基因芯片技術在運動人體科學中的應用研究

□王　瑋（安陽師范學院體育學院河南安陽455000）

基因芯片技術在運動人體科學中的應用研究

□王瑋（安陽師范學院體育學院河南安陽455000）

基因芯片技術認為是一種新產生的基因表達和基因結構分析技術，具備自動化、規(guī)模化、高通量和快速化等主要特點，它在運動傷痛類基因檢測、人體運動科學、運動員身體的機能評定、營養(yǎng)補給方面都得到了一定程度的應用，并且具有特別廣闊的應用前景。

基因芯片技術運動人體科學應用

我國知名學者田振軍等主要人物在2002年首次應用cDNA基因芯片先進技術對運動性質心肌肥大、疲勞小白鼠的有關基因進行了相關的篩選和研究；同一年，何子紅等人利用科學的寡核苷酸芯片技術初步針對運動能力相關聯的基因進行了探索，并且將所得結果進行了相關的報道。本文通過查閱相關的資料，以基因芯片理論和核心原理為出發(fā)點，對基因芯片技術和其在人體運動科學中的具體應用進行了研究分析。

1、基因芯片技術簡介

基因芯片也被稱為DNA芯片，或者是cDNA微型矩陣，其本質是在研究芯片上根據特定的排列形式固定探針，從而形成DNA探針微型陣，然后將摻有熒光分子的樣本通過擴增等技術于芯片固相探針進行雜交，之后分析掃描器和計算儀器的結果，獲得樣本中存在的基因排序以及相應的表達信息?；蛐酒姆N類有很多種，分類的方法也很多樣。依據芯片上的主要探針的種類可以將其分為cDNA芯片、寡核苷酸芯片等，按照用途可以分為測序芯片、毒理芯片以及診斷芯片和表達譜芯片等。

2、基因芯片核心技術原理

基因芯片主要遵循堿基互補的原則，對待測的樣本DNA進行相應的標記并且在規(guī)定的位置上進行探針雜交，通過對DNA序列的圖像研究，進而分析細胞以及組織中的基因信息?；蛐酒冗M技術主要包括樣品和芯片制備、基因雜交反應以及基因信號檢測等環(huán)節(jié)。基因芯片的主要制備方法則主要包括直接點樣和原位合成兩種。直接點樣方法主要指將合成完成的探針以及cDNA等通過機械設備在芯片上進行接點；原位合成方法主要是指直接合成目標探針，主要運用4種核苷酸，這種方法直接簡單，主要包括光刻合成以及噴印合成兩種。制品制備則主要將需要分析的基因在進行主要探針雜交之前進行相應的分離，然后之后擴增和標記。因為基因樣品的不同來源、不同含量以及不同的檢測方法和目的，促使采用的分離、標記以及擴增的方法也存在很大的不同。目前所采用的熒光素品種有很多，可以滿足不同來源、不同類型樣本的分析。另外，基因芯片具體的雜交過程也是非常直觀、簡單的。依據研究的主要目的和具體條件，可以將制備所用的芯片和熒光探針進行雜交，將未結合的探針去掉，然后可以進行相應的掃描和具體的分析。

3、基因芯片核心技術在人體運動科學領域中的應用前景

通過相應調查發(fā)現，最近幾年基因芯片核心技術在人類體育科學方面研究以及運用程度在逐漸加大，其應用的范圍主要集中在人體運動能力基因篩選、運動疲勞以及運動心臟科學領域，另外還包括運動疲勞和與之相對應的抗疲勞藥物的選取等方面。如下我們選取幾個方面進行逐個分析。

3.1、人體運動能力方面的基因篩選過程中的應用

我們都知道，在競技類體育活動中，不僅是經過嚴格、專業(yè)的訓練就可以直接成為世界級專業(yè)的運動員的。因此，對運動員選手進行全面科學的選材是我國競技體育中尤為關鍵的一個環(huán)節(jié)。我國最開始的運動員選取主要是將成績作為核心的自然式選材，另外還以教練的工作經驗總結作為選取的依據，這是我國體育員篩選的兩個主要階段。隨著我國競技體育形勢日漸激烈以及社會的不斷發(fā)展，運動員能力的選取工作變得越來越重要。目前，選材工作也逐漸從生理功能、身體的形態(tài)、身體素質逐漸的從人體運動心理學、生物力學以及人體遺傳學等方面延伸。隨著先進的分子學生物理論和相關技術的不斷發(fā)展，基因芯片核心技術在我國體育科學中的運用也變得越來越廣泛，特別是在人體運動基因的采取和篩選等方面也取得非常大的進步。一直到2000年，人們一共發(fā)現了二十九個與運動能力以及體質相關聯的人體基因位點；而一直到2005年，基因位點發(fā)現數量已經達到了一百四十多個。近幾年，國外對運動能力相關基因的研究都取得了非常大的進步，得出有氧耐力人體素質訓練是受到眾多基因一起控制的，主要有ACE、mtDNA、以及HLA等眾多基因以及低氧適應基因等。目前，已經篩選到的有關于運動能力的基因以及其相關的位點正在逐漸的增加。希望在未來，隨著生物學、基因組學以及基因芯片學等技術以及理論的日漸發(fā)展，人們在經濟體育方面將得到更大的發(fā)揮和進步。

3.2、運動心臟學相關科研中的應用

就目前的發(fā)展形勢來看，運動性質心肌肥大和病歷性質心肌肥大的本質區(qū)別、運動型猝死的早期基因診斷和預防、心肌缺血的具體保護策略、運動型心率失常的主要發(fā)生機制等問題已經成為目前運動心臟科學研究領域中的熱點問題，尤其是針對運動性質的心肌肥大的主要發(fā)生機制問題研究更是得到了廣大科研學者的關注。近幾年，國內外學者對運動性質的心肌肥大主要發(fā)生機制進行了眾多的研究，并且得到了一定的研究成果?；蚣夹g因其獨特的大規(guī)模性、高通量性、快速準確性以及平行性等核心優(yōu)勢實現了對大量數額基因的同時篩選。目前，基因芯片先進技術已經在運動性質的心肌肥大相關基因的篩選方面得到了一定的水平，并且已經有相關文獻的報道。國內知名學者田振軍等人運用cDNA芯片對運動性質和安靜性質的心肌肥大實驗鼠小組的基因表達情況的結果進行了分析，表明在2201條小鼠基因中，存在顯著基因71條，其中上調、下調表達為37條和34條，這些基因主要包括代謝酶基因、腫瘤基因和細胞骨架的蛋白基因等多種，國外學者對此也進行了多次的研究，并且取得了極大的成就。

由此可見，運動心臟相關基因調節(jié)網絡、運動猝死性質的早期基因相關診斷和主要預防以及運動性質的心肌肥大的主要發(fā)生機制等問題都是我國目前運動心臟科學研究中急需去解決的問題。利用基因芯片先進技術從更深入的分子層面對運動心臟學相關的主要基因表達結果進行研究，解釋了其發(fā)生、發(fā)展機制，為了更深入的運動性質心肌肥大和運動性質猝死的提前預防研究提供了最為基礎的理論依據和科學實踐經驗。

3.3、抗運動性人體疲勞重要藥物篩選過程中的應用

最近幾年，對運動性質消除的方法研究在我國體育科學主要領域中受到了眾多學者、專家的廣泛關注，尤其是針對抗疲勞相關藥物的篩選已經成為目前運動學專家、運動醫(yī)學藥理學家所一致關注的重大課題。藥物篩選主要是對潛在適用的藥用類物質進行初步的活性試驗和檢測，進而對其藥用價值和主要的臨床用途進行分析，為新藥的發(fā)展提供基本的原始數據和相關資料。目前，針對藥物篩選所采用的靶標主要是靶基因和膜受體。利用藥物的相應作用進行靶基因的運動性質疲勞相關物質的篩選，可以在很大程度上對分子機理進行解決，同時也可以極大的提高藥物篩選工作的可信度。以往的藥物篩選方式速度慢、資金投入大且信息獲取有限，基因芯片先進技術的應用，不僅提高了速度，信息獲取增倍，同時也更為的準確，通過對其運用可以了解到正常以及疲勞性質基因所產生的表達譜變化，并且能夠有效的與生理學、組織學以及生物化學進行緊密的聯系。

4、基因芯片核心技術在人體運動科學應用研究展望

通過對近幾年基因芯片的相關研究發(fā)現，其因大規(guī)模、高通性、準確快速等主要優(yōu)勢在人類體育科學核心研究領域得到了非常廣闊的發(fā)展。尤其是在人體運動研究領域，其應用的范圍也逐漸得到了加大。目前，國內外科研專家和學者已經開始對基因芯片技術進行相關的應用，并且成功篩選出了優(yōu)秀體育遠動員運動能力關聯、心肌肥大以及運動疲勞等方面相關的基因。隨著科技以及基因研究技術的逐漸發(fā)展，通過基因芯片核心技術將會在基因層面對運動性質心肌肥大的主要發(fā)生機制以及運動性質的心率失常病癥發(fā)生機制等進行了全面的揭示。另外，基因芯片核心技術將會把更多與人類運動能力關聯的基因進行研究并篩選出來，與此同時，同樣可以將優(yōu)秀遠動員的基因主要特征進行收集，并且以此為基礎建立一個優(yōu)秀運動基因表達數據庫，進而對優(yōu)秀基因的表達水平進行提升，為我國和世界的運動專業(yè)人才選拔、針對性培養(yǎng)以及能力的檢測和評點工作帶來新的突破?；蛐酒诵募夹g在不斷的發(fā)展，將可能對運動引起的應激表現、機制和反應在更為深層次的分子水平上進行更為全面的揭示，促進人體運動科學的研究和發(fā)展。

5、結束語

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，基因芯片核心技術將會把更多與人類運動能力關聯的基因進行研究并篩選出來，另外，同樣可以將優(yōu)秀遠動員的基因主要特征進行收集和篩選，并且以此為基礎建立一個優(yōu)秀運動基因表達數據庫，為我國和世界的運動專業(yè)人才選拔、針對性培養(yǎng)以及能力的檢測和評點工作帶來新的改革和突破。因此，為了保持基因芯片技術的健康的發(fā)展，需要國家以及相關部門對此投入更多的關注，從而進一步的促進我國人體科學領域的發(fā)展。

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