趙雨杰， 鐘連聲， 何 群， 梁 彬， 王紹成， 潘忠誠(chéng)， 王天驕

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 教育部細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物芯片中心，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

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生物芯片在微生物學(xué)研究中的應(yīng)用

趙雨杰， 鐘連聲， 何 群， 梁 彬， 王紹成， 潘忠誠(chéng)， 王天驕

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 教育部細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物芯片中心，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

生物芯片是用于檢測(cè)生物樣品中生物分子及生化指標(biāo)的微小裝置，根據(jù)其檢測(cè)靶標(biāo)不同分為基因芯片、蛋白芯片、細(xì)胞芯片、組織芯片及生化芯片；根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理不同分為陣列型芯片、液體芯片和微流體芯片。由于具有微量化、并行性、快速、高通量和自動(dòng)化檢測(cè)的特點(diǎn)，生物芯片被廣泛地應(yīng)用于生物學(xué)研究領(lǐng)域。本文重點(diǎn)論述生物芯片在微生物學(xué)研究中的應(yīng)用。

生物芯片；微生物學(xué)；基因檢測(cè)；蛋白檢測(cè)

生物芯片(biochip) 是20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的一種新型高通量、并行分析的微量分析技術(shù)。生物芯片是構(gòu)建在固體載體(如玻璃、玻璃片、金屬或塑料)上的微小檢測(cè)裝置。陣列型生物芯片可以將大量已知的生物探針(核酸、蛋白、糖以及生物活性基團(tuán))以點(diǎn)陣的形式固定排列在固體表面，在一定的條件下與待檢樣品進(jìn)行生物學(xué)反應(yīng)，可以用熒光法、化學(xué)發(fā)光法、酶標(biāo)法及同位素法顯示反應(yīng)結(jié)果。利用二維精密掃描儀等儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。微流體芯片的特點(diǎn)是在固體載體上構(gòu)建微流道、儲(chǔ)液池、反應(yīng)池、微泵、微閥、理化處理裝置及檢測(cè)裝置等，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣品的分離、反應(yīng)、分析等功能。液體芯片是將編碼的微珠與已知的生物探針結(jié)合，然后將標(biāo)記生物探針的微珠加入到含有待檢的熒光標(biāo)記樣品的溶液中，待反應(yīng)完成后利用流式微珠熒光檢測(cè)裝置分析檢驗(yàn)結(jié)果。生物芯片技術(shù)是融生命科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)于一體的嶄新技術(shù)。通過選擇不同的生物芯片設(shè)計(jì)和使用特定的分析方法, 生物芯片可應(yīng)用于不同的生命科學(xué)研究領(lǐng)域。由于具有微量、高通量、快速、微型化和自動(dòng)化的特點(diǎn), 生物芯片技術(shù)在微生物學(xué)研究中有著廣闊的發(fā)展前景。

1 生物芯片的分類

生物芯片分類具有多種方式,根據(jù)其構(gòu)造不同可分為陣列型芯片、微流體芯片和液體芯片；根據(jù)其分析的靶標(biāo)不同可分為基因芯片、蛋白芯片、細(xì)胞芯片、組織芯片等； 根據(jù)其應(yīng)用不同可分為表達(dá)譜芯片、診斷芯片、檢測(cè)芯片、基因組SNP分析芯片、基因組染色體變異分析芯片以及藥物分析芯片等。

1．1 陣列型芯片

微陣列生物芯片主要包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片和組織芯片等生物芯片，所謂微陣列芯片是將數(shù)十甚至幾萬(wàn)種生物探針分子以陣列的形式固定在厘米級(jí)別的固體載體上，利用生物分子間的相互作用, 俘獲樣品中的靶分子, 通過熒光、化學(xué)發(fā)光、酶標(biāo)顯色及同位素放射顯影分析閱讀系統(tǒng)讀取每個(gè)位點(diǎn)的復(fù)雜信息[1-2]。高達(dá)8×103數(shù)量的生物探針可以被點(diǎn)樣在一張2 cm×4 cm的基板之上, 每個(gè)探針位點(diǎn)的直徑約為75～100 μm, 探針之間的距離約為150 μm[3]。目前，Affymetrix公司生產(chǎn)芯片采用原位光刻技術(shù)，可以在每平方厘米基片上合成超過400萬(wàn)種探針的微陣列位點(diǎn)[4]。HuProtTM人類蛋白質(zhì)組芯片，芯片覆蓋約17 000種人類重組蛋白。該芯片可以應(yīng)用于疾病血清譜、抗體特異性、蛋白質(zhì)相互作用、泛素和SUMO的E3連接酶和蛋白激酶等底物篩選的研究。利用微陣列生物芯片, 研究者可在數(shù)十分鐘內(nèi)完成對(duì)整個(gè)基因組或蛋白質(zhì)組的分析?；谶@種快速、高效的特點(diǎn), 微陣列生物芯片在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用, 包括測(cè)定基因/蛋白質(zhì)表達(dá)圖譜、研究特定的基因/蛋白質(zhì)功能、研究分子間交互作用、尋找疾病的生物學(xué)標(biāo)記、藥物靶標(biāo)微生物鑒別以及微生物族群分析等。

1.2 液體芯片

液體芯片是利用聚苯乙烯微球中摻入兩種不同比例熒光染料的方法將微球編碼為100余種不同的微珠，不同熒光編碼微球分別共價(jià)包被特異的基因探針或蛋白探針來特異結(jié)合待檢樣品中的靶標(biāo)分子，溶液中靶標(biāo)分子事先被標(biāo)記上相應(yīng)的報(bào)告熒光分子；將微球加入到含有熒光標(biāo)記待檢樣品中進(jìn)行生物學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)完成后利用流式熒光檢測(cè)技術(shù)依次檢測(cè)編碼微球與待檢樣品中靶標(biāo)分子反應(yīng)情況，如果某一編碼微球攜帶靶標(biāo)分子的報(bào)告熒光分子，就可以判定該編碼微球包被的探針與待檢樣品中的靶標(biāo)分子發(fā)生了反應(yīng)，通過計(jì)算機(jī)的分析處理，確定微球結(jié)合的分析物的定性和定量信息。液體芯片微球表面分子雜交或免疫反應(yīng)在懸浮溶液中進(jìn)行，具有較高的反應(yīng)速度和反應(yīng)效率，反應(yīng)所需時(shí)間短，靈敏度可達(dá)0.01 pg/μL。檢測(cè)特異性強(qiáng)，背景低?？赏瑫r(shí)得到定性和定量指標(biāo)。目前，液體芯片技術(shù)可開展不同類型的工作，如微生物鑒定、免疫分析、核酸序列研究、酶學(xué)分析、受體和配體識(shí)別分析等。

1.3 微流體芯片

微流體芯片是當(dāng)前微全分析系統(tǒng)(μ-TAS)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。在固體片基上構(gòu)建微流道、微泵、微閥、反應(yīng)器、混合器、過濾器、分離器等微小裝置，實(shí)現(xiàn)生物樣品的制備、生物化學(xué)反應(yīng)、液相色譜分析、PCR反應(yīng)、電泳檢測(cè)等操作。如果要將樣品制備、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測(cè)等步驟集成到生物芯片上，可以將實(shí)驗(yàn)所用流體的量從毫升、微升級(jí)降至納升或皮升級(jí)，功能強(qiáng)大的微流體裝置可以取代現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)操作，它的目標(biāo)是把整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的功能,包括采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等集成在微芯片上。因此，在微生物研究中，它不僅可以用于單個(gè)細(xì)胞微生物生化代謝研究，更適合用于微環(huán)境改變對(duì)微生物生物學(xué)行為影響的研究。

2 生物芯片在微生物學(xué)研究中的應(yīng)用

2．1 生物芯片在食品微生物檢測(cè)中的應(yīng)用

Manzano等[5]使用深藍(lán)色有機(jī)發(fā)光二極管作為激發(fā)光源，研制了一種高靈敏度和高特異性的DNA生物芯片，該光源可以高效激發(fā)與DNA探針結(jié)合的熒光集團(tuán)，可對(duì)肉類樣品進(jìn)行檢測(cè)。與傳統(tǒng)檢測(cè)方法比較，他們構(gòu)建的便攜式生物芯片診斷系統(tǒng)用于檢測(cè)家禽肉類食品中空腸彎曲桿菌污染，所需檢測(cè)時(shí)間更短，并且靈敏度達(dá)到0.37ng/μL。Bajwa等[6]研制的微型生物傳感器系統(tǒng)，可以快速檢測(cè)和計(jì)數(shù)食物或水樣品中微生物在瓊脂培養(yǎng)層中的數(shù)量。他們開發(fā)了一種高靈敏度的阻抗生物傳感器陣列，監(jiān)測(cè)分散在瓊脂培養(yǎng)基上細(xì)菌克隆的生長(zhǎng)狀態(tài)，芯片上制備了復(fù)合網(wǎng)絡(luò)陣列，連續(xù)檢測(cè)、記錄培養(yǎng)基不同局域的電特征變化，復(fù)合網(wǎng)絡(luò)陣列中不同生物傳感器的信號(hào)變化可以反應(yīng)樣品中細(xì)菌的生長(zhǎng)和細(xì)菌克隆的位置。這種技術(shù)方法是檢測(cè)食物樣品細(xì)菌污染的快速非標(biāo)記檢測(cè)方法，只用常規(guī)菌落計(jì)數(shù)方法的四分之一時(shí)間即可完成檢測(cè)。2010年，Heidenreich等[7]利用RNA-DNA雜交取代傳統(tǒng)的微生物檢測(cè)方法，構(gòu)建了電化學(xué)生物芯片檢測(cè)食物中致病菌和酸敗菌，他們提取牛肉和豬肉肉汁，經(jīng)酶消化后提取總RNA，經(jīng)過5 h富集處理檢測(cè)靈敏度可達(dá)到2 000 cfu/mL，若經(jīng)過7 h富集可達(dá)到1 cfu/mL。

2.2 生物芯片在環(huán)境微生物檢測(cè)中的應(yīng)用

Jing等開發(fā)了基于培養(yǎng)生物芯片可以應(yīng)用于環(huán)境樣品中分支桿菌快速檢測(cè)，他們利用10～26 GHz微波，快速檢測(cè)生物芯片表面微生物質(zhì)量。結(jié)果表明，不同微生物在不同頻率條帶出現(xiàn)特異的共振現(xiàn)象，在2 h內(nèi)可以快速確定和分析環(huán)境樣品中分支桿菌[8]。Chandler等[9]開發(fā)了雙鄰近伴侶探針檢測(cè)系統(tǒng)，該芯片包含物種特異性的捕獲探針和另一個(gè)標(biāo)記的鄰近伴侶探針，用于檢測(cè)環(huán)境樣品中完整16S rRNAs，他們利用22個(gè)堿基的捕獲探針和15個(gè)堿基檢測(cè)探針，相互間隔10～14個(gè)堿基，可以捕獲物種特異的具有二維平面結(jié)構(gòu)的16S rRNA。Yagur-Kroll等[10]構(gòu)建了實(shí)時(shí)細(xì)菌報(bào)告裝置，利用多孔氧化鋁建成流動(dòng)池芯片，具有微生物傳感器功能，這種廉價(jià)、易于安裝多孔氧化鋁流動(dòng)池生物傳感器可以用于將來水質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)平臺(tái)。Cong等[11]使用一種芯片宏基因組的工具——GeoChip 5.0，研究微生物功能基因多樣性和誘發(fā)因素,發(fā)現(xiàn)熱帶雨林中土壤微生物功能基因存在高度多樣性和在生物地球化學(xué)進(jìn)程中土壤微生物代謝潛能發(fā)生改變。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理和土壤生物地球化學(xué)分析證明土壤有效氮與土壤微生物功能基因結(jié)構(gòu)最為相關(guān)。Gao等[12]指出宏基因組芯片GeoChip 4.0分別檢測(cè)西藏4個(gè)不同海拔高度山區(qū)草場(chǎng)地點(diǎn)土樣中微生物功能基因表達(dá)譜，調(diào)查微生物對(duì)氣候變化的反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)4個(gè)不同高度微生物群落不同，土壤的pH、溫度、NH4(+)-N和植被的差異是影響土壤微生物群落4個(gè)主要因素。Yin等[13]為了探索微生物群落對(duì)環(huán)境脅迫反應(yīng)的生態(tài)學(xué)問題，觀察微生物對(duì)重金屬(鉻、錳和鋅)污染的反應(yīng)，使用16S rRNA擴(kuò)增測(cè)序和功能基因組芯片檢測(cè)方法，研究沉積微生物群落組份、結(jié)構(gòu)和功能潛能。16S rRNA擴(kuò)增測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，隨著重金屬污染程度不同沉積微生物組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，在高污染樣品中厚壁菌門、綠彎菌門和泉古菌門相對(duì)豐度提高，而變形桿菌門和放線菌門豐度降低，相應(yīng)的關(guān)鍵功能基因包括金屬內(nèi)穩(wěn)態(tài)(如chrR、metC、merB)、碳代謝和有機(jī)修復(fù)基因在高污染樣品的細(xì)菌中豐度較高，提示在污染區(qū)域的細(xì)菌群落可能調(diào)整了能量代謝和有機(jī)修復(fù)能力。這項(xiàng)研究表明原生沉積微生物群落通過改變組份、結(jié)構(gòu)、功能優(yōu)先和相互作用網(wǎng)絡(luò)提高它們的適應(yīng)能力和/或抵抗環(huán)境污染。Ghobakhlou等[14]使用含有5 760種北極根瘤菌基因克隆的基因芯片，研究8種來源于不同溫度條件的strain N33根瘤菌，給予持續(xù)的和瞬態(tài)冷處理后與室溫生長(zhǎng)的細(xì)胞對(duì)比，持續(xù)低溫(4、10 ℃)處理細(xì)胞與短時(shí)間(<60 min)冷處理細(xì)胞相比出現(xiàn)明顯的誘導(dǎo)基因數(shù)量不同，但當(dāng)延長(zhǎng)冷處理(240 min)后表達(dá)譜的變化介于兩者中間。最明顯上調(diào)的基因編碼蛋白質(zhì)包括代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、蛋白翻轉(zhuǎn)、氧化還原酶活性、防凍保護(hù)(甘露醇、多胺)、脂肪酸代謝和膜流動(dòng)性相關(guān)蛋白質(zhì)。冷處理期間，N33根瘤菌主要影響的基因是糖轉(zhuǎn)運(yùn)和蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、酯類生物合成和NADH氧化還原酶活化相關(guān)基因，分泌、能量生成和轉(zhuǎn)化、氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞胞膜和外膜生物生成功能相關(guān)基因明顯下調(diào)。這些表明生長(zhǎng)停止或下降，可能是在寒冷應(yīng)激條件下調(diào)解細(xì)胞功能和保存能量的重要策略。上述相關(guān)基因可能是N33根瘤菌寒冷適應(yīng)性反應(yīng)相關(guān)基因。

2.3 生物芯片在病毒檢測(cè)中的應(yīng)用

Gryadunov等[15]介紹了利用微陣列分子技術(shù)鑒別肝炎病毒HCV基因型和亞型技術(shù)方法，他們利用HCV病毒基因組的NS5B基因片段構(gòu)建基因型和基因亞型120個(gè)寡核苷酸探針，可以鑒別HCV基因型，尤其是可以實(shí)現(xiàn)鑒別臨床難以鑒別的耐藥HCV亞型。Leblanc等[16]使用生物素標(biāo)記方法使疫病毒擴(kuò)增產(chǎn)物與芯片結(jié)合然后用磁珠進(jìn)行檢測(cè)，可以檢測(cè)4種疫病毒種類。與其他檢測(cè)方法相比，具有更高的檢測(cè)靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：這種磁珠結(jié)合芯片檢測(cè)方法具有高靈敏度、高特異性和檢測(cè)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是檢測(cè)致病病毒有效的方法。Hua等[17]為了研究HBV基因型與藥物抵抗的相關(guān)性，使用實(shí)時(shí)定量PCR和基因芯片檢測(cè)了620名慢性乙肝患者血清中HBV基因型(HBV/B、C、D)和耐藥相關(guān)的熱點(diǎn)基因變異位點(diǎn)。在這些患者中76.0%患者的HBV病毒屬于C基因型，76.0%屬于B基因型，2.7%屬于藥物核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 (NA)抵抗型基因變異。C基因型HBV病毒比B基因型HBV病毒更易出現(xiàn)藥物抵抗變異。Lin等[18]研發(fā)了一種低成本的免疫傳感器用于快速檢測(cè)亞洲流行的AI H5N1病毒，可在1 h時(shí)內(nèi)檢測(cè)禽樣品拭子上H5N1病毒。特異的抗AI H5N1病毒抗體是由小鼠骨髓瘤細(xì)胞與H5N1病毒免疫的小鼠脾細(xì)胞融合產(chǎn)生的，使用斑點(diǎn)ELISA分析證明這個(gè)抗體與H5N1病毒有很好的親和力和特異性。微電極表面使用抗AI H5N1病毒抗體修飾，最低檢測(cè)限為2(-1) HAU/50 μL，與H6N2、H9N2、新城疫和禽傳染性支氣管炎病毒無(wú)交叉反應(yīng)。Roh等介紹了一種新的RNA寡核苷酸量子點(diǎn)生物芯片，用于特異性和高靈敏度檢測(cè)病毒蛋白方法。該方法是將HCV非結(jié)構(gòu)蛋白5B(NS5B)固定在玻璃芯片表面，使蛋白氨基集團(tuán)與玻璃芯片上的手臂分子形成共價(jià)鍵。5′端胺基修飾的RNA寡核苷酸與量子點(diǎn)表面羧基結(jié)合形成RNA寡核苷酸包被量子點(diǎn)。RNA寡核苷酸包被量子點(diǎn)與生物芯片上病毒蛋白NS5B相互反應(yīng)將其固定，此方法檢測(cè)的線性范圍在1 mg/mL～1 ng/mL。RNA寡核苷酸納米顆粒分析的最大優(yōu)點(diǎn)是特異性很高，易于操作，并且可用于HCV常規(guī)檢測(cè)，也可以用于其他類似疾病的檢測(cè)[19]。

2.4 生物芯片在其他微生物研究中的應(yīng)用

Yin等[20]使用全基因組基因芯片觀察嗜酸氧化亞鐵硫桿菌在40 ℃時(shí)處理后，用全基因組芯片檢測(cè)基因表達(dá)譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與異養(yǎng)菌熱脅迫反應(yīng)不同，嗜酸氧化亞鐵硫桿菌能量代謝變化更加顯著，使人們更加深入了解自養(yǎng)菌熱休克反應(yīng)的機(jī)制。Thomassen等[21]使用疊瓦式基因芯片研究紫外線誘導(dǎo)大腸埃希菌SOS反應(yīng)，觀察微生物紫外輻射引起轉(zhuǎn)錄組變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在紫外處理的細(xì)胞中，除了常規(guī)SOS反應(yīng)基因外，出現(xiàn)了一組新的差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄子，這些轉(zhuǎn)錄子可能在調(diào)解細(xì)胞對(duì)紫外損傷反應(yīng)過程中起重要的作用，部分轉(zhuǎn)錄子是非編碼RNA(ncRNA)，有些上調(diào)的轉(zhuǎn)錄子編碼一些短肽，這些短肽具有生物學(xué)活性。Nunes等[22]用基因芯片檢測(cè)分析5～120 h，巴西副球孢子菌mycelium-to-yeas轉(zhuǎn)化過程中4 692個(gè)基因表達(dá)變化情況。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)2 583個(gè)與編碼氨基酸降解酶、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白合成、細(xì)胞壁代謝、基因組結(jié)構(gòu)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、生長(zhǎng)控制和發(fā)育有關(guān)基因發(fā)生明顯變化。其中4-HPPD基因明顯過度表達(dá)，使用NTBC特異性抑制4-HPPD表達(dá)可以在體外抑制巴西副球孢子菌生長(zhǎng)和分化。

3 展 望

最早出現(xiàn)的生物芯片是陣列型基因芯片，用于基因序列分析。全基因組基因芯片用于組織細(xì)胞中基因的表達(dá)譜分析，但目前全基因組基因芯片種類有限，應(yīng)該開發(fā)開放的基因芯片設(shè)計(jì)和制備系統(tǒng)，根據(jù)用戶需求定制不同物種的基因芯片。隨著科技的發(fā)展，會(huì)研發(fā)出更多的微生物基因表達(dá)芯片和微生物群落分析芯片。目前生物芯片檢測(cè)低豐度mRNA 轉(zhuǎn)錄本的靈敏度和種類尚需提高，以滿足微生物功能多樣性，揭示其活動(dòng)規(guī)律的研究。微流體芯片的發(fā)展結(jié)構(gòu)越來越微型化和復(fù)雜，功能在不斷增加，使用范圍越來越廣，在探索特殊生態(tài)環(huán)境下微生物生物學(xué)特性和未知微生物的研究方面會(huì)得到有效的應(yīng)用。蛋白芯片的發(fā)展趨勢(shì)是多功能化和檢測(cè)探針數(shù)量不斷增加，不僅可以用于微生物物種的鑒別，還可以進(jìn)行功能性研究，如病原體與微生物免疫反應(yīng)機(jī)制研究、微生物體內(nèi)蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)研究、微生物生物活性物質(zhì)研究以及微生物相互作用研究等。如何提高檢測(cè)特異性和降低芯片成本是生物芯片研發(fā)的永久性課題，只有提高檢測(cè)特異性和降低成本才可以使生物芯片的應(yīng)用范圍更廣、更實(shí)用。生物芯片技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，將為微生物資源、分類、系統(tǒng)學(xué)、多樣性、群體遺傳與演化、協(xié)同代謝分子機(jī)理、環(huán)境微生物學(xué)、工業(yè)微生物學(xué)、系統(tǒng)生物技術(shù)、微生物生理學(xué)、微生物代謝、微生物生態(tài)學(xué)、微生物生化工程、分子病毒學(xué)、分子免疫學(xué)研究提供高效、便利、快捷的技術(shù)手段。生物芯片技術(shù)既具有重大的基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值，又具有明顯的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化前景，在不久的將來會(huì)出現(xiàn)具有良好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

[1] Jain K K. Biochips for gene spotting[J]. Science, 2001, 294: 621-623.

[2] Templin MF, Stoll D, Schrenk M, et al.Protein microarray technology[J].Trends Biotechnol，2002, 20(4):160-166.

[3] Whitchurch A K. Gene expression microarray[J]. IEEE Potentials, 2002, 21: 30-34.

[4] Ngoc-Thuy Ha, Saskia Freytag, Heike Bickeboeller. Coverage and efficiency in current SNP chips[J].Eur J Hum Genet，2014, 22(9): 1124-1130.

[5] Manzano M, Cecchini F, Fontanot M, et al.OLED-based DNA biochip forCampylobacterspp. detection in poultry meat samples[J].Biosens Bioelectron，2015, 15(66):271-276.

[6] Bajwa A, Tan ST, Mehta R, et al.Rapid detection of viable microorganisms based on a plate count technique using arrayed microelectrodes[J].Sensors (Basel)，2013, 26(13):8188-8198.

[8] Jing G, Hollis G, Polaczyk A,et al.Developing rapid detection of mycobacteria using microwaves[J].Analyst,2004,129(10):963-969.

[9] Chandler DP, Newton GJ, Small JA, et al.Sequence versus structure for the direct detection of 16S rRNA on planar oligonucleotide microarrays[J].Appl Environ Microbiol,2003,69(5):2950-2958.

[10]Yagur-Kroll S, Schreuder E, Ingham CJ, et al.A miniature porous aluminum oxide-based flow-cell for online water quality monitoring using bacterial sensor cells[J].Biosens Bioelectron,2015, 15(64):625-32.

[11]Cong J, Liu X, Lu H, et al. Analyses of the influencing factors of soil microbial functional gene diversity in tropical rainforest based on GeoChip 5.0[J]. Genom Data,2015, 15(5):397-398.

[12]Gao Y, Wang S, Xu D, et al. GeoChip as a metagenomics tool to analyze the microbial gene diversity along an elevation gradient[J].Genom Data,2014, 11(2):132-134.

[13]Yin H, Niu J, Ren Y, et al. An integrated insight into the response of sedimentary microbial communities to heavy metal contamination[J]. Sci Rep,2015, 22(5):14266.

[14]Ghobakhlou AF, Johnston A, Harris L, et al. Microarray transcriptional profiling of Arctic Mesorhizobium strain N33 at low temperature provides insights into cold adaption strategies[J]. BMC Genomics,2015, 15(16):383.

[15]Gryadunov D, Nicot F, Dubois M, et al.Hepatitis C virus genotyping using an oligonucleotide microarray based on the NS5B sequence[J].J Clin Microbiol,2010,48(11):3910-3917.

[16]Leblanc N, Gantelius J, Schwenk JM, et al.Development of a magnetic bead microarray for simultaneous and simple detection of four pestiviruses[J].J Virol Methods,2009,155(1):1-9.

[17]Hua W, Zhang G, Guo S, et al. Microarray-based genotyping and detection of drug-resistant HBV mutations from 620 Chinese patients with chronic HBV infection[J]. Braz J Infect Dis,2015, 19(3):291-295.

[18]Lin J, Wang R, Jiao P, et al. An impedance immunosensor based on low-cost microelectrodes and specific monoclonal antibodies for rapid detection of avian influenza virus H5N1 in chicken swabs[J]. Biosens Bioelectron,2015, 15(67):546-552.

[19]Roh C, Lee HY, Kim SE, et al. A highly sensitive and selective viral protein detection method based on RNA oligonucleotide nanoparticle[J]. Int J Nanomedicine,2010, 13(5):323-329.

[20]Yin H, Tang M, Zhou Z, et al. Distinctive heat-shock response of bioleaching microorganism Acidithiobacillus ferrooxidans observed using genome-wide microarray[J].Can J Microbiol,2012,58(5):628-636.

[21]Thomassen GO, Weel-Sneve R, Rowe AD, et al.Tiling array analysis of UV treated Escherichia coli predicts novel differentially expressed small peptides[C].PLoS One，2010, 5(12):e15356.

[22]Nunes LR, Costa de Oliveira R, Leite DB, et al.Transcriptome analysis of Paracoccidioides brasiliensis cells undergoing mycelium-to-yeast transition[J]. Eukaryot Cell,2005,4(12):2115-2128.

Applications of Biochip in microbiological research

ZHAO Yu-jie, ZHONG Lian-sheng, HE Qun, LIANG Bin, WANG Shao-cheng,PAN Zhong-cheng, WANG Tian-jiao

(BiochipCenter,ChinaMedicalUnivecity,Shenyang110122)

Biochip is a tiny device used to detect biological molecules and biochemical indicators in biological samples. according to its test target, biochip is divided into: gene chip(DNAmicroarray), protein chip, cell chip, tissue chip and biochemical chip; According to its structure and working principle is divided into: the microarray, liquid chip and microfluidic chips. Because of the detection characteristics oftrace amount, parallelism, high throughput, and automation, biochip isnow widely used in the field of biology. This paper mainly discusses the application of biochip in microbiology research.

Biochip；Microbiology；Gene detection；Proteindetection

趙雨杰，博士，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。1992年考入中國(guó)醫(yī)科大學(xué)生物物理專業(yè)攻讀碩士學(xué)位，1995年獲理學(xué)碩士學(xué)位。1995年考入蘇州醫(yī)學(xué)院放射生物學(xué)專業(yè)攻讀博士學(xué)位，1998年獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。1998年起在東南大學(xué)教育部分子與生物分子電子學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究工作。在東南大學(xué)期間作為主要負(fù)責(zé)人主持基因芯片應(yīng)用研究課題組科研工作。主持國(guó)家863基因芯片的研究和應(yīng)用課題，主要承擔(dān)973國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目 “惡性腫瘤發(fā)生與發(fā)展基礎(chǔ)性研究”與癌癥相關(guān)的基因芯片研究工作。獲得2000年國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基因芯片在片合成核苷酸的動(dòng)力學(xué)研究”資助。2000年9月 作為人才引進(jìn)到中國(guó)醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)生部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，任中國(guó)醫(yī)科大學(xué)生物芯片中心主任和沈陽(yáng)生物芯片中心主任。2001年創(chuàng)建中國(guó)醫(yī)科大學(xué)生物信息學(xué)教研室。獲2002年國(guó)際尤里卡專利發(fā)明金獎(jiǎng)。被遴選為遼寧省科技“百、千、萬(wàn)”人才計(jì)劃百人計(jì)劃成員?，F(xiàn)任國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、生命科學(xué)部預(yù)防醫(yī)學(xué)與免疫學(xué)學(xué)科項(xiàng)目評(píng)審專家，國(guó)家863計(jì)劃“微機(jī)電系統(tǒng)”預(yù)啟動(dòng)項(xiàng)目評(píng)審專家，中華中西醫(yī)雜志常務(wù)編委，遼寧省生物物理學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。主持國(guó)家、省、市自然科學(xué)基金多項(xiàng)，已申請(qǐng)國(guó)家專利14項(xiàng)，主編《醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)》專著。多年來，從事生物芯片研究與開發(fā)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。

遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014021084)

趙雨杰 男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。主要從事生物芯片研究。E-mail:yjzhao@mail.cmu.edu.cn

2015-12-17

Q93

A

1005-7021(2016)01-0001-05

10.3969/j.issn.1005-7021.2016.01.001