□王　瑋（安陽(yáng)師范學(xué)院體育學(xué)院河南安陽(yáng)455000）

基因芯片技術(shù)在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)中的應(yīng)用研究

□王瑋（安陽(yáng)師范學(xué)院體育學(xué)院河南安陽(yáng)455000）

基因芯片技術(shù)認(rèn)為是一種新產(chǎn)生的基因表達(dá)和基因結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，具備自動(dòng)化、規(guī)?；?、高通量和快速化等主要特點(diǎn)，它在運(yùn)動(dòng)傷痛類基因檢測(cè)、人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)、運(yùn)動(dòng)員身體的機(jī)能評(píng)定、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給方面都得到了一定程度的應(yīng)用，并且具有特別廣闊的應(yīng)用前景。

基因芯片技術(shù)運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)應(yīng)用

我國(guó)知名學(xué)者田振軍等主要人物在2002年首次應(yīng)用cDNA基因芯片先進(jìn)技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)心肌肥大、疲勞小白鼠的有關(guān)基因進(jìn)行了相關(guān)的篩選和研究；同一年，何子紅等人利用科學(xué)的寡核苷酸芯片技術(shù)初步針對(duì)運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)聯(lián)的基因進(jìn)行了探索，并且將所得結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)的報(bào)道。本文通過(guò)查閱相關(guān)的資料，以基因芯片理論和核心原理為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)基因芯片技術(shù)和其在人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究分析。

1、基因芯片技術(shù)簡(jiǎn)介

基因芯片也被稱為DNA芯片，或者是cDNA微型矩陣，其本質(zhì)是在研究芯片上根據(jù)特定的排列形式固定探針，從而形成DNA探針微型陣，然后將摻有熒光分子的樣本通過(guò)擴(kuò)增等技術(shù)于芯片固相探針進(jìn)行雜交，之后分析掃描器和計(jì)算儀器的結(jié)果，獲得樣本中存在的基因排序以及相應(yīng)的表達(dá)信息?；蛐酒姆N類有很多種，分類的方法也很多樣。依據(jù)芯片上的主要探針的種類可以將其分為cDNA芯片、寡核苷酸芯片等，按照用途可以分為測(cè)序芯片、毒理芯片以及診斷芯片和表達(dá)譜芯片等。

2、基因芯片核心技術(shù)原理

基因芯片主要遵循堿基互補(bǔ)的原則，對(duì)待測(cè)的樣本DNA進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)記并且在規(guī)定的位置上進(jìn)行探針雜交，通過(guò)對(duì)DNA序列的圖像研究，進(jìn)而分析細(xì)胞以及組織中的基因信息。基因芯片先進(jìn)技術(shù)主要包括樣品和芯片制備、基因雜交反應(yīng)以及基因信號(hào)檢測(cè)等環(huán)節(jié)。基因芯片的主要制備方法則主要包括直接點(diǎn)樣和原位合成兩種。直接點(diǎn)樣方法主要指將合成完成的探針以及cDNA等通過(guò)機(jī)械設(shè)備在芯片上進(jìn)行接點(diǎn)；原位合成方法主要是指直接合成目標(biāo)探針，主要運(yùn)用4種核苷酸，這種方法直接簡(jiǎn)單，主要包括光刻合成以及噴印合成兩種。制品制備則主要將需要分析的基因在進(jìn)行主要探針雜交之前進(jìn)行相應(yīng)的分離，然后之后擴(kuò)增和標(biāo)記。因?yàn)榛驑悠返牟煌瑏?lái)源、不同含量以及不同的檢測(cè)方法和目的，促使采用的分離、標(biāo)記以及擴(kuò)增的方法也存在很大的不同。目前所采用的熒光素品種有很多，可以滿足不同來(lái)源、不同類型樣本的分析。另外，基因芯片具體的雜交過(guò)程也是非常直觀、簡(jiǎn)單的。依據(jù)研究的主要目的和具體條件，可以將制備所用的芯片和熒光探針進(jìn)行雜交，將未結(jié)合的探針去掉，然后可以進(jìn)行相應(yīng)的掃描和具體的分析。

3、基因芯片核心技術(shù)在人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景

通過(guò)相應(yīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，最近幾年基因芯片核心技術(shù)在人類體育科學(xué)方面研究以及運(yùn)用程度在逐漸加大，其應(yīng)用的范圍主要集中在人體運(yùn)動(dòng)能力基因篩選、運(yùn)動(dòng)疲勞以及運(yùn)動(dòng)心臟科學(xué)領(lǐng)域，另外還包括運(yùn)動(dòng)疲勞和與之相對(duì)應(yīng)的抗疲勞藥物的選取等方面。如下我們選取幾個(gè)方面進(jìn)行逐個(gè)分析。

3.1、人體運(yùn)動(dòng)能力方面的基因篩選過(guò)程中的應(yīng)用

我們都知道，在競(jìng)技類體育活動(dòng)中，不僅是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、專業(yè)的訓(xùn)練就可以直接成為世界級(jí)專業(yè)的運(yùn)動(dòng)員的。因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)員選手進(jìn)行全面科學(xué)的選材是我國(guó)競(jìng)技體育中尤為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。我國(guó)最開(kāi)始的運(yùn)動(dòng)員選取主要是將成績(jī)作為核心的自然式選材，另外還以教練的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)作為選取的依據(jù)，這是我國(guó)體育員篩選的兩個(gè)主要階段。隨著我國(guó)競(jìng)技體育形勢(shì)日漸激烈以及社會(huì)的不斷發(fā)展，運(yùn)動(dòng)員能力的選取工作變得越來(lái)越重要。目前，選材工作也逐漸從生理功能、身體的形態(tài)、身體素質(zhì)逐漸的從人體運(yùn)動(dòng)心理學(xué)、生物力學(xué)以及人體遺傳學(xué)等方面延伸。隨著先進(jìn)的分子學(xué)生物理論和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，基因芯片核心技術(shù)在我國(guó)體育科學(xué)中的運(yùn)用也變得越來(lái)越廣泛，特別是在人體運(yùn)動(dòng)基因的采取和篩選等方面也取得非常大的進(jìn)步。一直到2000年，人們一共發(fā)現(xiàn)了二十九個(gè)與運(yùn)動(dòng)能力以及體質(zhì)相關(guān)聯(lián)的人體基因位點(diǎn)；而一直到2005年，基因位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了一百四十多個(gè)。近幾年，國(guó)外對(duì)運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)基因的研究都取得了非常大的進(jìn)步，得出有氧耐力人體素質(zhì)訓(xùn)練是受到眾多基因一起控制的，主要有ACE、mtDNA、以及HLA等眾多基因以及低氧適應(yīng)基因等。目前，已經(jīng)篩選到的有關(guān)于運(yùn)動(dòng)能力的基因以及其相關(guān)的位點(diǎn)正在逐漸的增加。希望在未來(lái)，隨著生物學(xué)、基因組學(xué)以及基因芯片學(xué)等技術(shù)以及理論的日漸發(fā)展，人們?cè)诮?jīng)濟(jì)體育方面將得到更大的發(fā)揮和進(jìn)步。

3.2、運(yùn)動(dòng)心臟學(xué)相關(guān)科研中的應(yīng)用

就目前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，運(yùn)動(dòng)性質(zhì)心肌肥大和病歷性質(zhì)心肌肥大的本質(zhì)區(qū)別、運(yùn)動(dòng)型猝死的早期基因診斷和預(yù)防、心肌缺血的具體保護(hù)策略、運(yùn)動(dòng)型心率失常的主要發(fā)生機(jī)制等問(wèn)題已經(jīng)成為目前運(yùn)動(dòng)心臟科學(xué)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題，尤其是針對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的心肌肥大的主要發(fā)生機(jī)制問(wèn)題研究更是得到了廣大科研學(xué)者的關(guān)注。近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的心肌肥大主要發(fā)生機(jī)制進(jìn)行了眾多的研究，并且得到了一定的研究成果。基因技術(shù)因其獨(dú)特的大規(guī)模性、高通量性、快速準(zhǔn)確性以及平行性等核心優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大量數(shù)額基因的同時(shí)篩選。目前，基因芯片先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的心肌肥大相關(guān)基因的篩選方面得到了一定的水平，并且已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道。國(guó)內(nèi)知名學(xué)者田振軍等人運(yùn)用cDNA芯片對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和安靜性質(zhì)的心肌肥大實(shí)驗(yàn)鼠小組的基因表達(dá)情況的結(jié)果進(jìn)行了分析，表明在2201條小鼠基因中，存在顯著基因71條，其中上調(diào)、下調(diào)表達(dá)為37條和34條，這些基因主要包括代謝酶基因、腫瘤基因和細(xì)胞骨架的蛋白基因等多種，國(guó)外學(xué)者對(duì)此也進(jìn)行了多次的研究，并且取得了極大的成就。

由此可見(jiàn)，運(yùn)動(dòng)心臟相關(guān)基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)動(dòng)猝死性質(zhì)的早期基因相關(guān)診斷和主要預(yù)防以及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的心肌肥大的主要發(fā)生機(jī)制等問(wèn)題都是我國(guó)目前運(yùn)動(dòng)心臟科學(xué)研究中急需去解決的問(wèn)題。利用基因芯片先進(jìn)技術(shù)從更深入的分子層面對(duì)運(yùn)動(dòng)心臟學(xué)相關(guān)的主要基因表達(dá)結(jié)果進(jìn)行研究，解釋了其發(fā)生、發(fā)展機(jī)制，為了更深入的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)心肌肥大和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)猝死的提前預(yù)防研究提供了最為基礎(chǔ)的理論依據(jù)和科學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3.3、抗運(yùn)動(dòng)性人體疲勞重要藥物篩選過(guò)程中的應(yīng)用

最近幾年，對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)消除的方法研究在我國(guó)體育科學(xué)主要領(lǐng)域中受到了眾多學(xué)者、專家的廣泛關(guān)注，尤其是針對(duì)抗疲勞相關(guān)藥物的篩選已經(jīng)成為目前運(yùn)動(dòng)學(xué)專家、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)藥理學(xué)家所一致關(guān)注的重大課題。藥物篩選主要是對(duì)潛在適用的藥用類物質(zhì)進(jìn)行初步的活性試驗(yàn)和檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)其藥用價(jià)值和主要的臨床用途進(jìn)行分析，為新藥的發(fā)展提供基本的原始數(shù)據(jù)和相關(guān)資料。目前，針對(duì)藥物篩選所采用的靶標(biāo)主要是靶基因和膜受體。利用藥物的相應(yīng)作用進(jìn)行靶基因的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)疲勞相關(guān)物質(zhì)的篩選，可以在很大程度上對(duì)分子機(jī)理進(jìn)行解決，同時(shí)也可以極大的提高藥物篩選工作的可信度。以往的藥物篩選方式速度慢、資金投入大且信息獲取有限，基因芯片先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了速度，信息獲取增倍，同時(shí)也更為的準(zhǔn)確，通過(guò)對(duì)其運(yùn)用可以了解到正常以及疲勞性質(zhì)基因所產(chǎn)生的表達(dá)譜變化，并且能夠有效的與生理學(xué)、組織學(xué)以及生物化學(xué)進(jìn)行緊密的聯(lián)系。

4、基因芯片核心技術(shù)在人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)應(yīng)用研究展望

通過(guò)對(duì)近幾年基因芯片的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，其因大規(guī)模、高通性、準(zhǔn)確快速等主要優(yōu)勢(shì)在人類體育科學(xué)核心研究領(lǐng)域得到了非常廣闊的發(fā)展。尤其是在人體運(yùn)動(dòng)研究領(lǐng)域，其應(yīng)用的范圍也逐漸得到了加大。目前，國(guó)內(nèi)外科研專家和學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始對(duì)基因芯片技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)用，并且成功篩選出了優(yōu)秀體育遠(yuǎn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)能力關(guān)聯(lián)、心肌肥大以及運(yùn)動(dòng)疲勞等方面相關(guān)的基因。隨著科技以及基因研究技術(shù)的逐漸發(fā)展，通過(guò)基因芯片核心技術(shù)將會(huì)在基因?qū)用鎸?duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)心肌肥大的主要發(fā)生機(jī)制以及運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的心率失常病癥發(fā)生機(jī)制等進(jìn)行了全面的揭示。另外，基因芯片核心技術(shù)將會(huì)把更多與人類運(yùn)動(dòng)能力關(guān)聯(lián)的基因進(jìn)行研究并篩選出來(lái)，與此同時(shí)，同樣可以將優(yōu)秀遠(yuǎn)動(dòng)員的基因主要特征進(jìn)行收集，并且以此為基礎(chǔ)建立一個(gè)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而對(duì)優(yōu)秀基因的表達(dá)水平進(jìn)行提升，為我國(guó)和世界的運(yùn)動(dòng)專業(yè)人才選拔、針對(duì)性培養(yǎng)以及能力的檢測(cè)和評(píng)點(diǎn)工作帶來(lái)新的突破。基因芯片核心技術(shù)在不斷的發(fā)展，將可能對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的應(yīng)激表現(xiàn)、機(jī)制和反應(yīng)在更為深層次的分子水平上進(jìn)行更為全面的揭示，促進(jìn)人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)的研究和發(fā)展。

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，基因芯片核心技術(shù)將會(huì)把更多與人類運(yùn)動(dòng)能力關(guān)聯(lián)的基因進(jìn)行研究并篩選出來(lái)，另外，同樣可以將優(yōu)秀遠(yuǎn)動(dòng)員的基因主要特征進(jìn)行收集和篩選，并且以此為基礎(chǔ)建立一個(gè)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)，為我國(guó)和世界的運(yùn)動(dòng)專業(yè)人才選拔、針對(duì)性培養(yǎng)以及能力的檢測(cè)和評(píng)點(diǎn)工作帶來(lái)新的改革和突破。因此，為了保持基因芯片技術(shù)的健康的發(fā)展，需要國(guó)家以及相關(guān)部門(mén)對(duì)此投入更多的關(guān)注，從而進(jìn)一步的促進(jìn)我國(guó)人體科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

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