生物芯片在动物疫病及畜产品安全检测中的应用

○甘肃省兰州市畜牧兽医研究所 张成虎

生物芯片技术是随着“人类基因组计划”的进展而发展起来的，主要是指通过微加工和微电子技术等方法，将大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至组织切片、细胞等生物样品有序地固化于支持物（如玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体）的表面，构建微型生物化学分析系统，组成密集二维分子排列，然后与已标记的待测生物样品中靶分子杂交，通过特定的仪器对杂交信号的强度进行并行、高效地检测分析，从而判断样品中靶分子的数量，完成对生命机体生物组分准确、快速、大信息量的检测。由于常用玻片/硅片作为固相支持物，且在制备过程模拟计算机芯片的制备技术，所以称之为生物芯片技术。它是融微电子学、生物学、物理学、化学、计算机科学为一体高度交叉的新技术，具有重大的基础研究价值和广阔的生产技术应用前景。

一、生物芯片的研究现状和开发前景

1996年，美国成功地研制出世界上首批用于药物筛选和实验室试验的生物芯片，并研制出芯片系统，随后其他各国也快速跟进，一些跨国公司如摩托罗拉、惠普、IBM等也相继投以巨资开展芯片研究。1998年12月，美国成立基因分析协会，旨在建立一个统一的技术平台，并生产相应的技术设备，推动生物芯片技术的应用。在21世纪，生物芯片对人类的影响将可能超过微电子芯片。

我国对生物芯片的研究基本与世界同步，1997年，召开的全国生物芯片战略会议，就我国的生物芯片发展提出了意见；1998年，中国科学院将基因芯片列为“九五”特别支持项目；2000年，国内从事生物芯片技术研究的多家单位强强联合，成立了国家生物芯片技术中心；中国工程院举办了首次“生物芯片技术”工程科技论坛。目前，国内外已开发出的产品有单核苷多态性（SNP）检测芯片、突变检测芯片、比较基因组杂交芯片、DNA甲基化检测芯片、信使RNA和小RNA表达谱芯片等。生物芯片在重大疾病发病机理、药物开发、生长发育、农业育种、干细胞研究等领域中广泛应用。

二、动物疫病及畜产品安全检测中的应用

生物芯片技术已经被广泛用于农业研究和农产品检测。在动物疫病监测和畜产品安全检测中的应用尤为突出。

1.兽药残留的检测芯片。滥用兽药导致动物体内药物的滞留或蓄积，对人体造成危害，它已经成为动物性食品的不安全因素，成为国家整治农产品质量安全的重要环节，被列为肉食品的重点监测项目之一。目前，常规的兽药残留检测方法主要是理化分析仪器法，存在仪器昂贵、操作繁琐、试剂消耗量大等问题；而生物学方法如微生物学检测方法，虽然成本低、操作简便，在大批样品同时分析中具有一定优势，但分析速度慢、专一性差，并且只能测定有生物活性的残留物。而酶联免疫法目前大多采用进口试剂盒，价格较高，且仅能对单一兽药进行检测。

2006年，在国家863计划的支持下，我国率先研制出了用于检测残留兽药的生物芯片系统。这是一套把样品制备、生化反应和结果检测三步集成在一起的检测系统，具有前处理简单、灵敏度高、特异性好、检测速度快（比现行的检测手段缩短数十倍）、检测通量高、质量控制体系严密等优点。此芯片系统可检测出磺胺二甲基嘧啶、链霉素、恩诺沙星和克伦特罗，检测对象主要包括鸡肉、鸡肝、猪肉、猪肝、猪尿和牛奶等。它是目前畜产品兽药残留检测的一个高效便捷的系统，具有极高的推广价值。

2.食源性微生物检测芯片。由微生物引起的食源性疾病是食品安全的主要问题。近年来，国内外食源性疾病事件频频发生，如葡萄球菌、沙门氏菌、弧菌病、肠出血型大肠杆菌(引起肠出血)、利斯特菌引起的食源性传染病、霍乱弧菌引起的霍乱等。对食源性疾病的预防与控制已引起了世界各国的高度重视。食源性病原微生物检测技术是食源性疾病预防与控制的关键技术环节。传统的微生物培养和生理生化检验法的最大弱点是耗时较长，对保藏期较短的食品在产品卫生状况方面的评估作用不大。

食源性微生物检测芯片主要是结合微阵列技术、PCR扩增技术和生物信息学技术，同时并行检测样品中葡萄球菌、沙门氏菌、弧菌病、肠出血型大肠杆菌(引起肠出血)、利斯特菌、霍乱弧菌等致病菌，具有灵敏度高、检测时间短（整个检测过程只需18小时）等特点。

3.动物疫病病原体检测生物芯片。动物疫病是养殖业的头号大敌。动物疫情监测和动物疫病诊断作为动物疫病防控的两大方面，新技术应用十分关键。目前，常用的是病原学、血清学、分子生物学等技术，生物芯片作为分子生物学的技术之一，近年来得到了高度重视，并进行了大量的研究应用，北京、山东、广州、四川等地已经开发应用了多种动物疫病检测、诊断芯片，在诊断各种病毒性疫病中取得了实质性的突破。生物芯片技术对病原抗原进行定性、定位、定量测定，结合组织学、免疫学、免疫组织化学等生物学技术，达到快速特异性诊断的目的，具有操作性好、实用性强、准确性高、时间短、成本低等诸多优点。