[发明专利]噬菌体芯片作为蛋白类芯片或基因芯片的应用

说明书

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，涉及噬菌体芯片的制备及其应用，特别 涉及展示外源抗原肽的噬菌体生物芯片的制备及其应用。本发明将展示外源 肽的不同噬菌体按照设计的阵列方式固定于芯片片基上，获得噬菌体芯片， 该芯片既可作为展示外源肽的蛋白类芯片，用于人体或实验动物各种样本中 抗体、配体和天然或人工合成物中特异性结合物的检测、鉴定和筛选，也可 作为基因芯片，用于特异性基因的检测、鉴定和筛选。

背景技术

生物芯片主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型 生物化学分析系统，以实现对生命机体的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类 以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量的检测。常见的生物芯片分为 三类：第一类为微阵列芯片，包括基因芯片(Gene chip，DNA chip，DNA microarray)、蛋白芯片(Protein chip)、细胞芯片和组织芯片(cell chip and tissue chip，cell microarray and tissue microarray)；第二类为微流控芯片 (microfluid)(属于主动式芯片)，包括各类样品制备芯片、聚合酶链反应 (PCR)芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等；第三类为以生物芯片为基础 的集成化分析系统或称芯片实验室(Lab-on-a-chip)。它是集分子生物学、 免疫学、半导体、微电子、激光、化学染料等领域的最新科学研究成果于一 体的前沿高新技术，其应用几乎涵盖了生物、医学、药学、农学、环保、法 医、卫生学等所有生物技术的领域。生物芯片技术的突然崛起及其将带来的 巨大商业价值和应用前景引起了世界各国的广泛关注和重视，正在成为21 世纪最具发展潜力的生物产业之一。目前最为成熟，并广泛使用的是基因芯 片，但是，由于蛋白质是各种生命现象的真正功能实现这和执行者，因此， 蛋白芯片将具有更为广阔的应用前景。但是，如何高通量获得、纯化各种不 同的蛋白质分子用于蛋白芯片的制备，仍旧存在诸多的技术瓶颈和难以克服 的技术障碍。此外，由于蛋白质有着较为复杂的空间结构特征，将蛋白质偶 联到芯片上有可能破坏蛋白质的空间结构，使蛋白质丧失活性。特别对于 分子量>10⁵道尔顿且结构较复杂的蛋白质，而言难度更大；再者，将大量 物理和化学性质不同的蛋白质分子偶联道同一芯片片基上时，芯片片基的处 理技术也是必需考虑的问题和技术难点。正因为如此，将物理化学性质基本 相同而生物活性不同的抗体偶联于同一张芯片片基制备蛋白质抗体芯片的 技术难度较低，而发展迅速外，蛋白质芯片的发展仍面临诸多技术问题。因 此，研发新型的生物芯片具有极其重要的意义。

1985年，Smith在前人对丝状噬菌体分子生物学研究的基础上首先提出 了噬菌体展示(phage display)技术。其基本原理是通过利用化学合成、随机 突变、酶切和PCR等方法建立编码多肽、蛋白或抗体文库的DNA片段，将 外源DNA片段插入噬菌体编码蛋白基因PIII或PVIII中，使外源DNA片段对应 的表达产物融合在噬菌体的外壳蛋白中形成融合蛋白，呈现在噬菌体表面， 然后收集这种重组噬菌体在宿主菌中的扩增上清而构建。该技术将蛋白质分 子的表型和基因型巧妙地结合于丝状噬菌体这样一个便于对其进行一系列 生化和遗传操作的载体上，从而使融合蛋白展示在噬菌体颗粒的外部，而编 码融合残基的DNA则位于噬菌体颗粒内部。展示蛋白与其编码DNA之间的这 种物理联系使得我们可以通过一种简单的“生物淘选”来对大量的蛋白变 异株进行筛选，通过进一步的功能鉴定得到能与靶分子特异结合的噬菌体克 隆。根据噬菌体克隆所展示多肽或蛋白与相应编码基因一一对应的关系就可 明确与靶分子对应的配体的基因型和表型特点。且每个蛋白都能与其相应的 DNA序列联系起来。