神奇的生物芯片 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：科技漫话

　　神奇的生物芯片
　　吴伟农
　　快速、准确地测出未知基因的密码一直是现代生物技术研究人员孜孜以求的目标。如今，一种叫做生物芯片的装置将帮他们圆这个梦。美国摩托罗拉公司、帕卡德仪器公司以及美国政府所属阿贡国家实验室最近达成合作协议，将生产这种神奇的生物芯片。美国前能源部长培纳说，生物芯片将形成一个达数十亿美元市场规模的新兴产业。
　　生物芯片类似于计算机芯片，但又与计算机芯片有很大的不同。计算机芯片包含许多微小的集成电路，生物芯片则实际上是一块大小如显微镜载物片的玻璃片，玻璃片表面上布满了1万个微凝胶，每个微凝胶就像一个微型试管，可以测出未知DNA（即遗传物质脱氧核糖核酸）的排序、某一段基因的变异等。
　　生物芯片的出现将加速基因疗法的发展，因为这项技术将大大提高人类基因的破译速度。目前，由多国科学家参与的“人类基因组计划”正力图在2005年之前绘制出完整的人类染色体排列图。科学家已弄清，染色体是DNA的载体，基因是DNA上有遗传效应的片段，构成DNA的基本单位是四种碱基。由于每个人拥有30亿对碱基，破译所有DNA的碱基排列顺序无疑是项巨型工程。生物芯片技术则将使这项苦差大大简化。因为，与传统基因序列测定技术相比，生物芯片破译基因组和检测基因突变的速度要快数千倍。将生物芯片与计算机相结合，研究人员在几分钟内就能从30多亿个DNA碱基中找出基因变异，用传统的手段却需几天。
　　生物芯片的检测速度为什么这么快？这是因为，生物芯片上有1万个微凝胶，可进行并行检测，同时，由于微凝胶是三维立体的，它相当于提供了一个三维检测平台，能固定住蛋白质和DNA并进行分析。此外，帕卡德仪器公司开发的液体处理技术即所谓的排列机对提高生物芯片的工作速度与精确程度至关重要。这种排列机能够把一小滴被测试液分成数千个肉眼看不见的独立微滴，让它们均匀分布在生物芯片表面的微凝胶里，这样生物芯片在同一时刻就可对每一种测试液进行数千次检测。生物芯片在解读DNA的碱基排列顺序时，就好比人在看书时不是逐字地阅读，而是整段整段地阅读那样，速度当然就快了，而且是“百分之百地理解了”。
　　在今后4至5年中，研究人员将致力于开发和完善大规模生产生物芯片的技术，以降低生物芯片的成本，使之能被诸多领域里的研究人员所应用。据行家估计，生物芯片刚上市时的价格将在每片100美元左右，不过其价格最终将降至1美元以下。
　　生物芯片在生命科学、医药研究、环境保护和农业等领域有极其重要的应用价值。其中，在医学诊断方面的影响将最大。医学和生物学研究人员将能在数秒钟内鉴定出最终会导致癌症或早老性痴呆的突变基因。借助一小滴测试液，医生们能预测药物对病人的功效，可诊断出药物在治疗过程中的不良反应，还能当场鉴别出病人受到了何种细菌、病毒或其它微生物的感染。
　　在环保方面，生物芯片也大有可为。生物芯片可高效地探测到由微生物或有机物引起的污染，还能帮助研究人员找到与合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶有关的基因。这种对环境友好的基因一旦被发现，研究人员将把它们转入普通的细菌中，然后用这种转基因细菌清理受污染的河流或土壤。另外，生物芯片还能快速准确地探测出农作物疾病和农作物基因变异，使培育新型安全农产品的进度加快。例如，如能找到帮助农作物抗霉菌的基因，这种基因就可被转入农作物中，使之不受霉菌侵袭。
　　最先使用生物芯片的将是制药公司、学术研究机构和生物技术公司等，最终生物芯片将进入医院和临床实验室。由于全世界每家制药公司、基因研究组织和生物医学研究诊断机构都是生物芯片技术的潜在使用者，因此，生物芯片技术的市场潜力很大。