導合成技術與半異體工業所用的光敏抗蝕技術相結合,以酸作為去保護劑,使每步產率從原來的94%增加到98%,點陣密度也增加點到1010 cm2[7]。

點樣法相比原位合成法比較簡單,只需要通過自動點樣裝置將預先制備好的寡核苷酸或cDNA等樣品點于經過特殊處理的玻璃片或其他材料上即可,主要有接觸點加法和噴墨點加法。接觸點加法針頭與芯片接觸,噴墨點加法針頭與芯片保持一定距離。該方法各技術環節均較成熟,且靈活性大,適合于研究單位根據需要自行制備點陣規模適中的基因芯片。

1.3.2 樣品制備 生物樣品一般不能直接與芯片反應,必須將樣品進行處理得到靶基因。制備和標記靶基因是基因芯片實驗流程的一個重要環節,靶基因在與芯片探針結合雜交之前需要進行分離、擴增及標記。近年來主要運用的多色熒光標記技術,可更直觀地比較不同來源樣品基因表達的差異,即把不同來源的靶基因用不同激發波長的熒光素標記,并使它們同時與基因芯片雜交,通過比較芯片上不同波長熒光的分布圖獲得不同樣品間差異表達基因的圖譜,常用的雙色熒光試劑有Cy3″dNTP和Cy5″dNTP[8]。

1.3.3 雜交反應 芯片上生物分子相互反應是生物芯片技術中重要的一步,由于芯片中基因片段的長短不同、芯片本身的用途也不同,所以分子雜交的復雜程度和具體控制條件也不同。一般選擇用熒光標記,需要一套熒光掃描及分析系統,對相應探針陣列上的熒光強度進行分析比較,從而得到待測樣品的相應信息[7]。

1.3.4 信號檢測和結果分析 目前生物探針大多采用熒光標記法,并根據各反應點的熒光信號強弱用掃描共聚焦顯微鏡讀出,目前商業化芯片掃描儀有兩類:激光共聚焦芯片掃描儀和CCD熒光掃描儀。在分析時,目的是要測量出陣列中每個點的相對熒光強度,其方法是將圖像分成對應于每個點的小塊,然后測定每個小塊中的平均熒光強度。所得熒光圖像經數字化,通過采集各反應點的熒光強弱和熒光位置,經相關軟件分析圖像,即可以獲得有關生物信息[6]。

2 基因芯片技術在微生物檢測中的應用

2.1 在食品安全檢測中的應用

食源性致病微生物和轉基因食品是兩大突出的食品安全問題。食源性致病微生物中包含細菌、病毒和真菌,傳統食源性微生物的檢測方法比較單一,通過增菌培養、分離后進行生化鑒定和血清型鑒定,相對獨立、費時費力且無法進行高通量檢測,食源性病毒的常規檢測有電鏡觀察、細胞培養、核酸雜交和酶聯免疫,其中電鏡觀察、酶聯免疫以及以PCR為主的雜交檢測由于其低靈敏度而無法用于單獨檢測[9]。而基因芯片技術,以其高靈敏度、高通量、高特異性的特點,可以一次性檢測多種致病菌,并且結果通過自動化分析,對于建立高效、靈敏的食品檢測體系有著傳統方法無可替代的優勢[10]。

含有外源基因或外源基因產物的轉基因食品自問世以來就備受爭議,轉基因食品的檢測和標識也變得越來越重要,而目前國際上還沒有統一的標準檢測方法,常用的方法主要有化學成分檢測、酶聯免疫以及以PCR為主的核酸檢測法,由于其外源基因種類繁多以及產物的復雜性使得這些方法只能針對單一檢測目標進行檢測,而基因芯片則剛好彌補了這方面的不足,因此受到了越來越多國家的重視[1]。

2.1.1 在食源性細菌檢測中的應用 大腸桿菌屬、李斯特菌屬、金黃色葡萄球菌屬、沙門氏菌屬以及副溶血弧菌屬是食源性細菌中最主要的致病菌。Joon Myong Song[11]等研究了以抗體固定化毛細管反應器和酶聯免疫反應劑陣列為基礎的縮微生物芯片系統對于大腸桿菌O157∶H7多元化的檢測,大腸桿菌O157∶H7 的最低檢測限為3個細胞單位,對于跟蹤和識別O157菌具有重要意義。Borucki等[12]成功構建了一種可準確鑒別24種近緣單核增多李斯特菌微陣列基因組芯片,與脈沖電泳分離結果保持一致。饒寶等[13]通過16S rRNA基因序列設計特異性探針,制備的基因芯片能夠在相同條件下能夠同時檢測并區分沙門氏菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。陸琳等[14]提出了一種基于遺傳算法的SNP位點的自動選擇方法,能夠準確地尋找食源性微生物的SNP位點組合,為大規模的檢測芯片探針自動設計提供了快速可靠的途徑,縮短了國境口岸致病微生物的檢測時限。黎昊雁等[15]利用可見光基因芯片技術,設計靶細菌16S rDNA和23S rDNA的通用引物,反向引物5′端標記生物素,建立的基因芯片方法可同時檢測志賀菌、耶爾森氏菌、沙門菌、臘樣芽孢桿菌、空腸彎曲菌、金黃色葡萄球菌、霍亂弧菌、副溶血性弧菌、單增李氏菌、布魯氏菌、變形桿菌、腸出血性大腸桿菌O157∶H7等12種食源性致病菌,具有很高的應用價值。唐曉敏等[16]對分離的20株細菌進行了基因芯片的雜交檢測,并用傳統方法對這些菌株進行了鑒定,基因芯片檢測結果與傳統方法鑒定結果的一致性為95%,并對一個未知菌種,可以在4 h內完成菌種判定。李禾等[17]建立一種運用多重PCR和基因芯片技術檢測和鑒定傷寒沙門氏菌、痢疾桿菌和單核細胞增生利斯特菌的方法,該方法快速、準確、特異性高、重復性好,為3種腸道致病菌的快速檢測和鑒定提供了新方法和新思路。

2.1.2 在食源性病毒檢測中的應用 食品微生物污染主要由食源性致病微生物引起,而人類腹瀉性傳染病大多源于食源性病毒感染。張捷、許美玲[18]等通過分子馬達生物傳感器技術聯合基因芯片技術建立一種特異、便捷、快速的食源性輪狀病毒檢測方法,可在1 h內迅速檢測出食源性輪狀病毒。Lee等[19]建立了一種基因芯片檢測技術可同時檢測7種奶牛乳房炎常見病原微生物(金黃色葡萄球菌、乳房鏈球菌、牛棒狀桿菌、牛支原體、牛鏈球菌、停乳鏈球菌和無乳鏈球菌),該基因芯片能在6 h內完成整個檢測過程,且靈敏度高,目前已成功應用于臨床。陳廣全[20]建立了檢測5種食源性病毒(諾如病毒、輪狀病毒、甲肝病毒、星狀病毒和脊髓灰質炎病)的基因芯片,其靈敏度與熒光PCR 方法基本一致。

2.1.3 在轉基因食品檢測中的應用 各國的轉基因食品檢測體系多采用CaMV35s 啟動子與NOS終止子聯合檢測的方法。 德國專門從事農作物的基因研究Gene-Scan Gmb H 公司,早已開發出大豆、玉米、油菜、西紅柿和土豆等植物的基因芯片。成曉維[21]等選取9 種常見轉基因食品外源基因,制備一種可視芯片,可以一次檢測出5 種的常見轉基因植物(轉基因玉米、大豆、水稻、油菜、小麥),該方法靈敏度可達0.1%,同時擺脫了基因芯片在雜交結果分析階段對熒光掃描儀的依賴,雜交結果明顯直觀。說明基因芯片技術檢測范圍廣、靈敏度高,具有廣闊的應用前景

2.2 在病源微生物檢測中的應用

現在具有多種血清學和分子生物學技術用于病原體檢測,如:ELISA、IFA等,但是幾乎沒有任何有效方法能夠在感染早期確認多種的感染傳染性致病微生物的檢測方法。基于基因芯片的分子檢測技術對微生物的檢測是具有特異性,能夠快速準確的檢測病源性微生物,此外該技術還成功用于幾種未知病毒性疾病的鑒別[22-24]。

Sun等[24]報道了一種將基于磁珠法的可視化基因芯片技術用于檢測7種腸道病原體的方法,結果顯示該方法具有良好的特異性和重復性,檢測靈敏度達25 ng/μL,但僅能檢測有限的腸道病毒(輪狀病毒和諾如病毒),后來彭賢慧[25]等人優化了該方法,建立一種能同時檢測10種腸道病毒的可視化基因芯片法,可檢測出不低于102拷貝/μL的體外轉錄RNA,30例臨床標本的芯片檢測結果也與熒光PCR法一致,為腸道病毒診斷提供實驗室依據。崔鶴馨[26]等人建立一種可同時檢測鼻病毒、呼吸道合胞病毒以及腺病毒的基因芯片方法,3種病毒的最低拷貝數分別是2.59×102、2.21×101和2.05×102個/μL,可特異性檢測樣品中低滴度的鼻病毒、呼吸道合胞病毒以及腺病毒,為臨床提供確診依據。田玉旺[27]等人將導流雜交基因芯片技術[28-29]應用于女性生殖道人乳頭狀瘤病毒(HPV)感染檢測中,一次實驗即可聯合檢測出多種HPV亞型感染及型別分布,從而提高由HPV感染引起的婦科腫瘤的防治水平。

2.3 在環境微生物分析中的應用

基因芯片技術與傳統的雜交方法相比較,具有高密度、快速檢測、基于多熒光素標記的平行檢測等多種優勢,是微生物群落的定性和對其在自然環境中的種群的檢測有效方法[30]。微生物的生態多樣性對于生態系統功能的發揮[31]以及微生物在環境中的活動變化[32]都是環境學者研究的一個重要課題[33]。

Kellya[34]等制備了一種基因檢測芯片,與從工業廢水處理廠收集樣品提取并通過羥自由基的方法標記核酸的rRNAs,進行雜交,證明了硝化細菌可以借助不需要PCR擴增的芯片雜交來直接檢測到。生態學家周集中[35]等研發的基于隨機矩陣理論(random matrix theory,RMT)分子生態學網絡(molecular ecological networks,MENs)研究實現了在整體水平上研究某種功能基因的歸類和分組地位、功能基因特征及群落關系,為微生物生態學研究開啟了新的方向。申麗[36]等利用基因芯片技術對硫化礦浸出過程微生物的基因功能與群落結構進行了分析研究,對生物冶金技術有很高的理論價值。

3 待解決的問題

人類基因計劃的完成和各種病原微生物基因組測序分析使得在分子水平對病原體進行檢測和致病機理的研究成為可能[37],人類已經進入這種大通量、大規模、大范圍的基因研究階段[38],傳統的測序方法已經不能滿足深度測序和重復測序等大規?；蚪M測序的需求，因此具有高通量、快速、靈敏特點的基因芯片應用會更加廣泛。但是,基因芯片技術仍面臨著一系列有待解決的問題:基因芯片檢測不僅需要昂貴的芯片制作系統,而且需要昂貴的激光共聚焦掃描儀,高昂的價格嚴重限制了這種芯片技術的普及應用[39];操作復雜、費時,對操作人員的專業素質要求比較高同時面臨芯片的標準化問題,即如何將不同實驗室、不同操作人員做出的結果進行統一化、標準化的問題,這也是限制其普及應用的障礙之一;其他新型的基因測序技術,如納米孔測序技術得逐漸興起,可逐步代替基因芯片技術。牛津納米孔公司(Oxford Nanopore)的納米孔技術也是致力于取消光學設施和無需進行DNA擴增,他們以檢測跨越納米孔的導電性變化來進行測序。掃描隧道電子顯微鏡(Scanning Tunneling Electron Microscope,TEM),熒光共振能量轉換(Fluorescence Resonance Energy Transfer,FRET),單分子檢測(Single-molecule Detection)和蛋白質納米孔(Protein Nonopores)的應用。

4 展望

基因芯片的最終發展目標是建立芯片實驗室(Lab-on-a-Chip),又叫做微流控芯片。微流控芯片的誕生是伴隨著現代分析科學技術的不斷發展與進步而出現的,目的是通過分析設備的微型化與集成化,最大限度地將分析實驗室的功能轉移到便攜的分析設備中,將生化分析的許多過程與步驟,即生化分析實驗室的“功能集成結構縮微”在幾平方厘米左右(或更小的芯片上,具有檢測速度快、試樣用量少、通量高等顯著的特點,是最大限度地把采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等分析功能集成為一體的微型全分析系統。早在2005年就已經出現微流控技術平臺上的三個主要產品:Agilent 2100 Bioanalyzer/5100 Automated Lab-on-a-Chip和HPLC-Chip可以成功實現生物蛋白樣品的分離和富集。在食品安全監測方面,基因芯片正向著簡單化、標準化、全面化方向發展,預計在不久的將來,一張基因芯片便可實現全部微生物的檢測,并且實現定量分析,同時可能在轉基因和食品添加劑檢測中實現可以隨時進行多通量定性和定量,從而為食品工業帶來一場革命。

相信隨著芯片制作及雜交條件的不斷升級換代,在進入后基因時代的如今,基因芯片技術必將得到更廣闊的發展空間。

[1]徐炳森,邵建忠. 幾種新型生物芯片的研究進展[J]. 生物化學與生物物理進展,2000,27(3):251-254.

[2]白麗榮. 生物芯片技術及其應用概述[J]. 生物學教學,2003,28(12):7-8.

[3]Robers s s,Mori m,Pattee p,et al. GABA ergic system gene expression predicts clinical outcome in patients with neuroblastoma[J]. J Clin Onco,2004,22(20):4127-4134.

[4]McGall G,Labadie J,Brock P,et al. Light-directed synthesis of high-density oligonucleotide arrays using semiconductor photoresists[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences,1996,93(24):13555-13560.

[5]Ramsay G. DNA chips:state-of-the art[J]. Nature biotechnology,1998,16(1):40-44.

[6]王洪水,侯相山. 基因芯片技術研究進展[J]. 安徽農業科學,2007,35(8):2241-2243.

[7]王娟. 生物芯片的微制備技術研究[D]. 吉林:吉林大學,2012.

[8]許樹成. 生物芯片技術研究的現狀與進展[J]. 阜陽師范學院學報:自然科學版,2003,20(3):43-45.

[9]楊喻曉,張瓅文,丁美會等. 基因芯片技術在食品安全檢測中的應用[J]. 糧油食品科技,2009,17(1):68-70.

[10]陳雙雅,張永祥. 基因芯片在食品微生物檢測中的應用[J]. 食品工業科技,2008(4):314-316.

[11]Song,Joon Myong. A compact CMOS biochip immunosensor towards the detection of a single bacteria[J]. Biosensors and Bioelectronics,2011,(2005):2203-2209.

[12]Borucki M K,Krug M J,Muraoka W T,et al. Discrimination among Listeria monocytogenes isolates using a mixed genome DNA microarray[J]. Veterinary microbiology,2003,92(4):351-362.

[13]饒寶,唐桂芬,劉玲玲,等. 沙門氏菌,金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的基因芯片檢測技術研究[J]. 鄭州牧業工程高等?？茖W校學報,2012,32(3):3-5.

[14]陸琳,劉國傳,孫福軍. 國境口岸食源性微生物檢測基因芯片探針設計新方法的研究[J]. 中國國境衛生檢疫雜志,2009,32(5):400-403.

[15]黎昊雁,章國祥. 十二種食源性致病菌可見光基因芯片檢測方法的建立[J]. 檢驗檢疫學刊,2009,3(19):17-21.

[16]唐曉敏,高志賢. 基因芯片快速檢測常見水中致病菌的初步應用研究[J]. 解放軍預防醫學雜志,2003,21(2):94-96.

[17]李禾,徐琦，吳忠華，等. 基因芯片技術檢測3種腸道病原微生物方法的建立[J]. 生物技術通訊,2007,18(3):441-445.

[18]張捷,許美玲,王璇,等. 分子馬達生物傳感器檢測食源性輪狀病毒[J]. 生物工程學報,2013,29(5):681-690.

[19]Lee KH,JW Lee,S W Wang,et al. Development of a novel biochip for rapid multiplex detection of seven mastitis-causing pathogens in bovine milk samples[J]. J Vet Diagn Invest,2008,20(4):463-471.

[20]陳廣全,曾靜,張惠媛，等. 食源性致病病毒基因芯片方法檢測[J]. 中國公共衛生,2008,(5):635-637.

[21]成曉維,王小玉,胡松楠，等. 可視芯片檢測大豆、水稻和玉米中的轉基因成分[J]. 現代食品科技,2013(3):654-659.

[22]Mihindukulasuriya K A,Wu G,Leger J S,et al. Identification of a novel coronavirus from a beluga whale by using a panviral microarray[J]. Journal of virology,2008,82(10):5084-5088.

[23]Wang D,Urisman A,Liu Y T,et al. Viral discovery and sequence recovery using DNA microarrays[J]. PLoS biology,2003,1(2):2.

[24]Sun H,Mo Q H,Lin J C,et al. Rapid simultaneous screening of seven clinically important enteric pathogens using a magnetic bead based DNA microarray[J]. World Journal of Microbiology and Biotechnology,2011,27(1):163-169.

[25]彭賢慧,劉琪琦,陳蘇紅，等. 可視化基因芯片技術檢測腸道病毒方法的建立[J]. 軍事醫學,2012,36(4):299-303.

[26]崔鶴馨,田明堯,姜慶利，等. 3種常見呼吸道病毒檢測基因芯片的制備[J]. 中國病原生物學雜志,2013,2:6.

[27]田玉旺,許春偉,王東陽，等. 導流雜交基因芯片技術在女性生殖道人乳頭狀瘤病毒(HPV)感染檢測中的應用價值[J].解放軍醫藥雜志,2014,26(5):86-90.

[28]Tao P,Bian M,OU H,et al. Department of Obstetrics and Gynecology,China-Japan Friendship Hospital,Beijing 100029,China;Application research on the flow-through hybridization and gene chip in human papillomavirus detection[J]. Chinese Journal of Obstetrics and Gynecology,2006,1(41):43-47.

[29]Ah Lee S,Kang D,Soo Seo S,et al. Multiple HPV infection in cervical cancer screened by HPV DNA ChipTM[J]. Cancer letters,2003,198(2):187-192.

[30]任國領,黃永紅. 基因芯片技術在環境微生物分子生態學研究中的應用[J]. 大慶師范學院學報,2012,31(6):101-104.

[31]Wu,LY,Liu. Microarray-based analysis of subnanogram quantities of microbial community DNAs by using whole-community genome amplification[J]. 中國生物學文摘,2007(8):3-5.

[32]Deng Y,Jiang Y,Yang Y,et al. Molecular ecological network analyses[J]. BMC Bioinformatics,2012,13:113-133.

[33]Danovaro R,Corinaldesi C,Dell’Anno A,et al. Marine viruses and global climate change[J]. FEMS Microbiology Reviews,2011,35(6):993-1034.

[34]John J Kellya,lil Siripongb,John McCormacka,et al. DNA microarray detection of nitrifying bacterial 16S rRNA in wastewater treatment plant samples[J]. Water Research,2005,39(14):3229-3238.

[35]J Zhou,Y Deng,F Luo,et al. Functional Molecular Ecological Networks[J].Mbio,2010,1(4):169-170.

[36]申麗,劉學端,邱冠周. 基于基因芯片對微生物基因功能與群落結構分析的硫化礦生物浸出分析[J].生物工程學報,2008,24(6):968-974.

[37]楊全鳳. 基因芯片技術在微生物檢測中的應用研究[J]. 中國醫藥指南,2012,10(2):67-68.

[38]Song,Tang J W,Wang B,et al. Identify lymphatic metastasis-associated genes in mouse hepatocarcinoma cell lines using genechip[J]. World J Gastroenterol,2005,1(10):463-472.

[39]張奇志,鄧歡英. 生物芯片技術在食品檢測中的應用[J].食品研究與開發,2006(8):206-209.

我國杜仲膠產業的發展亟需國家政策和科技專項支持

天然杜仲膠是我國獨有的戰略資源。世界上2000種含膠植物中，絕大部分植物僅含順式異戊橡膠，含有反式異戊橡膠的植物則非常稀少。天然杜仲膠正是典型的反式異戊橡膠，其獨有的抗沖擊、抗疲勞、耐磨、形狀記憶、密封以及透X光等性能，使其可廣泛應用于交通、醫療、軍工、體育等領域。

我國橡膠消耗量已經連續13年居世界首位，2014年天然橡膠表觀消費量約495萬噸，自給率不足20%。發展天然杜仲膠資源不僅是破解我國天然橡膠嚴重不足的重要途徑，也是實施橡膠強國戰略的重要組成部分?！笆濉逼陂g，對于杜仲膠產業的發展國家應給予政策和科技專項的支持。

杜仲膠的開發及應用受到美、日等國的高度關注。已有公司和大學先后得到日本經濟產業省和日本新能源及產業技術綜合開發機構的資助，開展了杜仲膠提取和應用開發的系列研究，并已申請多項專利。美國也有公司已將合成杜仲膠應用于高端輪胎的商業化制造。相比之下，我國對杜仲膠的高效提取和應用仍處于弱勢。

支持杜仲膠高效綠色提取和應用開發關鍵技術全生物酶解杜仲膠生物提取技術是目前行業普遍認為最有前途的提取技術。目前國內只有極少數高校在進行杜仲酶學特性研究及利用生物酶降解杜仲植物組織的理論研究和工藝開發，由于缺乏經費和試驗條件，進展遲緩。急需國家提供資金支持和組織力量開展聯合攻關，開發無污染、高效率杜仲膠生物酶解提取技術及其裝備。

鑒于我國杜仲膠機理基礎研究還很薄弱，嚴重制約了杜仲膠的應用開發進度。建議將杜仲膠高效提取和應用開發列入國家重點專項給予科技支持。集中科研力量開展重點攻關，尤其要攻克杜仲膠應用于綠色輪胎制造的關鍵技術。

我國合成杜仲膠產品2014年已經批量供給美國用于高端輪胎的制造，而在輪胎及其他領域的應用仍然處于試驗階段。因此建議國家對杜仲膠使用單位實施應用風險補償機制，鼓勵更多企業積極進行應用試驗，盡早實現商業化應用，帶動杜仲膠的規模化發展。

將杜仲膠列入新材料產業“十三五”重點產品目錄建議將杜仲膠列入新材料產業“十三五”重點產品目錄，為杜仲膠生產和應用企業和研究機構提供更多獲取國家政策和資金支持的機會。

來源：慧聰食品工業網

Research of application and development of gene chip in microbiology detection

WANG Yun-zhao,HU Wen-zhong*,LI Ting-ting,MU Shi-yang

(College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China)

Gene chip technology is a kind of cutting-edge biological trace analysis technologies,which is high efficient,rapid and sensitive. Also,it has the advantages of high automation degree,better repeatability and reliable results. It has a wide range of applications in various fields such as biology,environics and food security. The theory and preparative technique of gene chips were mainly summarized. Besides,the application and development of microbial detection were described.

gene chip;application;microbiology detection

2014-10-27

王運照(1988-)，男，在讀碩士，研究方向：食品加工與質量安全控制,E-mail：lg261752@sina.com 。

*通訊作者:胡文忠(1959-)，男，博士，教授，研究方向：食品科學,E-mail：hwz@dlnu.edu.cn。

TS207

A

1002-0306(2015)15-0396-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.075