现代环境毒理学研究进展

基因芯片在环境毒理学研究中的应用进展专业环境科学与工程年级XXX级姓名XXX考试科目现代环境毒理学研究进展目录摘要.I1基因芯片的类型及制作方法12基因芯片的杂交方法23基因芯片在毒理学研究中的应用33.1毒物靶标的筛选.33.2污染物的分类与分级.34结论5I摘要生物芯片是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项新技术,它主要是指通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。常用的生物芯片分为三大类,即基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室。基因芯片是按特定的排列方式固定有大量DNA探针/基因片段的硅片、玻片、塑料片。目前,该技术平台上开展的研究主要集中在基因表达谱分析、新基因发现、基因突变及多态性分析、基因组文库作图、疾病诊断和预测、药物筛选、基因测序和基因毒理学分析等领域。从20世纪80年代初SBH(sequencingbyhybridization)概念的提出,到20世纪90年代初以美国为主开始进行的各种生物芯片的研制,不到10年的时间,芯片技术得以迅速发展。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。芯片上集成的成千上万的密集排列的分子微阵列,能够在短时间内分析大量的生物分子,快速准确地获取样品中的生物信息。基因芯片技术在毒理学研究领域也具有广阔的前景,对诸如污染物分类分级、毒性机制及剂量效应关系的确定、生物评价等毒性毒理研究方面将产生革命性的影响。11基因芯片的类型及制作方法基因芯片的制作主要有接触点加法、喷墨法和原位合成法等。芯片种类较多,制备方法也不尽相同,但基本上可分为两大类:一类是原位合成法;一类是点样法。原位合成适用于寡核苷酸阵列。将光刻蚀技术和DNA的化学合成法相结合,把光不稳定保护基团保护的四种DNA模块固定在玻片上,通过光脱保护,用少量的保护寡核苷酸和试剂按照设计的序列进行DNA合成。技术原理是在合成碱基单体的5’羟基末端连上一个光敏保护基。合成的第一步是利用光照射使羟基端脱保护,然后一个5’端保护的核苷酸单体连接上去,这个过程反复进行直至合成完毕。使用多种掩盖物能以更少的合成步骤生产出高密度的阵列,在合成循环中探针数目呈指数增长。某一含n个核苷酸的寡聚核苷酸,通过4×n个化学步骤能合成出4n个可能结构。该方法合成的芯片密度和精度较高,但需要花费大量的时间去设计和制造价格很高的照相掩蔽网。目前美国Affymetrix公司已有同时检测6500个已知人类基因的DNA芯片,并且正在制备含500000—1000000个寡核苷酸探针的人类基因检测芯片。22基因芯片的杂交方法待分析基因在与芯片结合探针杂交前必须进行分离、扩增及标记。根据样品来源、基因组成及检测方法和分析目的不同,采用的基因分离、扩增及标记方法各异。高度集成的微型样品处理系统如细胞分离芯片及基因扩增芯片等是实现上述目的的有效手段和发展方向。杂交条件的选择与研究目的有关。影响异源杂交双链形成的因素包括靶标浓度、探针浓度、杂交双方的序列组成、盐浓度及温度。选择的条件是使成千上万对杂交反应中的最大多数处于最佳状况中,使尽可能多的正确配对物不遗漏,错配的杂交降低至最低。因此表达检测需要长的杂交时间、更高的严谨性、更高的样品浓度和更低的温度,这有利于增加检测的特异性和低拷贝基因检测的灵敏度。由于探针和检测基因均带负电荷,因此影响它们之间的杂交结合,为此有人提出用不带电荷的肽核酸(PNA)做探针。虽然PNA的制备比较复杂,但与DNA探针比较有许多特点,如不需要盐离子,因此可防止检测基因二级结构的形成及自身复性。由于PNA2DNA结合更加稳定和特异,因此更有利于单碱基错配基因的检测。33基因芯片在毒理学研究中的应用大量的人工、天然化合物及其次生产物严重威胁人类的健康并造成生态环境的破坏。为了了解这些物质的毒性及其作用机制,通常利用动物试验进行研究评价。近年来,基因芯片技术应用于毒理学研究已逐渐成为该领域的热点之一。基因芯片技术可以帮助科学家解决诸多的基因毒理学问题,提高基因毒理学研究的效率和准确性。NIEHs的研究者提出基因芯片技术可应用于以下环境科学研究领域:(1)通过评价分子信号对化学物质暴露的响应确定毒性专一的基因表达模式;(2)阐述环境物质引起基因表达变化的反应机制;(3)使用毒性诱导的基因表达作为毒物暴露的生物标记;(4)研究将一种化合物的毒性影响推及另一种化合物的方法;(5)研究混合化学物质毒性的相互作用;(6)解释低剂量暴露与高剂量暴露对基因表达影响的对应关系;(7)研究毒物与毒物诱导基因表达的剂量效应关系;(8)在毒物暴露之前之后进行生物个体间基因表达的比较;(9)研究年龄、食物与其他因素对基因表达的影响。3.1毒物靶标的筛选靶标筛选的关键问题是选择合适的靶标和