近年來,各國的科學家在人類基因組工程方面的研究取得了突飛猛進的進展,其顯著的成果是人類基因密碼的破譯和基因組圖譜的繪製。它標誌著人類進入了以基因組功能研究為中心的一個嶄新發展階段。如何開展基因組功能或後基因組學研究成為科學家關注的焦點,生物晶片技術就是在這個背景下發展起來的。
今年3月,在英國權威的《自然生物技術》雜誌上,刊登了一篇關於糖體生物晶片的論文,宣佈了以糖體為基礎的新型晶片技術的創立。這項技術的建立是當代生物晶片技術領域的一項重要進展。從此,生物醫學工作者可以在基因、蛋白質和糖體等多個分子層面上對生命現象進行廣泛深入的分析研究。取得這一突破的是美國哥倫比亞大學基因中心功能基因研究部主任、華裔學者王德農博士及其領導的科研人員。
在哥倫比亞大學現代化的醫學研究大樓辦公室裏,王德農向記者介紹了生物晶片研究和應用的發展狀況:人類基因組工程的研究,已經引發了一場生物技術革命,其顯著的標誌是基因晶片和蛋白質生物晶片等新一代生物技術的誕生。目前科學家們在三個方向探索生物晶片技術:一個是基因晶片,一個是蛋白質生物晶片,另外一個就是糖體生物晶片。同前兩種生物晶片相比,糖體生物晶片有其獨特的優越性:其一,生物活性穩定,該中心研製的糖體生物晶片可在室溫條件下長期保存生物活性不變;其二,應用範圍廣泛,把糖體生物晶片這一技術應用於醫學臨床上,可以發展成對多種傳染性與非傳染性疾病同時進行快速診斷的新方法。它可以用不到一滴血的血液標本,同時檢測數千種不同的病原體感染。可用於許多傳染性疾病和某些非傳染性疾病,包括腫瘤疾病和心臟病的診斷。它對於流行病的診斷和大規模調查、環境監測等都有很重要的作用,對有關新藥的開發也有廣泛的應用前景;其三,糖體生物晶片具有生物晶片技術的廣譜性和免疫診斷技術的特異性的雙重優勢,應用於臨床疾病診斷,可借鑒多年的免疫診斷技術所積累的豐富經驗。
王德農認為,當世界上大多數科學家把注意力都集中在基因晶片和蛋白質晶片的研究時,他們另辟新徑,想到了糖體晶片,想到了所有的細胞表面都有含糖物質。這些糖化分子在細胞分子的識別過程中起著重要的作用,比如血型的測定,以及從生命的起源階段精子與卵子的分子識別,到人體免疫細胞對微生物病原體和某些腫瘤的識別。因此,把糖體做成晶片,其應用的廣泛是不言而喻的。但有了新思路,並不等於成功。因為如何在糖體的分子水準上進行廣譜綜合性研究仍是一個世界性的難題。首先需要解決實際晶片製造的技術難題,包括如何將含糖物質固定在晶片上、如何監測晶片上糖體的生物活性。他們的研究就是解決了這兩個難題。可以説,這一成功是生物晶片研究的一個里程碑,既填補了生物學和醫學研究的一項空白,也拓寬了人類對生命現象觀察研究的視野。
記者有幸一睹這種神奇的晶片:一塊小小的玻璃晶片上,涂著一層白色的薄膜。正是這種三維薄膜將那些含糖生物大分子固定在晶片上。點上一點血標本和免疫試劑,放入分析儀裏,很快就能顯現出色彩不同的密密麻麻但井然有序的微小點陣。也正是這些微小點陣,可幫助人們準確找到危害人類健康的病菌和其他肉眼看不到的微小生物體。王德農認為,任何科學研究都有它的連續性和繼承性,就拿糖體生物晶片的研究來説,它就利用了現代免疫學的創始人之一、美國科學院院士卡巴特畢其一生研究創立起來的糖體抗原庫。當卡巴特院士退休時,由於當時一些科學家不重視糖體物質的作用,這個抗原庫面臨被棄之不用的困境。卡巴特想到了他的學生王德農,而王德農博士也欣然接下了這個抗原庫,不僅使它保存了下來,而且在研究中發揮了作用。這也是哥大科研歷史中的一段佳話。因此,王德農博士特別把這篇重要的論文獻給他這位已經去世了的老師,以紀念他對糖體研究所做出的貢獻。
在談到糖體生物晶片的發展前景時,王德農表示,這是一片處女地,現在門已經打開了,今後還有許多理論問題需要研究,許多應用技術有待開發,如果這一研究成果應用到蛋白質生物晶片的研究中去,其所能發揮的效益是難以估量的,可以相信,生物晶片技術將為人類的醫療和健康發展做出更大的貢獻。 (何洪澤)
人民日報 2002-4-17