基因芯片在肠道菌群研究上的应用

肠道菌群不仅对人体健康和正常的生理代谢有重要作用，同时还为宿主基因水平上的功能多样性研究提供了方向，健康的宿主与健康的肠道菌群密不可分。近年来，分子生物学技术的快速发展为肠道菌群的研究提供了全新的方法和思维。作为当今科学研究领域有力的工具，分子生物学服务包含在医药研发公司提供的服务之中。

传统的肠道微生物的检测方法主要依赖于细菌体外培养和分离培养，不过方法繁杂、耗时长，仅能鉴定其中的1%左右。而且有40%-80%的肠道菌群都是难以在体外培养的，因此仅靠培养手段会大大削减菌群的生物多样性，不能反应肠道微生物的真实情况。基因芯片技术是近年快速发展的一种基于杂交测序的分子生物学技术，可大规模平行检测生物分子，具有快速、微量、准确的应用优势，已经成为新一代的自动化医学检验工具。上海美迪西提供分子生物学服务，其生物部在分子生物学、细胞生物学、体外生物学和结构生物学领域有丰富广泛的经验。从最初的cDNA文库构建到药物设计，通过蛋白质纯化，结构测定和分析测定，提供一套完整的生物学服务。

基因芯片又称为DNA微阵列，是在分子杂交技术基础上发展起来的一种新型分子生物技术。基本原理是将大量探针固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过荧光扫描及计算机分析样品中的基因序列及表达信息，具有高通量、高信息量、快速、样品用量少、造价低、用途广泛等优点，可以同时对上千个基因进行快速分析。因此对于肠道菌群这样成分复杂的样品，基因芯片展现出很大的优势，极大地提高了检测效率，目前已成功制备了大肠埃希菌、伤寒沙门菌等20多种细菌的基因芯片且成功的检测到临床常见的感染性细菌。除此之外，基因芯片技术还应用于分析酒精性肝硬化、乙型肝炎肝硬化等粪便微生物的功能结构。

有研究者利用基因芯片技术研究分析了肠道环境中共36株大肠杆菌，发现研究对象中部分有致病性的大肠杆菌在变异过程中一部分基因片段发生缺失，以及通过噬菌体而获得基因片段，此外该项研究还发现大量与大肠杆菌基因组中与毒力相关的关键基因，这实质上是对基因保守区域和非保守区域开展的，以此为契机分析不同微生物之间的亲缘关系与进化关系，近年来，这项技术正广泛应用于病原微生物的检测研究。

我国有研究者在针对细菌16S rRNA、23S rRNA基因序列建立的基因芯片检测系统，可以快速准确地鉴定临床常见的十余种肠道致病菌，较传统的细菌培养检测技术具有更高的效率，实现了更清晰、更快速地诊断患者的病症，从而得到及时治疗。

利用基因芯片分析，发现乳酸杆菌肽聚糖可以刺激免疫细胞Th1型免疫反应相关基因的表达，可能激活TLR-NF-κB相关信号通路，同时，不同剂量的肽聚糖可能通过调节Tollip的表达，影响TLR-NF-κB信号通路的激活，从而调节细胞因子的表达。   

不过基因芯片技术也存在一定的缺陷，由于它的提取纯化过程需要手动操作，因此会不可避免造成人为误差，而且探针的杂交有一定的错配率，如何区分由此所造成的假阳性是临床微生物芯片面临的主要挑战。另外，基因芯片的技术成本昂贵、复杂、无法鉴定亚群以及灵敏度等问题也可能限制基因芯片的发展。

基因芯片技术作为一个技术平台，将在不同领域展现出极大的应用前景。除了在肠道菌群检测上面的应用，基因芯片在感染性疾病、遗传性疾病和肿瘤等疾病的临床诊断方面也具有独特的优势，能同时分析成千上万个基因，可将所有突变的探针固定到一张芯片上，只须一次杂交，即可获得某一菌株对所有药物的敏感性结果，因而对指导医生合理用药非常有价值，并为控制疾病的传播提供了可能性。