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1、 自己收集整理的错误在所难免仅供参考交流如有错误请指正！谢谢蛋白质芯片技术的研究进展蛋白质芯片技术是生物化学和分子生物学上具有较大作用的生物检测技术该文简要综述了该技术的发展概况、基本原理及目前应用并指出了存在的问题和发展前景 关键词：蛋白质芯片；生物芯片；应用 生物芯片(Biochip)主要是指通过微细加工工艺在固体芯片表面构建的微型化学分析系统从而实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确快速与大信息量的检测其反应结果可用同位素法、化学荧光法、化学发光法或酶标法显示然后用精密的扫描仪或CCD(charge-coupled device)摄像技术记录最后通过计算机进行数据处理以得到综合
2、的信息常用的生物芯片分为三大类：基因芯片(GenechipDNA chipDNA microarray)、蛋白质芯片(Proteinchip)、芯片实验室(1ab-on-a-chip) 人类基因组(genome)排序工作的完成是人类医学史上的里程碑基因芯片虽可在mRNA水平上分析整个基因组表达的情况并得到了迅猛发展但生命活动的主体是人体内存在的1O万种以上的蛋白质发展蛋白质芯片这一高新技术已成为生物芯片领域的挑战性课题人类基因组测序的完成代表着后基因组时代的到来-生命科学的研究重点逐渐转移到了细胞中的蛋白质众所周知细胞中的DNA是生命的基础但是细胞中真正行使功能的确是由基因编码的蛋白质基因芯片
3、的诞生因其无可比拟的信息量、高通量、快速、准确地分析基因的本领在基因功能研究、临床医学等领域发挥出了巨大的作用蛋白质芯片的研发概念是由基因芯片延伸而来基因芯片分析的是细胞中mRNA的变化程度蛋白质芯片则是对蛋白质的筛选、分析由于蛋白质对轻微的干扰甚是敏感因此要将蛋白质固定在芯片表面相当困难不是能用普通方法得以解决的构建蛋白质芯片的最初目的是研究赖氨酸或半胱氨酸残基的活性并希望表面上的反应基团能以共价键形式捕捉到蛋白质但是这种做法的缺点是使活性位点变得难以获得或者导致蛋白质的变性 为了解决这些问题一些研究人员用传统的亲和层析法来将蛋白质放置到芯片上但是这种做法并不完美仍然存在问题：使用的标签不仅
4、需要在各种环境中保持稳定而且还需要保持表面的高亲和力为了实现这个目标来自加州理工学院的David Tirrell博士的研究组使用了一种新型的柔性多肽支架构成表面的固定域和蛋白质捕捉域固定域是由高疏水性的弹性蛋白拟肽构成能紧紧地附着在疏水的表面当与人工合成的光反应苯基丙氨酸衍生物结合时这种新方法中弹性蛋白拟肽利用一个光合反应氨基酸与表面发生共价结合而目标蛋白质与亮氨酸拉链螺旋的融合以及螺旋间强大的非共价连接形成的二聚作用实现了目标蛋白质的有效固定这种专门设计的多肽支架能实现将蛋白质更为灵活地固定在芯片上以便于研究人员从事蛋白质功能的研究这种设计是蛋白质芯片制造技术上的一个重要进展并且将会为人类研
5、究蛋白质注入新的活力蛋白质芯片的发展概况 蛋白质能直接反映基因携带的遗传信息它的功能一旦出现异常就可能引起疾病破坏人体健康如Alzheimers病人脑脊液中微量 淀粉样蛋白肽的出现b 是目前公认的脑神经退行性变的标志物蛋白芯片可以将数十万个与生命相关的信息集成在一块厘米见方的芯片上对抗原活体细胞和组织进行测试分析同时蛋白质芯片的特异性高亲和力强受其他杂质的影响较小因此对生物样品的要求较低可简化样品的前处理甚至可以直接利用生物材料(血样、尿样、细胞及组织等)进行检测 蛋白质芯片是指固定于支持介质上的蛋白质构成的微阵列又称蛋白质微阵列(Protein miogrorray)最早是在生物功能基因组学
6、研究中继基因芯片之后作为基因芯片功能的补充发展起来的是在一个基因芯片大小的载体上按使用目的的不同点布相同或不同种类的蛋白质然后再用标记了荧光染料的蛋白质结合扫描仪上读出荧光强弱样品中的蛋白质预先用荧光物质或同位素等标记,结合到芯片上的蛋白质就会发出特定的型号,用CCD(charge-coupled device) 照相技术及激光扫描系统等对信号进行检测计算机分析出样本结果最早进行蛋白质芯片研究的是德国科学家Lueking目前国内也有学者在从事蛋白芯片的研究 2 蛋白质芯片的原理 蛋白质芯片是高通量、微型化和自动化的蛋白质分析技术蛋白质芯片又称蛋白质微阵列( Protein microarray
7、) ,是指固定于支持介质上的蛋白质构成的微阵列最早是在生物功能基因组学研究中继基因芯片之后,作为基因芯片功能的补充发展起来的蛋白质芯片与基因芯片类似,是在一个基因芯片大小的载体上,按使用目的的不同,点布相同或不同种类的蛋白质,然后再用标记了荧光染料的蛋白质结合,扫描仪上读出荧光强弱,计算机分析出样本结果,从理论上讲,蛋白质芯片可以对各种蛋白质、抗体以及配体进行检测,弥补基因芯片检测的不足,该方法不仅适合于抗原、抗体的筛选,同样也可用于受体配体的相互作用的研究,具有一次性检测样本巨大、相对低消耗、计算机自动分析结果以及快速、准确等特点 抗原、抗体芯片是指将抗原或者抗体固定在支持介质上它们在本质上
8、属于蛋白质,抗体芯片的称谓来源于免疫学角度,由于其在微生物感染检测中巨大的潜在应用价值而引起人们广泛的兴趣,是蛋白质芯片研究中进展速度较快的一个分支蛋白芯片技术的研究对象是蛋白质其原理是对固相载体进行特殊的化学处理再将已知的蛋白分子产物固定其上(如酶、抗原、抗体、受体、配体、细胞因子等)根据这些生物分子的特性捕获能与之特异性结合的待测蛋白(存在于血清、血浆、淋巴、间质液、尿液、渗出液、细胞溶解液、分泌液等)经洗涤、纯化再进行确认和生化分析；它为获得重要生命信息(如未知蛋白组分、序列体内表达水平生物学功能、与其他分子的相互调控关系、药物筛选、药物靶位的选择等)提供有力的技术支持 它是继基因芯片之
9、后作为基因功能的补充发展起来的与基因芯片概念类似它是在一个基因芯片大小的载体上点布高密度不同种类的蛋白质然后再用标记了荧光染料的已知抗体或配体与待测样本中的抗体或配体一起同芯片上蛋白质竞争结合在扫描仪上读出荧光强度计算机分析计算出待测样本结果在此基础上可发展到对各种蛋白质、抗体以及配体的检测弥补了基因芯片检测中不能检测的空缺Kodaked根据制作方法和应用的不同将蛋白质芯片分为两种：一种是细胞中的每一种蛋白质占据芯片上一个确定的点称之为蛋白质功能芯片主要应用于高度平行检测天然蛋白质活性例如假定你想了解所有与蛋白质X相关的蛋白那么就可将一种荧光标记的蛋白质X与蛋白质功能芯片共孵育发亮的斑点即可认
10、为是蛋白质X结合靶蛋白的理想候选物另一种是蛋白质检测芯片：研究者无需点布天然蛋白本身而是可以将能够识别复杂生物溶液（如细胞提取液）中靶多肽的高度特异性配体进行点阵这种芯片可作为类似于DNA芯片的分析工具能够高度并行的检测绘定生物样品中的蛋白质换句话说即蛋白质芯片相对DNA芯片就像Westem Blot（蛋白质免疫印迹法）相对于Northem Blot（DNA印迹法）蛋白质芯片不仅可用于基础研究而且具有广泛的应用前景它将成为21 世纪医疗诊断和新药研究的中坚力量 21 固体芯片的构建 常呈薄片型,外观可做成长条状、圆形或椭圆形等不同形状,经特定处理后承载吸附有关的生物制剂 用的材质有玻片、硅、云
11、母及各种膜片等理想的裁体表面是渗透滤膜(如硝酸纤维素膜)或包被了不同试剂(如多聚赖氨酸)的载玻片外形可制成各种不同的形状LinSR等人引采用APTS-BS3技术增强芯片与蛋白质的牢固结合 22 探针的制备 低密度蛋白质芯片的探针包括特定的抗原、抗体、酶、吸水或疏水物质、结合某些阳离子或阴离子的化学集团、受体和免疫复合物等具有生物活性的蛋白质制备时常常采用直接点样法以避免蛋白质的空间结构改变保持它和样品的特异性结合能力高密度蛋白质芯片一般为基因表达产物如一个cDNA文库所产生的几乎所有蛋白质均排：列在一个载体表面 其芯池数目高达1600个cm2呈微距阵排列点样时须用机械手进行可同时检测数千个样品
12、 23 生物分子反应 使用时将待检的含有蛋白质的标本如尿液、血清、精液、组织提取物等按一定程序做好层析、电泳、色谱等前处理然后在每个芯池里点入需要的种类一般样品量只要2-10L即可 根据测定目的不同可选用不同探针结合或与其中含有的生物制剂相互作用一段时间然后洗去未结合的或多余的物质将样品固定一下等待检测即可 24 信号的检测及分析 直接检测模式是将待测蛋白用荧光素或同位素标记结合到芯片的蛋白质就会发出特定的信号检测时用特殊的芯片扫描仪扫描和相应的计算机软件进行数据分析或将芯片放射显影后再选用相应的软件进行数据分析间接检测模式类似于ELISA方法标记第二抗体分子以上两种检测模式均基于阵列为基础的芯片检测技术该法操作简单、成本低廉可以在单一测量时间内完成多次重复性测量目前国外多采用质谱( mass spectrometryMS)分析基础上的新技术如表面加强的激光离子解析一飞行时间质谱技术(SELDI-TOF-MS)可使吸附在蛋白质芯片上的靶蛋白离子化在电场力的作用下
