基因芯片在微生物檢測中的應(yīng)用及發(fā)展概況

王運(yùn)照,胡文忠,李婷婷,穆師洋

(大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

基因芯片在微生物檢測中的應(yīng)用及發(fā)展概況

王運(yùn)照,胡文忠*,李婷婷,穆師洋

(大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

基因芯片檢測技術(shù)作為一種前沿生物微量分析技術(shù),不僅高效、快速、靈敏,而且自動(dòng)化程度高、重復(fù)性好、結(jié)果可靠,在生物學(xué)、環(huán)境學(xué)和食品安全學(xué)等各領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,本文主要綜述了基因芯片的原理和制備技術(shù),并對微生物的檢測應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r做了一些介紹。

基因芯片,應(yīng)用,微生物檢測

隨著微生物在食品安全學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境學(xué)扮演的角色越來越重要,高度信息化、快捷化的現(xiàn)代社會(huì)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(dòng)化和信息化技術(shù)特點(diǎn)的基因芯片順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,成為微生物檢測中一個(gè)有效的手段。該技術(shù)不僅可以對遺傳信息進(jìn)行定性、定量分析,而且是鑒別有害微生物和轉(zhuǎn)基因成分最有效的手段之一[1],成為應(yīng)用于醫(yī)療、食品和環(huán)境中微生物的檢測和鑒別的重要技術(shù)[2]。由于芯片技術(shù)的迅猛發(fā)展,目前在食品安全學(xué)中,基因芯片是檢測食源性細(xì)菌、食源性病毒、轉(zhuǎn)基因食品的高效檢測手段,同時(shí)在環(huán)境生態(tài)學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域近幾年都有所突破。對于近幾年來有關(guān)基因芯片的研究需要進(jìn)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(shù)的發(fā)展,并對基因芯片今年來的發(fā)展做了一些介紹,尤其在食品安全學(xué)方面利用基因芯片取得的進(jìn)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(jì)90年代初發(fā)展起來的一種全新的微量分析技術(shù),通過設(shè)計(jì)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(shù)對雜交進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,具有很高的應(yīng)用價(jià)值?；蛐酒母拍顏碓从谟?jì)算機(jī)芯片,將大量探針分子固定于支持物上后與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交,通過檢測每個(gè)探針分子的雜交信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)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(shù)以萬計(jì)、乃至百萬計(jì)的特定序列的DNA片段,有規(guī)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(diǎn)密度高于400),構(gòu)成的一個(gè)二維DNA探針陣列,借助激光共聚焦顯微掃描技術(shù)對雜交信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)、靈敏、準(zhǔn)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(yùn)用了計(jì)算機(jī)芯片的制備技術(shù),所以又稱為DNA芯片技術(shù)[2]。

1.1 基因芯片的特點(diǎn)

基因芯片集成大量分子探針,可同時(shí)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(shù),可批量生產(chǎn),提高集成度從而降低成本。

運(yùn)用微流控技術(shù),可把不同的生物處理和分析技術(shù)過程集成在一起,制成微型化、自動(dòng)化的生物芯片,可使檢測更便捷、結(jié)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(xué)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(bǔ)配對的原理,通過各種技術(shù)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(jìn)行雜交,以實(shí)現(xiàn)對所測樣品基因的大規(guī)模檢驗(yàn)?；蛐酒夹g(shù)與其他分析基因表達(dá)譜的技術(shù),如RNA印跡(Northernblot)、cDNA文庫序列測定、基因表達(dá)序列分析等的不同之處在于,基因芯片可以在一次實(shí)驗(yàn)中同時(shí)平行分析成千上萬個(gè)基因[3]。

1.3 基因芯片的制作技術(shù)

基因芯片的制作技術(shù)主要包括四個(gè)步驟,即芯片制備、樣品制備、雜交反應(yīng)、信號(hào)檢測和結(jié)果分析。

1.3.1 芯片制備 目前制備芯片主要采用表面化學(xué)的方法或組合化學(xué)的方法來處理片芯(玻璃片或硅片),然后使DNA片段或蛋白質(zhì)分子按順序排列在芯片上。根據(jù)不同的制備方法,可以將基因芯片分為原位合成芯片和經(jīng)點(diǎn)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(diǎn)樣法。

原位合成法是在玻璃等硬質(zhì)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(hù)合成技術(shù)和光敏抗蝕層并行合成技術(shù)[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(guān)鍵是高空間分辨率的模板定位技術(shù)和高合成產(chǎn)率的DNA化學(xué)合成技術(shù),適合制作大規(guī)模DNA探針芯片,實(shí)現(xiàn)高密度芯片的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)[6]。脫保護(hù)合成技術(shù)以美國Affymetrix公司開發(fā)的寡聚核苷酸原位光刻專利技術(shù)為代表,是生產(chǎn)高密度寡核苷酸基因芯片的核心關(guān)鍵技術(shù),采用的技術(shù)原理是在合成堿基單體的5’羥基末端連上一個(gè)光敏保護(hù)基,選取適當(dāng)?shù)谋喂饽?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(hù)而活化,合成所用的單體分子一端按傳統(tǒng)固相合成方法活化,另一端受光敏保護(hù)基的保護(hù),所以發(fā)生偶聯(lián)的部位反應(yīng)后仍舊帶有光敏保護(hù)基團(tuán)。因此,每次通過控制蔽光膜決定哪些區(qū)域應(yīng)被活化,以及所用單體的種類和反應(yīng)次序就可以實(shí)現(xiàn)在待定位點(diǎn)合成大量預(yù)定序列寡聚體的目的。一段8個(gè)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(shù),通過32個(gè)化學(xué)步驟,8個(gè)小時(shí)就能合成65536個(gè)探針,而如果用傳統(tǒng)方法合成然后點(diǎn)樣,那么工作量的巨大將是不可估計(jì)的。同時(shí)用該方法合成的探針陣列密度可高達(dá)到106 cm2。近年來,Affymetrix公司將光引導(dǎo)合成技術(shù)與半異體工業(yè)所用的光敏抗蝕技術(shù)相結(jié)合,以酸作為去保護(hù)劑,使每步產(chǎn)率從原來的94%增加到98%,點(diǎn)陣密度也增加點(diǎn)到1010 cm2[7]。

點(diǎn)樣法相比原位合成法比較簡單,只需要通過自動(dòng)點(diǎn)樣裝置將預(yù)先制備好的寡核苷酸或cDNA等樣品點(diǎn)于經(jīng)過特殊處理的玻璃片或其他材料上即可,主要有接觸點(diǎn)加法和噴墨點(diǎn)加法。接觸點(diǎn)加法針頭與芯片接觸,噴墨點(diǎn)加法針頭與芯片保持一定距離。該方法各技術(shù)環(huán)節(jié)均較成熟,且靈活性大,適合于研究單位根據(jù)需要自行制備點(diǎn)陣規(guī)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(yīng),必須將樣品進(jìn)行處理得到靶基因。制備和標(biāo)記靶基因是基因芯片實(shí)驗(yàn)流程的一個(gè)重要環(huán)節(jié),靶基因在與芯片探針結(jié)合雜交之前需要進(jìn)行分離、擴(kuò)增及標(biāo)記。近年來主要運(yùn)用的多色熒光標(biāo)記技術(shù),可更直觀地比較不同來源樣品基因表達(dá)的差異,即把不同來源的靶基因用不同激發(fā)波長的熒光素標(biāo)記,并使它們同時(shí)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(dá)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(yīng) 芯片上生物分子相互反應(yīng)是生物芯片技術(shù)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(fù)雜程度和具體控制條件也不同。一般選擇用熒光標(biāo)記,需要一套熒光掃描及分析系統(tǒng),對相應(yīng)探針陣列上的熒光強(qiáng)度進(jìn)行分析比較,從而得到待測樣品的相應(yīng)信息[7]。

1.3.4 信號(hào)檢測和結(jié)果分析 目前生物探針大多采用熒光標(biāo)記法,并根據(jù)各反應(yīng)點(diǎn)的熒光信號(hào)強(qiáng)弱用掃描共聚焦顯微鏡讀出,目前商業(yè)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(shí),目的是要測量出陣列中每個(gè)點(diǎn)的相對熒光強(qiáng)度,其方法是將圖像分成對應(yīng)于每個(gè)點(diǎn)的小塊,然后測定每個(gè)小塊中的平均熒光強(qiáng)度。所得熒光圖像經(jīng)數(shù)字化,通過采集各反應(yīng)點(diǎn)的熒光強(qiáng)弱和熒光位置,經(jīng)相關(guān)軟件分析圖像,即可以獲得有關(guān)生物信息[6]。

2 基因芯片技術(shù)在微生物檢測中的應(yīng)用

2.1 在食品安全檢測中的應(yīng)用

食源性致病微生物和轉(zhuǎn)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(xì)菌、病毒和真菌,傳統(tǒng)食源性微生物的檢測方法比較單一,通過增菌培養(yǎng)、分離后進(jìn)行生化鑒定和血清型鑒定,相對獨(dú)立、費(fèi)時(shí)費(fèi)力且無法進(jìn)行高通量檢測,食源性病毒的常規(guī)檢測有電鏡觀察、細(xì)胞培養(yǎng)、核酸雜交和酶聯(lián)免疫,其中電鏡觀察、酶聯(lián)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(dú)檢測[9]。而基因芯片技術(shù),以其高靈敏度、高通量、高特異性的特點(diǎn),可以一次性檢測多種致病菌,并且結(jié)果通過自動(dòng)化分析,對于建立高效、靈敏的食品檢測體系有著傳統(tǒng)方法無可替代的優(yōu)勢[10]。

含有外源基因或外源基因產(chǎn)物的轉(zhuǎn)基因食品自問世以來就備受爭議,轉(zhuǎn)基因食品的檢測和標(biāo)識(shí)也變得越來越重要,而目前國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法,常用的方法主要有化學(xué)成分檢測、酶聯(lián)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(chǎn)物的復(fù)雜性使得這些方法只能針對單一檢測目標(biāo)進(jìn)行檢測,而基因芯片則剛好彌補(bǔ)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(xì)菌檢測中的應(yīng)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(xì)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(xì)管反應(yīng)器和酶聯(lián)免疫反應(yīng)劑陣列為基礎(chǔ)的縮微生物芯片系統(tǒng)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(gè)細(xì)胞單位,對于跟蹤和識(shí)別O157菌具有重要意義。Borucki等[12]成功構(gòu)建了一種可準(zhǔn)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(jié)果保持一致。饒寶等[13]通過16S rRNA基因序列設(shè)計(jì)特異性探針,制備的基因芯片能夠在相同條件下能夠同時(shí)檢測并區(qū)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(diǎn)的自動(dòng)選擇方法,能夠準(zhǔn)確地尋找食源性微生物的SNP位點(diǎn)組合,為大規(guī)模的檢測芯片探針自動(dòng)設(shè)計(jì)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(shí)限。黎昊雁等[15]利用可見光基因芯片技術(shù),設(shè)計(jì)靶細(xì)菌16S rDNA和23S rDNA的通用引物,反向引物5′端標(biāo)記生物素,建立的基因芯片方法可同時(shí)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(yīng)用價(jià)值。唐曉敏等[16]對分離的20株細(xì)菌進(jìn)行了基因芯片的雜交檢測,并用傳統(tǒng)方法對這些菌株進(jìn)行了鑒定,基因芯片檢測結(jié)果與傳統(tǒng)方法鑒定結(jié)果的一致性為95%,并對一個(gè)未知菌種,可以在4 h內(nèi)完成菌種判定。李禾等[17]建立一種運(yùn)用多重PCR和基因芯片技術(shù)檢測和鑒定傷寒沙門氏菌、痢疾桿菌和單核細(xì)胞增生利斯特菌的方法,該方法快速、準(zhǔn)確、特異性高、重復(fù)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(yīng)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(dá)生物傳感器技術(shù)聯(lián)合基因芯片技術(shù)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(nèi)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(shù)可同時(shí)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(nèi)完成整個(gè)檢測過程,且靈敏度高,目前已成功應(yīng)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(zhì)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(zhuǎn)基因食品檢測中的應(yīng)用 各國的轉(zhuǎn)基因食品檢測體系多采用CaMV35s 啟動(dòng)子與NOS終止子聯(lián)合檢測的方法。 德國專門從事農(nóng)作物的基因研究Gene-Scan Gmb H 公司,早已開發(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)基因植物(轉(zhuǎn)基因玉米、大豆、水稻、油菜、小麥),該方法靈敏度可達(dá)0.1%,同時(shí)擺脫了基因芯片在雜交結(jié)果分析階段對熒光掃描儀的依賴,雜交結(jié)果明顯直觀。說明基因芯片技術(shù)檢測范圍廣、靈敏度高,具有廣闊的應(yīng)用前景

2.2 在病源微生物檢測中的應(yīng)用

現(xiàn)在具有多種血清學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)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(rèn)多種的感染傳染性致病微生物的檢測方法?；诨蛐酒姆肿訖z測技術(shù)對微生物的檢測是具有特異性,能夠快速準(zhǔn)確的檢測病源性微生物,此外該技術(shù)還成功用于幾種未知病毒性疾病的鑒別[22-24]。

Sun等[24]報(bào)道了一種將基于磁珠法的可視化基因芯片技術(shù)用于檢測7種腸道病原體的方法,結(jié)果顯示該方法具有良好的特異性和重復(fù)性,檢測靈敏度達(dá)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(yōu)化了該方法,建立一種能同時(shí)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(zhuǎn)錄RNA,30例臨床標(biāo)本的芯片檢測結(jié)果也與熒光PCR法一致,為腸道病毒診斷提供實(shí)驗(yàn)室依據(jù)。崔鶴馨[26]等人建立一種可同時(shí)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(shù)分別是2.59×102、2.21×101和2.05×102個(gè)/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(jù)。田玉旺[27]等人將導(dǎo)流雜交基因芯片技術(shù)[28-29]應(yīng)用于女性生殖道人乳頭狀瘤病毒(HPV)感染檢測中,一次實(shí)驗(yàn)即可聯(lián)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(huán)境微生物分析中的應(yīng)用

基因芯片技術(shù)與傳統(tǒng)的雜交方法相比較,具有高密度、快速檢測、基于多熒光素標(biāo)記的平行檢測等多種優(yōu)勢,是微生物群落的定性和對其在自然環(huán)境中的種群的檢測有效方法[30]。微生物的生態(tài)多樣性對于生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮[31]以及微生物在環(huán)境中的活動(dòng)變化[32]都是環(huán)境學(xué)者研究的一個(gè)重要課題[33]。

Kellya[34]等制備了一種基因檢測芯片,與從工業(yè)廢水處理廠收集樣品提取并通過羥自由基的方法標(biāo)記核酸的rRNAs,進(jìn)行雜交,證明了硝化細(xì)菌可以借助不需要PCR擴(kuò)增的芯片雜交來直接檢測到。生態(tài)學(xué)家周集中[35]等研發(fā)的基于隨機(jī)矩陣?yán)碚?random matrix theory,RMT)分子生態(tài)學(xué)網(wǎng)絡(luò)(molecular ecological networks,MENs)研究實(shí)現(xiàn)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(guān)系,為微生物生態(tài)學(xué)研究開啟了新的方向。申麗[36]等利用基因芯片技術(shù)對硫化礦浸出過程微生物的基因功能與群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究,對生物冶金技術(shù)有很高的理論價(jià)值。

3 待解決的問題

人類基因計(jì)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(jìn)行檢測和致病機(jī)理的研究成為可能[37],人類已經(jīng)進(jìn)入這種大通量、大規(guī)模、大范圍的基因研究階段[38],傳統(tǒng)的測序方法已經(jīng)不能滿足深度測序和重復(fù)測序等大規(guī)?；蚪M測序的需求，因此具有高通量、快速、靈敏特點(diǎn)的基因芯片應(yīng)用會(huì)更加廣泛。但是,基因芯片技術(shù)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(tǒng),而且需要昂貴的激光共聚焦掃描儀,高昂的價(jià)格嚴(yán)重限制了這種芯片技術(shù)的普及應(yīng)用[39];操作復(fù)雜、費(fèi)時(shí),對操作人員的專業(yè)素質(zhì)要求比較高同時(shí)面臨芯片的標(biāo)準(zhǔn)化問題,即如何將不同實(shí)驗(yàn)室、不同操作人員做出的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的問題,這也是限制其普及應(yīng)用的障礙之一;其他新型的基因測序技術(shù),如納米孔測序技術(shù)得逐漸興起,可逐步代替基因芯片技術(shù)。牛津納米孔公司(Oxford Nanopore)的納米孔技術(shù)也是致力于取消光學(xué)設(shè)施和無需進(jìn)行DNA擴(kuò)增,他們以檢測跨越納米孔的導(dǎo)電性變化來進(jìn)行測序。掃描隧道電子顯微鏡(Scanning Tunneling Electron Microscope,TEM),熒光共振能量轉(zhuǎn)換(Fluorescence Resonance Energy Transfer,FRET),單分子檢測(Single-molecule Detection)和蛋白質(zhì)納米孔(Protein Nonopores)的應(yīng)用。

4 展望

基因芯片的最終發(fā)展目標(biāo)是建立芯片實(shí)驗(yàn)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(xiàn)代分析科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步而出現(xiàn)的,目的是通過分析設(shè)備的微型化與集成化,最大限度地將分析實(shí)驗(yàn)室的功能轉(zhuǎn)移到便攜的分析設(shè)備中,將生化分析的許多過程與步驟,即生化分析實(shí)驗(yàn)室的“功能集成結(jié)構(gòu)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(diǎn),是最大限度地把采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測等分析功能集成為一體的微型全分析系統(tǒng)。早在2005年就已經(jīng)出現(xiàn)微流控技術(shù)平臺(tái)上的三個(gè)主要產(chǎn)品:Agilent 2100 Bioanalyzer/5100 Automated Lab-on-a-Chip和HPLC-Chip可以成功實(shí)現(xiàn)生物蛋白樣品的分離和富集。在食品安全監(jiān)測方面,基因芯片正向著簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化、全面化方向發(fā)展,預(yù)計(jì)在不久的將來,一張基因芯片便可實(shí)現(xiàn)全部微生物的檢測,并且實(shí)現(xiàn)定量分析,同時(shí)可能在轉(zhuǎn)基因和食品添加劑檢測中實(shí)現(xiàn)可以隨時(shí)進(jìn)行多通量定性和定量,從而為食品工業(yè)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(jìn)入后基因時(shí)代的如今,基因芯片技術(shù)必將得到更廣闊的發(fā)展空間。

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我國杜仲膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亟需國家政策和科技專項(xiàng)支持

天然杜仲膠是我國獨(dú)有的戰(zhàn)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(dú)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(yīng)用于交通、醫(yī)療、軍工、體育等領(lǐng)域。

我國橡膠消耗量已經(jīng)連續(xù)13年居世界首位，2014年天然橡膠表觀消費(fèi)量約495萬噸，自給率不足20%。發(fā)展天然杜仲膠資源不僅是破解我國天然橡膠嚴(yán)重不足的重要途徑，也是實(shí)施橡膠強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要組成部分。“十三五”期間，對于杜仲膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展國家應(yīng)給予政策和科技專項(xiàng)的支持。

杜仲膠的開發(fā)及應(yīng)用受到美、日等國的高度關(guān)注。已有公司和大學(xué)先后得到日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和日本新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)的資助，開展了杜仲膠提取和應(yīng)用開發(fā)的系列研究，并已申請多項(xiàng)專利。美國也有公司已將合成杜仲膠應(yīng)用于高端輪胎的商業(yè)化制造。相比之下，我國對杜仲膠的高效提取和應(yīng)用仍處于弱勢。

支持杜仲膠高效綠色提取和應(yīng)用開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)全生物酶解杜仲膠生物提取技術(shù)是目前行業(yè)普遍認(rèn)為最有前途的提取技術(shù)。目前國內(nèi)只有極少數(shù)高校在進(jìn)行杜仲酶學(xué)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(fā)，由于缺乏經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)條件，進(jìn)展遲緩。急需國家提供資金支持和組織力量開展聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)無污染、高效率杜仲膠生物酶解提取技術(shù)及其裝備。

鑒于我國杜仲膠機(jī)理基礎(chǔ)研究還很薄弱，嚴(yán)重制約了杜仲膠的應(yīng)用開發(fā)進(jìn)度。建議將杜仲膠高效提取和應(yīng)用開發(fā)列入國家重點(diǎn)專項(xiàng)給予科技支持。集中科研力量開展重點(diǎn)攻關(guān)，尤其要攻克杜仲膠應(yīng)用于綠色輪胎制造的關(guān)鍵技術(shù)。

我國合成杜仲膠產(chǎn)品2014年已經(jīng)批量供給美國用于高端輪胎的制造，而在輪胎及其他領(lǐng)域的應(yīng)用仍然處于試驗(yàn)階段。因此建議國家對杜仲膠使用單位實(shí)施應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制，鼓勵(lì)更多企業(yè)積極進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)，盡早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，帶動(dòng)杜仲膠的規(guī)模化發(fā)展。

將杜仲膠列入新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”重點(diǎn)產(chǎn)品目錄建議將杜仲膠列入新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”重點(diǎn)產(chǎn)品目錄，為杜仲膠生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供更多獲取國家政策和資金支持的機(jī)會(huì)。

來源：慧聰食品工業(yè)網(wǎng)

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(yùn)照(1988-)，男，在讀碩士，研究方向：食品加工與質(zhì)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(xué),E-mail：hwz@dlnu.edu.cn。

TS207

A

1002-0306(2015)15-0396-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.075