基因芯片技术是否都应用在中药学?

生活作者 / 姓名 / 2025-03-24 02:08
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自20世纪90年代初,美国Affymetrix公司的Fodor博士提出并开始基因芯片技术以来,基因芯片技术已在医学的各个领域显示出广阔的应用前景。由于其具有高通量、快速、样品用量少、高信息量等优点,世界上许多国家和地区纷纷着手进行基因芯片的研制和开发工作。我国政府对人类基因的研究也非常重视。2000年7月3日,我国首家DNA公共数据建成并投入试运行。我国也首次获得了一批人类全长新基因等重要研究成果。目前,我国政府正在积极规划今后五年人类基因组的研究方向。

中医药学在世界医学发展史上曾处于领先地位,数千年来对我国和世界人民的健康做出了巨大的贡献。但是受传统观念和技术的影响,中医药学的发展十分缓慢,目前主要面临两大挑战:一是中医药自身的突破和发展,二是中医药如何能被世界人民所接受。而这两个问题的焦点就是中医药的现代化。正如杨焕明教授所说,基因组学是中医药现代化的最佳切入点。可以预见,把基因芯片这种系统、全面、综合的研究思维方式应用于中医药学,必将为中医药研究带来又一次跳跃性的发展。下面就基因芯片技术在中医药领域的可能应用作一简要的概括和分析。

一、在中医证的研究中的应用

对“证”的认识是中医学的核心问题。证的形成机理十分复杂,它包含着全身不同系统、不同组织及细胞、分子水平的综合变化。证的研究之所以没有突破性进展,笔者认为关键就在于没有明确的量化指标,从而无法从指标的变化中认识其本质。在证的理论形成中,还包含有以方测证的重要内容。我们可以利用这一思路,当对某一证的动物模型,或在疾病的模型基础上通过辨证,区分为不同的证的动物模型的主要组织病变了解后,便可以用基因芯片技术观察有关组织基因的变异,以了解证与证、证与病、证与体质之间的差异。当辨证论治取效后,再采用基因芯片技术观察治疗前后有关组织基因转录的差异,来解释证和辨论治在基因水平上的机制与因果关系,以发展证及证治的中医基础理论。

二、在经络现象研究中的应用

针灸治疗方法简洁、方便、有效,在国际上具有广泛的影响。古代对经络现象的认识并不是建立在严格的科学实验基础上的,但经络理论能够有效指导临床,就应该有其物质基础。我们可以根据针灸经络理论,采用基因芯片技术观察不同穴位、不同刺激方法、频率和强度导致有关组织基因转录的差异等,观察针灸治疗不同疾病和相应证的具体途径,从而揭示经络现象的深层本质。

三、在中药品种鉴定研究中的应用

我国中药资源十分丰富,商品药材的种类繁多,经典的来源、性状、理化性质鉴定方法,并不能满足中药真伪优劣鉴别的需要,尤其是不能满足对如动物药材、道地药材、加工炮制的药材以及中药复方制剂组分鉴定等的需要。利用基因芯片技术可以通过对待检样品与标准样品杂交后进行荧光检测及结果分析,实现快速、准确的中药基因鉴定,从而实现中药材的标准化、规范化、优质化。

四、在中药资源的丰富和优化研究方面的应用

中药材来源于自然界,其品种的多样性由生物多样性决定。近年来随着生态环境的恶化和人为的过度垦伐,一些生物物种已濒临灭绝,因而严格限制其应用于临床。如犀角、虎骨、穿山甲、雪莲等等。利用基因技术可以对这些濒危物种进行研究,找出其特征性的基因,并通过基因工程技术,实现生物物种的大规模繁殖。对于不能克隆的物种,可以通过DNA序列的相关性,寻找其亲缘关系相近的物种,发现其药用的替代品,实现中药资源的丰富和优化。

五、在中药药理学和毒理学研究中的应用

药物作于人体,都有其作用部位的“靶点”。凡对病有效的方药,必有其“靶基因”。利用基因芯片技术比较用药前后基因表达谱的改变、不同时间和用量基因表达谱的差异等分子机制,可以从深层次认识中药的作用机理,并对其做出正确合理的评价。这将有利于指导临床用药和丰富发展中医药理论。

六、在中药新药研究中的应用

新药的研制一般是根据疾病的发病机制确定药物的作用靶点,建立相应的药物筛选模型,发现先导化合物,将其开发成新药。而所有的药物都是直接或间接地通过修饰、改变和影响人类或病原微生物的基因表达或表达产物的功能而产生疗效。基因芯片及其相关技术可用于大规模的药物筛选,减少大量的动物实验和临床工作,加快新药研制的步伐。另外,把基因技术应用于新药的研究,还可以提高我国新药研究的水平,加速中药进入国际大市场的步伐。海洋是人类生命的起源,海洋生物作为新兴的药物来源,已成为世界各国新药研制的热点。我国自古就有以海洋生物入药的习惯,利用基因芯片技术分析发现这些药物的活性基因组分,并利用基因工程技术进行大规模生产,将极大地提高我国海洋药物的研制水平。

资料来源:考试宝典

DNA芯片技术,实际上就是一种大规模集成的固相杂交,是指在固相支持物上原位合成(in situ synthesis)寡核苷酸或者直接将大量预先制备的DNA探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面,然后与标记的样品杂交。通过对杂交信号的检测分析,得出样品的遗传信息(基因序列及表达的信息)。由于常用计算机硅芯片作为固相支持物,所以称为DNA芯片。根据芯片的制备方式可以将其分为两大类:原位合成芯片和DNA微集阵列(DNA microarray)。芯片上固定的探针除了DNA,也可以是cDNA、寡核苷酸或来自基因组的基因片段,且这些探针固化于芯片上形成基因探针阵列。因此,DNA芯片又被称为基因芯片、 cDNA芯片、寡核苷酸阵列等。

作为新一代基因诊断技术,DNA芯片的突出特点在于快速、高效、敏感、经济,平行化、自动化等,与传统基因诊断技术相比,DNA芯片技术具有明显的优势:①基因诊断的速度显著加快,一般可于30 min内完成。若采用控制电场的方式,杂交时间可缩至1 min甚至数秒钟。②检测效率高,每次可同时检测成百上千个基因序列,使检测过程平行化。③基因诊断的成本降低。④芯片的自动化程度显著提高,通过显微加工技术,将核酸样品的分离、扩增、标记及杂交检测等过程显微安排在同一块芯片内部,构建成缩微芯片实验室。⑤因为是全封闭,避免了交叉感染;且通过控制分子杂交的严谨度,使基因诊断的假阳性率、假阴性率显著降低。

DNA芯片技术在肿瘤基因表达谱差异研究、基因突变、基因测序、基因多态性分析、微生物筛选鉴定、遗传病产前诊断等方面应用广泛。如感染性疾病是由于病原微生物(病毒、细菌、寄生虫等)侵入机体而引起。已经获得一些生物的全部基因序列,包括141种病毒,几种细菌(流感嗜血杆菌、产甲烷球菌、支原体M.genitalium及实验室常用的大肠杆菌等)和一种真核生物(酿酒酵母),且数量还在增长。因此,将一种或几种病原微生物的全部或部分特异的保守序列集成在一块芯片上,可快速、简便地检测出病原体,从而对疾病作出诊断及鉴别诊断。用DNA芯片技术可以快速、简便地搜寻和分析DNA多态性,极大地推动法医生物学的发展。比如将个体SNPs设计在一块DNA芯片上,与样品DNA杂交,即可鉴定基因的差异。人的体型、长相约与500多个基因相关,应用DNA芯片原则上可以揭示人的外貌特征、脸型、长相等,这比一般意义的DNA指纹谱又进了一步。 应用DNA芯片还可以在胚胎早期对胎儿进行遗传病相关基因的监测及产前诊断,为人口优生提供有力保证;而且可以全面监测200多个与环境影响相关的基因,这对生态、环境控制及人口健康有着重要意义。

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