基因芯片技术在锥虫病研究中的应用

基因芯片技术在锥虫病研究中的应用

基因芯片也称为dna矩阵。它的工作原理是将大量已知序列的存储段定期固定在玻璃片、硅片、尼龙膜和其他固体支撑物上，形成分子矩阵，然后将其与用荧光标记的存储样品混合。当样品对应于基因芯片的相同位置的氨基酸检测时，可以通过荧光强度确定检测位置，获得与检测补充的苯甲酸序列，并了解样品信息。人体锥虫病主要包括非洲锥虫病和美洲锥虫病1亚七八德采采蝇分布布氏锥虫罗德西亚种和布氏锥虫冈比亚亚种在采采蝇体内发育繁殖,并通过采采蝇吸血进行传播。两者在形态、生活史、致病性及临床表现上有共同特征1.1布氏锥虫的基因组编码和缺失基因芯片技术的出现有力地促进了人们对于布氏锥虫生物学的认识。早在2000年,布氏锥虫的基因组测序尚未完成,El-Sayed等DNA芯片技术在布氏锥虫染色体研究方面也有相关报道。高分辨DNA芯片用于研究布氏锥虫不同虫株和亚种染色体Ⅰ(大小可变的染色体之一)DNA含量的变化。研究显示,许多虫株的该染色体都具有拷贝数的多态性,尤其在亚端粒,但该现象不足以解释该染色体大小差异这一现象锥虫基因表达的调节主要在转录后水平。布氏锥虫的基因组编码10种蛋白与PUF区域。通过对RNA干扰介导的任何前9个布氏锥虫PUF蛋白的编码mRNA缺失进行DNA芯片检测发现,该情况对细胞生长无影响,且PUF1和PUF3、PUF3和PUF4、PUF1和PUF4mRNA的组合缺失对细胞生长亦无影响DNA芯片分析还揭示了小鼠感染布氏锥虫冈比亚亚种早期的脑组织中免疫球蛋白、趋化因子和细胞因子的表达水平,并发现药物苏拉明在感染早期无效果。在感染的大鼠脑中,上述基因表达也是上调的。脂质运载蛋白2在布氏锥虫冈比亚亚种感染后期的小鼠和大鼠脑脊液中表达量增加。在人体感染布氏锥虫冈比亚亚种和布氏锥虫罗德西亚种后期,脑脊液中脂质运载蛋白2、分泌白细胞肽酶抑制因子(SLPI)、趋化因子CXCL10蛋白表达水平也有所增加2基因芯技术在克氏锥虫研究中的应用克氏锥虫是恰加斯病的病原体,在临床上引起心脏、消化道和外周神经系统病变,死亡率较高,是拉丁美洲严重的公共卫生问题之一2.1克氏锥虫功能基因的基因表达克氏锥虫不同发育阶段的基因表达和不同分离株的基因表达可通过DNA芯片来展示。例如,Minning等DNA芯片也被广泛应用于克氏锥虫功能基因筛选的研究。Baptista等2.2克氏锥虫感染后的基因芯片研究为了解克氏锥虫感染细胞的分子机制,研究者应用芯片技术开展了相关研究,如被感染宿主的细胞凋亡,以及克氏锥虫入侵细胞的相关基因表达谱。克氏锥虫可感染人体成纤维细胞,人类cDNA芯片可用于比较感染细胞和未感染细胞的基因表达谱除了在实验室中进行的克氏锥虫相关基因芯片研究外,商业化的基因芯片(线粒体功能相关基因芯片)也用于评估克氏锥虫感染引起的心肌代谢障碍和疾病进展的严重程度。该芯片包括已知且能较好地代表与线粒体功能相关的cDNA,对这些来自小鼠心肌的cDNA,采用克氏锥虫和哺乳动物宿主感染的早期相互作用多发生于皮肤和黏膜部位,基因芯片也被用来研究早期的虫体和宿主的相互作用。采用Affymetrix芯片研究3个不同的克氏锥虫虫株入侵小鼠真皮时宿主基因表达的改变,研究结果显示,切下的皮肤在感染后24h,免疫反应性纤维结合素(IFN)激活基因被诱导表达2.3高效液相氧化酶目前,用于治疗锥虫病的有效药物只有苄硝唑和硝呋莫司两种,它们的功效有限并有相当大的不良反应。因此,新型药物的研发是极为重要的。虽然已报道了一些与锥虫感染相关的宿主细胞因子,但对于该虫在宿主细胞中的生长和长期存在的分子机制仍未得到充分研究。乙醇脱氢酶是一类可催化乙醇氧化为乙醛的氧化还原酶。Campos等3基因组学和生物生物学研究技术的应用优势DNA芯片技术在人体锥虫病的相关研究已显示出良好的前景,但该技术在具体应用中还存在一些困难和问题,主要有:①芯片试验成本较高,芯片制备和检测需要专门的仪器设备,一般实验室难以承担高昂的费用,无法独立开展研究;②方法标准化不足,由于各实验室的设备和处理方法等的不同,导致所获取数据不具备可比性,不利于芯片数据的共享;③芯片分析的相关软件不够完善,现有基因芯片检测的软件和生物信息学分析软件尚不能充分满足芯片检测结果的读取、分析、挖掘和解释。虽然芯片技术还存在诸多问题,但其在锥虫、锥蝽和锥虫病动物模型等研究领域中已显示出强大优势。随着分子生物学和生物统计学等学科的发展,芯片技术在锥虫研究中必将具有更为广阔的发展空间,将为抗锥虫药物的筛选、锥虫病快速诊断、疫苗靶标寻找、锥虫致病机制的研究、虫株分型鉴定、锥蝽对杀虫药抗性机制等领域的研究提供技术手段。此外,高通量测序技术的快速发展,更好地互补了基因芯片的不足。基因芯片技术的特点在于它是一个“封闭系统”,对已知信息的高通量,对大量样品进行快速检测,短时间内获得大量有效数据。高通量测序技术的特点在于它是一个“开放系统”,其发现能力和寻找新信息能力要高于基因芯片技术。基因芯片技术和高通量测序技术作为两个高通量的基因组学研究技术,虽然在应用的某些方面存在重叠和竞争,但是在