微流控芯片檢測基因缺失

一般而言，基因缺失主要是指高等動物、低等動物基因由于受到體內(nèi)外各種因素的干擾促使機(jī)體部分基因區(qū)域缺如，由此將會影響高等動物、低等動物的部分結(jié)構(gòu)和功能。目前，微流控芯片可以將高等動物、低等動物基因的大片段缺失區(qū)域進(jìn)行確定，例如X染色體連鎖的隱性遺傳病抗肌萎縮蛋白基因的缺失，使用微流控芯片可以進(jìn)行檢測分析。國外一項研究顯示，通過直接監(jiān)控微流體平臺單菌株生長，可以檢測大腸桿菌菌株中的基因組缺失效應(yīng)，與野生型菌株相比，清潔基因組菌株的平均生長速度下降、平均滯后時間延長，且個體細(xì)胞生長速度和滯后時間之間直接相關(guān)，會表明清潔基因組種群更加不均勻，可見單菌株微流控芯片可以揭示細(xì)微的單個菌株反應(yīng)。另外，使用微流控芯片系統(tǒng)能夠?qū)⒃S多不同出芽酵母菌株高通量地開展研究，選擇野生型芽殖酵母和62個不同芽殖酵母大小對照相對基因缺失株進(jìn)行掃描，將可以獲得不同基因缺失菌株的母細(xì)胞倍增時間、子細(xì)胞倍增時間、母細(xì)胞大小、子細(xì)胞大小等結(jié)果，可見微流控芯片可以對基因缺失進(jìn)行基因診斷。一項亞細(xì)胞水平研究報告顯示，線粒體是人體和動物細(xì)胞的能量產(chǎn)生和代謝中心，為維持生理功能提供大部分能量，其在細(xì)胞死亡過程中發(fā)揮重要作用，但是其缺失有效的修復(fù)系統(tǒng)，線粒體DNA受到的氧化損傷要高得多，而使用微流控芯片還可以應(yīng)用于線粒體DNA缺失的診斷，與傳統(tǒng)的檢測方法相比，微流控芯片系統(tǒng)開發(fā)的樣品和試劑消耗較少，提取的線粒體DNA提取率較高，可以在150 min內(nèi)自動化進(jìn)行所有的檢測過程，可見微流控芯片為分析線粒體 DNA缺失提供了一個有力的工具。近年來國外一項研究顯示，微流控芯片可以診斷非小細(xì)胞肺癌常規(guī)樣本表皮生長因子受體(EGFR)基因缺失且顯示非小細(xì)胞肺癌與EGFR外顯子19缺失明顯相關(guān)。

微流控芯片檢測基因重排

基因重排主要是指高等動物、低等動物基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方且轉(zhuǎn)移到距離啟動子比較近的地方，從而促使各類動物基因重新啟動轉(zhuǎn)錄的調(diào)控方式，其結(jié)合了傳統(tǒng)誘變技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、基因突變技術(shù)等。研究顯示，基因重排利于消化道淋巴瘤和非小細(xì)胞肺癌的診斷。國外研究顯示，通常高等動物、低等動物T、B惡性淋巴瘤多表現(xiàn)T細(xì)胞受體(TCR)基因、免疫球蛋白(Ig)H基因高度表達(dá)，通過以DNA交聯(lián)染料(YO-PRO)-1為熒光標(biāo)記染料標(biāo)記基因片段，經(jīng)微流控芯片分析后可以明確單一IgH或TCR基因重排方式，且明顯節(jié)省檢測時間，以此最終診斷出T、B惡性淋巴瘤。國外研究顯示，拷貝數(shù)變異將會導(dǎo)致基因組變異且是引起基因組重排的一種現(xiàn)象，通過微流控芯片結(jié)合微流體毛細(xì)管電泳可以有效地檢測基因重排且此方法非?？煽?。

微流控芯片檢測微小衛(wèi)星DNA

微小衛(wèi)星DNA主要是指廣泛存在于高等動物、低等動物基因組中長度100～500 bp多態(tài)性的DNA序列且微小衛(wèi)星DNA核心序列僅僅是2～5bp,其也稱為短串聯(lián)重復(fù)(STR)，使用微流控芯片檢測可以積極克服傳統(tǒng)的垂直板凝膠電泳背景模糊、費(fèi)時費(fèi)力、誤差較大等，但是也有相對不穩(wěn)定的部分缺點(diǎn)，微流控芯片檢測應(yīng)用的范圍非常廣闊例如脆性X綜合征(FraX)精氨酸編碼的CGG STR序列、造血干細(xì)胞移植(HSCT)后可變數(shù)量串聯(lián)重復(fù)序列(VNTR)、法醫(yī)鑒定所需的多重擴(kuò)增STR基因座(DYS390、DYS393、DYS439)等，這與通過STR來分析識別微流控芯片系統(tǒng)的快速化(3 h)、模塊化、集成化(同時檢測17個STR)的積極優(yōu)勢有一定關(guān)系。國外法醫(yī)學(xué)資料研究顯示，微流控芯片可以通過檢測微小衛(wèi)星DNA來進(jìn)行法醫(yī)篩選和基因分型，尤其是可以快速對那些在爆炸或恐怖事件附近被拘留的嫌犯、企圖非法出入境的被拘留者、大規(guī)模災(zāi)害的受害者等人群，可見微小衛(wèi)星DNA快速篩查就顯得尤為重要，使用改進(jìn)的Agilent 2100生物分析儀可以在80 s內(nèi)檢測6個微小衛(wèi)星DNA，且精確度為0.09～0.21 bp、分辨率值為2.5～4.1 bp，可見微流控芯片檢測微小衛(wèi)星DNA具有快速化、準(zhǔn)確化、高效化等基本特點(diǎn)。

微流控芯片檢測基因突變

基因突變主要是指高等動物、低等動物受到各種因素的作用下，基因出現(xiàn)改變，包括單個堿基、多個堿基的改變，使用微流控芯片可以檢測基因突變，例如秀麗隱桿線蟲cwn-1突變、循環(huán)系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞基因突變。一般而言，所有疾病相關(guān)基因逐漸被克隆基因突變包括單鏈構(gòu)象多態(tài)性、限制性片段長度多態(tài)性所取代，其中，單鏈構(gòu)象多態(tài)性主要是指等長DNA單鏈出現(xiàn)單個堿基差異，隨后由于鏈內(nèi)彼此作用而形成構(gòu)象差異，使用熒光染料標(biāo)記引物，使用微流控芯片分析乳腺癌易感基因，可以在2 min內(nèi)就可以對乳腺癌易感基因的單鏈構(gòu)象多態(tài)性檢測，這比毛細(xì)管電泳所需的時間要明顯縮短；制性片段長度多態(tài)性是指某些特殊的點(diǎn)突變會促使某些特異性的限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)缺失，使用微流控芯片可以檢測分析限制性片段長度多態(tài)性。國外研究資料顯示，非小細(xì)胞肺癌樣品進(jìn)行表皮生長因子受體(EGFR)基因突變的驗證研究測試可以使用微流控芯片來進(jìn)行，通過一種快速而靈敏的微流控芯片技術(shù)可以將EGFR快速檢測出來且成本低廉。

微流控芯片與基因高效性測序的關(guān)系

基因測序主要是指采用先進(jìn)的方法對高等動物、低等動物核酸序列進(jìn)行系統(tǒng)化、規(guī)范化、快速化分析，此過程需要的工程量尤為巨大。目前，對微流控芯片實驗室主要采用96根陣列毛細(xì)管電泳對基因序列進(jìn)行系統(tǒng)化測定，雖在一定程度上加快了人類基因組項目，但是還不能實現(xiàn)高效、靈敏、快速、價廉、自動、準(zhǔn)確等基本特點(diǎn)，而微流控芯片可以實現(xiàn)高效基因測序，例如腸道微生物基因測序、酵母基因測序、肺癌腫瘤細(xì)胞基因測序等檢測效率非常高。

微流控芯片與基因快速性擴(kuò)增的關(guān)系

基因快速性擴(kuò)增通常是指采用聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)將目標(biāo)靶點(diǎn)DNA片段呈倍數(shù)量增加并通過電泳方式將目標(biāo)靶點(diǎn)DNA片段識別、分離、分析等，此過程有需要較多的試劑、加熱時間長、冷卻時間長等缺點(diǎn)。目前，在實驗室內(nèi)基因快速性擴(kuò)增可采用微流控芯片，通過將微流控芯片與PCR結(jié)合，以此建立起微型化的微流控芯片-PCR反應(yīng)體系，將會明顯克服PCR的缺點(diǎn)包括PCR需要較多的試劑、加熱時間長、冷卻時間長等，同時微流控芯片-PCR反應(yīng)體系擴(kuò)增產(chǎn)物很容易與樣品分離且可實現(xiàn)檢測的自動化、集成化、微型化。目前，微流控芯片PCR反應(yīng)體系可以檢測土壤細(xì)菌基因、腫瘤細(xì)胞基因、血液細(xì)菌基因等，足見其應(yīng)用十分廣闊。

綜上，微流控芯片可以應(yīng)用到醫(yī)學(xué)基因診斷方面，例如基因多態(tài)性檢測、基因高效性測序、基因快速性擴(kuò)增等，可見微流控芯片與基因診斷均是密切相關(guān)的，推測使用微流控芯片將是今后基因診斷檢測分析的新方法之一。

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