基因诊断技术及其应用
【摘 要】人类疾病都与基因有关，其中某些疾病对个人、家庭、社会都造成了负面影响，甚至严重地影响到了患者本身的生存和发展，同时也给家庭带来精神和经济负担。基因技术可以使人们针对这些疾病做好预防工作，或在疾病早期进行有效控制，还可以协助解决器官组织移植等医学难题，从而推进医学的发展和社会的进步。本文主要介绍了基因诊断技术概念及种类，以及该项技术的一些临床应用，展现了基因诊断技术的广阔发展前景。
【关键词】基因诊断；遗传病；预防
【中图分类号】
R365 【文献标志码】
B 【文章编号】1005-0019（2018）12-212-01
1 基因诊断技术概念及种类
基因诊断技术利用现代生物学中分子水平相关的技术方法（包括DNA分子杂交技术、分子杂交技术以及抗原-抗体杂交技术等），通过DNA水平检测、mRNA水平检测和蛋白质水平检测，判断是否存在异常，从而对相关疾病进行有效诊断。
基因诊断技术可分为两类：
基因直接诊断：直接检查致病基因也就是人类DNA是否存在异常。以一段该基因的脱氧核苷酸序列或PCR扩增产物作为探针，探查有无基因突变、染色体变异等异常。它只适用于已知基因水平致病原因的疾病。
基因间接诊断：单链构象多态性技术（SSCP，分子遗传标记中最常用的方法之一）、扩增片段长 榷嗵约际酰ˋFLP）等均可用于连锁分析。
2 技术原理概述
2.1 DNA探针技术 DNA探针技术大致可以分为3步：核酸的分离与纯化、探针的制备和分子杂交。DNA探针是将一段已知序列的脱氧核苷酸用同位素等标记后制成的探针。以已知DNA片段作为探针与待测样品DNA或其片段进行核酸分子杂交，依照碱基互补配对原则将两片段用氢键连接，根据两者的杂交状况，判断同源性程度。这是基因诊断的传统手段，可用来快速检测病原体。
2.2 多聚酶链式反应 多聚酶链式反应（简称PCR）是用于扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，是生物体外的特殊DNA复制。PCR技术是利用DNA双链复制的原理，将基因的核苷酸序列不断加以复制，得到大量的目的DNA，更易于相关性质的确定以及更为准确的基因诊断。
PCR技术需要的原料有：模版DNA、原料（使用dATP、dTTP、dCTP、dGTP等高能磷酸化合物，既能提供原料脱氧核苷酸，又能为反应供能）、引物（按一段模板DNA序列设计互补的核苷酸链）、酶、缓冲溶液等，反应所需要的DNA聚合酶则因较高的反应温度应具有较好的耐热性，一般为Taq酶。
扩增过程分为三步，①高温变性（90℃-95℃）：双链DNA模板受热后，断开氢键，解链为单链；②中温复性，亦可称为退火（55℃-60℃）：引物与单链相应互补序列结合；③低温延伸（70℃-75℃）：在DNA聚合酶的作用下进行延伸。即每一次扩增过程后模板DNA的量可以增加一倍，即呈指数形式扩增（约为2n，其中n为扩增循环的个数）。上述过程可以在PCR扩增仪中自动完成，也可在3个恒温水浴锅中进行。
2.3 基因芯片技术 基因芯片是采用光导原位合成或显微印刷等方法将大量特定序列的探针分子密集、有序地固定在经过相应处理的硅片、玻片等载体上，构成的一个二维DNA探针阵列。使基因芯片与标记的待测样品进行多元杂交，通过杂交信号的强弱及分布，来分析目的分子的有无、数量及序列，从而获得受检样品的遗传信息。
在诊断疾病时，常从正常人的基因组中分离出的DNA与DNA芯片杂交，可以得出标准图谱；再从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交，可以得出病变图谱，通过比较上述两种图谱，来对人类的许多疾病（如感染性疾病、遗传性疾病、恶性肿瘤等）进行诊断。
3 基因诊断技术的临床应用
3.1 遗传性疾病 遗传病指遗传物质异常所导致的疾病。可用基因诊断技术在胎儿出生前对当前对遗传病进行预防（如血红蛋白病、苯丙酮尿症等），尤其是那些尚未有理想治疗方法的疾病。
许多基因的表达有时相性和组织特异性（如有些基因在胎儿早期并不表达、苯丙氨酸羟化酶只在肝组織中表达）。用常规的方法采集的胎儿标本或其他人体材料，常常不能测出这些基因的产物或代谢产物。如果采用基因分析的方法进行监测，在个体发育的任何阶段，以任何一种有核细胞为检材，基因的缺陷都能被监测出来。
血友病
血友病是因基因缺陷引起的出血性疾病，在男性中的发病率约为1/30000.引起血友病的基因缺陷类型十分繁多，包括缺失、插入等，其中80%左右为单个碱基突变。由于目前还不能根治，进行基因诊断非常必要。
苯丙酮尿症
苯丙酮尿症（PKU）是苯丙氨酸羟化酶基因突变导致苯丙氨酸羟化酶（PAH）功能极度降低甚至消失，使得体内本应被苯丙氨酸羟化酶酶解的苯丙氨酸堆积，过量苯丙氨酸的神经毒性作用造成患儿严重智能障碍和继发性癫痫。因治疗难度大，费用高，所以在出生前对胎儿进行诊断，能够有效降低发病率。
地中海贫血
地中海贫血是我国南方各省最常见、危害最大的遗传病之一，人群发生率高达10%以上。地中海贫血主要分α和β两种，以α型较为常见。该病由血红蛋白分子中的珠蛋白肽链结构异常或合成速率异常引起，造成肽链不平衡而产生以溶血性贫血为主的症状群。目前通过不同的基因诊断方法已能对我国90%以上的地中海贫血类型作出诊断。
基因诊断技术不仅极大地丰富了我们对人类遗传病分子病理学的知识，同时也提供了从DNA水平对遗传病进行诊断的手段。自从1978年发现第一个限制酶切位点多态性并应用于遗传病（镰刀形细胞贫血症）的基因诊断以后，能够进行基因诊断的病种不断增加，方法和途径越来越多。
3.2 癌症 人体内的原癌基因和抑癌基因在物理、化学等致癌因子作用下会发生突变，一定积累后可能使某些细胞获得恶性增长能力，导致人体某些组织或器官出现癌症。现已开展的基因检测工作能在不同环节上帮助和指导抗癌斗争。此外，病毒与癌症的关系一直受到人们注意，如肝癌和乙肝病毒等，基因诊断技术有可能监测病毒的行踪及其与细胞癌变的关系，有助于对癌的病毒病因的了解。
3.3 感染性疾病 感染性疾病通常由病原体感染引起。特定基因的存在或突变使得人体对某些病毒、细菌等病原体具有更强的易感性，如果对这类携带特定易感基因的高危人群及早采取预防措施和医学干预，可以降低感染率。目前主要在病毒、细菌、支原体、衣原体感染等的早期诊断中广泛应用。
3.4 器官组织移植 器官移植技术面对的首要问题是机体排异反应，而理想的方法是进行术前组织配型。基因诊断技术能够分析和显示基因型，更好地完成组织配型，从而提高器官移植的成功率。
4 基因诊断技术的发展前景
在人类基因组研究过程中，科学家们鉴定出了一大批致病基因和易感基因，给人们带来了诸多便利。基因筛查能检测出易感基因让人们做好心理准备并做好预防，也能显示出导致一部分疾病的深层原因并对症下药，这无疑是患者的福音。
但是与此同时，一些问题也逐渐显露出来。由于不能准确地评估患病风险，又对一些可检测疾病没有有效的预防和治疗措施，基因检测结果反而成为思想负担。还有人提出基因并不是疾病的唯一决定者，基因测序是向个人隐私权提出了挑战，可能会使那些携带有缺陷基因的人受到就业、医疗等方面的歧视，并由此引发一系列社会或伦理问题。
尽管基因诊断技术尚未成熟，而且可能带来诸多问题，但这一技术发展的脚步不会停止。
5 结论
遗传性疾病、感染性疾病等不仅影响患者本身的生活和生存，同时也给家庭其他成员带来许多精神和经济负担，又给社会造成许多负面影响。基因技术可以使人们对这些疾病有更深入的了解，做好预防工作或在疾病早期进行有效控制，还可以协助解决器官组织移植等医学难题，从而推进医学的发展和社会的进步。越来越多的人认识到了基因诊断的重要意义，这已成为当今医疗技术发展的重要趋势。
参考文献
[1] 高媛， 鄭文岭， 马文丽. 基因诊断技术的临床应用进展[J]. 基础医学与临床， 2013， 33（1）：15-18.
[2] 李碧荣. 基因诊断技术[J]. 科学观察， 1993（5）：17-19.
[3] 府伟灵. 基因诊断治疗与预测医学[J]. 第三军医大学学报，2009（01）：39-40.
[4] 周建光， 曹海涛， 杨梅. 基因诊断技术临床应用及研究进展[J]. 医疗装备， 2010， 23（8）：34-36.
[5] 刘静. 基因诊断在单基因遗传病中的应用[J]. 中国中医药咨讯， 2011， 03（17）：84-85.
[6] 孙云， 许争峰. 苯丙酮尿症的基因诊断和产前诊断[J]. 中国产前诊断杂志， 2008， 1（2）：47-49.