生物芯片技术在食品安全检测中的应用前景.docx

生物芯片技术在食品安全检测中的应用前景杜艳艳(中国科学技术信息研究所，北京100038)鏑要：背设：全球食品安全形势+分严竣.目的：介铒生物芯片技术在食品安全检瀚I方面的应用逬餍.方法：文 献调研法，案例分析法.结果*提出了生物芯片技术应用存在的问埋及发篾前录.结论醸着生命科学、倌息技 术以及分子生物技术的发展，生物芯片技术在食品安全检测中有广泛的应用前景mm：生物芯片：食品安全：检瘺；基因Application Prospects of Biochip Technology in FoodSafety Testing DU Yanyan(Institute of Scientiilc mid Technical Inforaiion of China, Beijing 100038, China)Abract: Background: Serious problem of glotml food security. Objective: To introduce the 卿lication of the bio-chip technology in food safety testing Methods: The liter如ire research method, case andysis. Results: The problems and developtnmt prospects was poiiMed out that ajlication of biochip technology Cooclion: Bio-chip technology, there is a wide range of alications in food safety testing, with the development of life science infcMination technology 油d molecular biotechnolty.Keywords: bio-chip, food safy，inspectioiu 卿e目前，全球食品安全形势十分严峻，主要表现在食源性疾病持续上升，恶性食品污染事件接连不断， 食品加丁新技术与新T.艺也带来不确定性危害。世界范闱内由于食品安全卫生质a而引起的食品贸易纠纷 不断，因此，高新技术应用于食品安全检测，不仅可以确保食品安全，而且可以有效避免食品贸易纠纷， 具有翁常广阔的发展空间*I生物芯片概述生物芯片是20傲纪90年代初发展起来的一项高新技术，现已成为生命科学界的研究热点之一它综 合了分子生物技术、微加工技术、免疫学、化学、物埋、计算机等多项技术，使生命科学中不连续的、离 散的分析过程集成在芯片上耷成生物芯片技术可以对基因、配体、抗原等生物活性物质进行高效、快捷 的测试和分析，在食品安全检测中有着良好的发展前景生物芯片是在娃片、载玻片或高分子聚合物薄片上，将大摄的生物大分子 如基因探针、基因片断、 抗原、抗体）按特定方式有序地固定嫌列.形成可供反应的固相载体在一定条件下，与已标记的待测样作者简介：杜艳艳，女，中因科学技术信息研究所，副研究员，农业生物技术领域，中_软科学学会 E-mai 1: duyanyanti st ic. cn品进行作用.通过精密扫描仪等光学仪器对反应信号的强度进行快速，并行、离效地检测分析，判断检海 样品中祀分子的数量，从而达到分析检测的目的，生物芯片的主要特点是高通a、微型化、自动化、离灵敏度以及检测速度快，生物芯片上高度集成的 成千上万密集排列的分子微晬列，使人们能够在很短时间内分析大量的生物分子，并能快速准确地获取样 品中的生物信息，检測效率是传统检测手段的成百上千倍常见的生物芯片主要分为3大类，即基因芯片、蛋白质芯片和芯片实验室基因芯片是通过分子杂交 方式对样品进行分析，从而大规模高效地获取相关的生物信息。采用基因芯片技术筛选大S的转基因食品， 被认为是最具潜力的检测手段之一基因芯片技术在饿生物研究领域取得了许多成功的经验，其检测周期 短、结果准确的优点已经得到了广泛的认可，可以将其用子对食品中的微生物特别是致病菌的检测.蛋白 质芯片与基因芯片的基本琢理相似，不同之处在于它不是利用碱拣配对，而是利用抗体与抗療结合的特异 性即免疫反应来检测芯片实验室是将样品制备、生化反应及检测分析的整个过程集约化形成撖型分析系 统，使许多烦琐、费时、不连续、不精确和难以重复的生物分析过程自动化、连续化和徽缩化，这是未来 生物芯片的发展方向面对全球性的食品安全问题生物芯片在转基因食品的检测、食源性致病微生物检测以及食品污染生 物毐素的检测等方面已经表现出良好的应用前录*随着研究的深入，生物芯片技术必将在食品安全保障中 发挥越来越重要的作用.因此，利用生物芯片建立新型、高效、快速的检测和分析技术势在必行2生物芯片技术在食品安全检测中的应用生物芯片技术在我国主要应用于医药领域，在食品安全领域的应用和研究较少但其具有高通量、自 动化、微型化、髙灵敏度、多参数同步分析、快速等传统检测方法不可比拟的优点，故在食品安全检测领 域有着广泛的发展前滎2.1在转基因食品检测中的应用自1994年美II第一个转基因产品上市以来，转基因食品越来越多地进入消费市场，截至2007年，全 球转基因作物种植ffl家达到23个，由转基因作物生产、加工的转基因食品的安全性越来越受关注。目前， 国际上还没有一份严肃的科学报告证实转基因食品是永久安全的*因此，对转基因食品的检测和鉴定不仅 成为满足公众知情权的必要技术，而姓也是相关法规的必然要求，国际上转基因产品的检_还没有统一的 方法和标准常用的转恶因作物检测方法有PCR检测法、化学组织检测法、麴联免疫吸附法等等a这些方 法只能对单个检测目标进行检测，并存在效率低、周期长、假阳性高等问题，不适合对食品中大量不同转 碁因成分的快速检测而基因芯片技术通过设计不同探针阵列、使用特定分析方法可使该技术具有很高的 应用价值*可以检测出食品中是否含有转基H,以及含有何种转基因-利用该技术可以检测食用成品和鲜 活的动梢物材料#如上海博単*因芯片研究所的研究人员采用基因芯片对大豆、玉米、油菜、棉花等转荖 因农作物样品进行检澌，该芯片不仅可以了解4种农作物的转基因背景，还可以适应不_样品品种的不同 生物学背甭根据基因芯片技术的特点*仅靠一个实验就能筛选出大爱的各种转基因食品因此，生物 芯片技术可弥补传统方法的不足，是食品安全检测鏺具潜力的技术手段之一是转基因食品检测的方向，2.2在倾性致病微生物检测方面的应用中国社科院发布的 指出，当前我国食品安全的形式依然严竣，其中微 生物污染和化学性食物中毒是影响我3食品安全的最主要因素*据世界卫生组织估计，在全世界每年数以 亿计的食源性疾病患者中，70%是由于食用了各种致病性微生物污染的食品和饮水造成的，这种由微生物 引起的食物中毒事件严重威胁人类健康丨基因芯片技术可广泛地应用于各种导致食品腐败的致病菌的检测*与传统的细菌检测方法（细菌培养、 生化鉴定、血清分型、PCR法等）相比，该技术具有快速、准确、灵敏等优点，可以及时反映食品中微生物的污染情况-近年来，许多研究者对生物芯片检测食品中常见致病菌进行了系列研究.如Chizhkov等研 究了用基因芯片技术对与致病机制相关的细菌基因组中存在的特异标记进行检测。Keramas等利用基因芯 片能直接将来自鸡粪便中的两种十分相近的CamKiobacto*菌种Campylobacte jejuni和C.coil检测并区分 开来，而且快速、灵敏、专一性强，这对于禽流感疫情的诊断和防治工作提供了一个有益借鉴121李君文 等建立了以*因芯片技术为基础的水中常见致病茴的快速检测与鉴定技术，该技术除可以用于食品中常见 致病菌的检期外，经过改进与完善，还可用于食物中毒的快速诊断、临床样品中致病菌的快速诊断以及分 子流行病学调査等因此，具有广_的应用前漦和较大的经济与社会效益23在食品毒理学研究中的应用随着人们生活水平的不断提离，食品安全性问题越来越受到重视.加入WTO以后食品的安全性问翅 已制约了我国农产品及其加工产品的出口创汇能力，传统的食品毒埋学研究必须通过动物实验模式进行模 糊评判，在研究毒物整体毒力效应和毒物代谢方面有不可替代的作用，但须消耗大a试验动物、时间和精 力.另外，从动物模型得出的结果往往不适宜外推至人，且动物实验中的毒物剂量水t-并不能反映真实情 况，可重复性差而生物芯片可同时对几千个基因表达进行分析，为研究新型食品资源对人体免疫系统的 影响机埋提供完整技术资料*还可对单个或多个锟合体有害成分进行分析，若不同类型的有毒物质所对应 的基因表达有特征性规律，那么就可比较对照样品和有毒物质的基因表达谱，对各种不同的有毒物质进行 分类，在此基础上进一步建立合适的生物模型系统，通过基因表达变化来反映物质对人体的毒性，闻时还 可确定该化学物质在低剂置条件下毒性，并分析推断出该物质的最低限量，虽然生物芯片不能完全取代动 物实验，但它可提供有价值信息，以免除许多不必要的生物试验，降低消耗.目前已有多种较为成熟的毒理学DNA芯片相继问世，美国国立环境卫生研究院分子致癌机制实验室 研制了一种名为ToxChip的DNA芯片，可以灵敏地检测有害化学物质对人体基因表达的作用：Gene Logic 公司的产品可以检测药物和毒物对生物体的影响，他们还建立了庞大的基因表达数据库，可以用子药物靶 点确认和毒性预澜。现有研究工作表明，利用DNA芯片预测化合物毐性和对性物质进行分类是可行的2.4在食品中残留魯药检测方面的应用随着得药在奋牧业中的广泛应用，挎药在动物性食品屮的残留问题已成为公认的农业和环境问題国 内市场上的猪肉、白条鸡等都检测到靑霉素等药物残留*日本搏在93%的猪、60%的牛中检测出抗生素残 留：美W曾在58%的犊牛、23%的猪、20%的禽肉和12%的中肉中检测出残留抗生素，因此，兽药残留 已成为食品安全中最重要的问题之一*兽药残留包括抗生素和盐酸克伦特罗（瘦肉精）等*目前，兽药残留常规的检测方法包括仪器方法、 微生物法和酶联免疫法等#仪器方法存在仪器昂贵、方法复杂、操作烦琐、试刑消耗fi大的局限性；微生 物法存在检期灵敏度低、准确性差和检测速度慢的缺点；_联免疫法可以快速、高灵敏度、高准确率地检 测样品，但每次检测只能针对单种得药而蛋白质芯片检测具有快速、准确、灵敏、高通里和适应范广 等特点o目前已开发了兽药残留蛋白芯片检测平台，可对猪肉、猪肝、鸡肉、鸡肝等姐织中磺胺二甲瞭唆、 碘胺间甲氧嘧啶、恩诺沙星、氣霉素、链霉素及双絮链霉素等挎药残留量进行定量检测，具有前处理简单, 灵敏度高，特异性好，检测速度快，检测通童髙，质控体系严密等诸多优点，可广泛应用于进出口检验、 常规筛检等领域IS在食品原料检测中的应用随着基因组测序工作的进展，许多植物病害的病垛微生物基因组被解码，其表达序列标签（EST)得 到公布，利用这些EST序列制成植物检疫芯片，可用于植物病害的快速诊断，于发病前进行有效防治，指 导跨区引种、调种、植物检验，目前美国的GeneTrak公司已开发出多种检测系统，对转基因食品原料进 行检酒，建立转基W农产品的闺际贸晷技术壁垒，基因芯片可以用来筛选发生基因突变的食品原料作物； 寻找离产、抗虫、抗病、经济价值高的作物：进行食品原料作物疾病的检测和检疫.此外，利用基因芯片还可以详细了解作物各基因的功能，各种外界因索（如干早、肥力、光质、光量、除草剂等）对作物的彩 响等，在此基础上通过科学的方法使作物朝着人们期望的方向生长，从而大大加快了食品原料作物新品种 的培育3生物芯片技术应用存在的问题及发展前录目前，将生物芯片技术应用于食品安全检测还存在许多裔要解决的问膻.首先，生物芯片的制作辯要 大量已测知的、准确的DNA、cDNA片段、抗原、抗体等信息，但现在尚缺乏公开可行的、准确的基因序 m.其次，生物芯片技术在实际应用中会产生假阳性、假阴性，闻时芯片或微阵列的重复使用，会导致检 测灵敏度降低再次目前的基因芯片一般都采用荧光标记技术，使得基因芯片检测不仅窬要昂贽的芯片 制作系统，而且需要昂贵的激光共聚焦招描仪，以及相应配套的分析软件，高昂的价格、繁复的搡作限制 了芯片技术的普及应用_另外，生物芯片方阵构建技术还不够完養，在提商微阵列密度方面未有大的突破， 这些都极大地限制了生物芯片性能的提离尽管生物芯片技术存在_些问题，但并不能阻碍其发展的步伐随着生命科学、信息技术以及分子生 物技术的发展，生物芯片技术也会曰趋完善，并广泛应用于科学研究和日常生活中基因芯片技术这种高效敏感检测基W表达方法的问世，是生命科学研究方法上的革命，它能较系统地 分析真核细胞的基因表达*随着新基因的克隆和人类基因组计划的完成*可以认为基因芯片技术一定也会 像计算机芯片那样不断扩大容量f升级换代。基因芯片技术的出现带动了蛋白质芯片类似技术的产生，以 全新甩维方式研究生命科学的时代已经到来.基因芯片技术在食品安全检测领域的广泛应用，将为人类的 健康做出贡献参考文献陆绮雯.生物科技绘制绿色革命解放日报* 2008, 04, 12.范树H,邱璐.生物芯片在食品安全检测中的应用J1.中国生物工程杂志，2008，28 (suppD* 101-107. 韩俊主编. 中国食品安全报告（2007)M.北京社会科学文献出版社，2007.王硕，孙晶伟.生物芯片用于食品快速检测.食品研究与开发丨Ml. 20089(4), 1-1.黄现青，等.生物芯片技术在食品安全检测中的应用.现代科学仪器【JJ. 2007,：7-10.于爱民，等.农产品有毒、害残留物快速检测新技术与仪器进展丨J.现代科学仪器，2005，(1)； 19-22.生物芯片技术在食品安全检测中的应用前景作者：杜艳艳作者单位：中国科学技术信息研究所，北京100038本文链接：