基因芯片技術(shù)在錐蟲(chóng)病研究中的應(yīng)用

基因芯片技術(shù)在錐蟲(chóng)病研究中的應(yīng)用

基因芯片也稱(chēng)為dna矩陣。它的工作原理是將大量已知序列的存儲(chǔ)段定期固定在玻璃片、硅片、尼龍膜和其他固體支撐物上，形成分子矩陣，然后將其與用熒光標(biāo)記的存儲(chǔ)樣品混合。當(dāng)樣品對(duì)應(yīng)于基因芯片的相同位置的氨基酸檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)熒光強(qiáng)度確定檢測(cè)位置，獲得與檢測(cè)補(bǔ)充的苯甲酸序列，并了解樣品信息。人體錐蟲(chóng)病主要包括非洲錐蟲(chóng)病和美洲錐蟲(chóng)病1亞七八德采采蠅分布布氏錐蟲(chóng)羅德西亞種和布氏錐蟲(chóng)岡比亞亞種在采采蠅體內(nèi)發(fā)育繁殖,并通過(guò)采采蠅吸血進(jìn)行傳播。兩者在形態(tài)、生活史、致病性及臨床表現(xiàn)上有共同特征1.1布氏錐蟲(chóng)的基因組編碼和缺失基因芯片技術(shù)的出現(xiàn)有力地促進(jìn)了人們對(duì)于布氏錐蟲(chóng)生物學(xué)的認(rèn)識(shí)。早在2000年,布氏錐蟲(chóng)的基因組測(cè)序尚未完成,El-Sayed等DNA芯片技術(shù)在布氏錐蟲(chóng)染色體研究方面也有相關(guān)報(bào)道。高分辨DNA芯片用于研究布氏錐蟲(chóng)不同蟲(chóng)株和亞種染色體Ⅰ(大小可變的染色體之一)DNA含量的變化。研究顯示,許多蟲(chóng)株的該染色體都具有拷貝數(shù)的多態(tài)性,尤其在亞端粒,但該現(xiàn)象不足以解釋該染色體大小差異這一現(xiàn)象錐蟲(chóng)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)主要在轉(zhuǎn)錄后水平。布氏錐蟲(chóng)的基因組編碼10種蛋白與PUF區(qū)域。通過(guò)對(duì)RNA干擾介導(dǎo)的任何前9個(gè)布氏錐蟲(chóng)PUF蛋白的編碼mRNA缺失進(jìn)行DNA芯片檢測(cè)發(fā)現(xiàn),該情況對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)無(wú)影響,且PUF1和PUF3、PUF3和PUF4、PUF1和PUF4mRNA的組合缺失對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)亦無(wú)影響DNA芯片分析還揭示了小鼠感染布氏錐蟲(chóng)岡比亞亞種早期的腦組織中免疫球蛋白、趨化因子和細(xì)胞因子的表達(dá)水平,并發(fā)現(xiàn)藥物蘇拉明在感染早期無(wú)效果。在感染的大鼠腦中,上述基因表達(dá)也是上調(diào)的。脂質(zhì)運(yùn)載蛋白2在布氏錐蟲(chóng)岡比亞亞種感染后期的小鼠和大鼠腦脊液中表達(dá)量增加。在人體感染布氏錐蟲(chóng)岡比亞亞種和布氏錐蟲(chóng)羅德西亞種后期,腦脊液中脂質(zhì)運(yùn)載蛋白2、分泌白細(xì)胞肽酶抑制因子(SLPI)、趨化因子CXCL10蛋白表達(dá)水平也有所增加2基因芯技術(shù)在克氏錐蟲(chóng)研究中的應(yīng)用克氏錐蟲(chóng)是恰加斯病的病原體,在臨床上引起心臟、消化道和外周神經(jīng)系統(tǒng)病變,死亡率較高,是拉丁美洲嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一2.1克氏錐蟲(chóng)功能基因的基因表達(dá)克氏錐蟲(chóng)不同發(fā)育階段的基因表達(dá)和不同分離株的基因表達(dá)可通過(guò)DNA芯片來(lái)展示。例如,Minning等DNA芯片也被廣泛應(yīng)用于克氏錐蟲(chóng)功能基因篩選的研究。Baptista等2.2克氏錐蟲(chóng)感染后的基因芯片研究為了解克氏錐蟲(chóng)感染細(xì)胞的分子機(jī)制,研究者應(yīng)用芯片技術(shù)開(kāi)展了相關(guān)研究,如被感染宿主的細(xì)胞凋亡,以及克氏錐蟲(chóng)入侵細(xì)胞的相關(guān)基因表達(dá)譜?？耸襄F蟲(chóng)可感染人體成纖維細(xì)胞,人類(lèi)cDNA芯片可用于比較感染細(xì)胞和未感染細(xì)胞的基因表達(dá)譜除了在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的克氏錐蟲(chóng)相關(guān)基因芯片研究外,商業(yè)化的基因芯片(線(xiàn)粒體功能相關(guān)基因芯片)也用于評(píng)估克氏錐蟲(chóng)感染引起的心肌代謝障礙和疾病進(jìn)展的嚴(yán)重程度。該芯片包括已知且能較好地代表與線(xiàn)粒體功能相關(guān)的cDNA,對(duì)這些來(lái)自小鼠心肌的cDNA,采用克氏錐蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物宿主感染的早期相互作用多發(fā)生于皮膚和黏膜部位,基因芯片也被用來(lái)研究早期的蟲(chóng)體和宿主的相互作用。采用Affymetrix芯片研究3個(gè)不同的克氏錐蟲(chóng)蟲(chóng)株入侵小鼠真皮時(shí)宿主基因表達(dá)的改變,研究結(jié)果顯示,切下的皮膚在感染后24h,免疫反應(yīng)性纖維結(jié)合素(IFN)激活基因被誘導(dǎo)表達(dá)2.3高效液相氧化酶目前,用于治療錐蟲(chóng)病的有效藥物只有芐硝唑和硝呋莫司兩種,它們的功效有限并有相當(dāng)大的不良反應(yīng)。因此,新型藥物的研發(fā)是極為重要的。雖然已報(bào)道了一些與錐蟲(chóng)感染相關(guān)的宿主細(xì)胞因子,但對(duì)于該蟲(chóng)在宿主細(xì)胞中的生長(zhǎng)和長(zhǎng)期存在的分子機(jī)制仍未得到充分研究。乙醇脫氫酶是一類(lèi)可催化乙醇氧化為乙醛的氧化還原酶。Campos等3基因組學(xué)和生物生物學(xué)研究技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)DNA芯片技術(shù)在人體錐蟲(chóng)病的相關(guān)研究已顯示出良好的前景,但該技術(shù)在具體應(yīng)用中還存在一些困難和問(wèn)題,主要有:①芯片試驗(yàn)成本較高,芯片制備和檢測(cè)需要專(zhuān)門(mén)的儀器設(shè)備,一般實(shí)驗(yàn)室難以承擔(dān)高昂的費(fèi)用,無(wú)法獨(dú)立開(kāi)展研究;②方法標(biāo)準(zhǔn)化不足,由于各實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和處理方法等的不同,導(dǎo)致所獲取數(shù)據(jù)不具備可比性,不利于芯片數(shù)據(jù)的共享;③芯片分析的相關(guān)軟件不夠完善,現(xiàn)有基因芯片檢測(cè)的軟件和生物信息學(xué)分析軟件尚不能充分滿(mǎn)足芯片檢測(cè)結(jié)果的讀取、分析、挖掘和解釋。雖然芯片技術(shù)還存在諸多問(wèn)題,但其在錐蟲(chóng)、錐蝽和錐蟲(chóng)病動(dòng)物模型等研究領(lǐng)域中已顯示出強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。隨著分子生物學(xué)和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,芯片技術(shù)在錐蟲(chóng)研究中必將具有更為廣闊的發(fā)展空間,將為抗錐蟲(chóng)藥物的篩選、錐蟲(chóng)病快速診斷、疫苗靶標(biāo)尋找、錐蟲(chóng)致病機(jī)制的研究、蟲(chóng)株分型鑒定、錐蝽對(duì)殺蟲(chóng)藥抗性機(jī)制等領(lǐng)域的研究提供技術(shù)手段。此外,高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展,更好地互補(bǔ)了基因芯片的不足?；蛐酒夹g(shù)的特點(diǎn)在于它是一個(gè)“封閉系統(tǒng)”,對(duì)已知信息的高通量,對(duì)大量樣品進(jìn)行快速檢測(cè),短時(shí)間內(nèi)獲得大量有效數(shù)據(jù)。高通量測(cè)序技術(shù)的特點(diǎn)在于它是一個(gè)“開(kāi)放系統(tǒng)”,其發(fā)現(xiàn)能力和尋找新信息能力要高于基因芯片技術(shù)?；蛐酒夹g(shù)和高通量測(cè)序技術(shù)作為兩個(gè)高通量的基因組學(xué)研究技術(shù),雖然在應(yīng)用的某些方面存在重疊和競(jìng)爭(zhēng),但是在