十一年前，美國《時代》周刊評出的「2008年度最佳發明」，位列首位的是名為「個人DNA測試」的DNA檢測服務。

如今DNA測試技術飛速發展，在國內也出現了越來越多的個人基因檢測產品。

這些產品只需要在受試者提供個人DNA之後，僅僅依靠一張半個撲克牌大小的卡片——DNA晶片，就可以在短短几個小時內，由計算機全自動地對人體多種特徵和疾病發生機率進行評估。

這種DNA晶片技術到底是什麼黑科技，竟然可以如此快速地獲得人體的基因序列？我們一起來看看。

DNA檢測晶片檢測的是什麼？

晶片所檢測的是含有遺傳信息的DNA片段（又叫基因），分布在一條完整DNA的各個位置，儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等信息。

這些DNA片段是由構成DNA的最小單位——四種脫氧核糖核苷酸以不同排列順序連接而成的。脫氧核糖核苷酸的數量與排列的順序決定了基因的種類、功能。

四種核糖核苷酸分別帶有四種不同的鹼基：A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鳥嘌呤）與C（胞嘧啶）。

人類的全部基因組約有29.1億個鹼基對，包含39000多個基因片段。當某些基因突變時，會影響基因編碼的蛋白質，對應的蛋白質的改變就會影響細胞的生命活動，從而影響整個人體，出現一些我們認為異常的特徵或者疾病。

因此一般情況下，這些基因片段就是晶片所要檢測的對象，以此對我們的身體特徵做出一些判斷。

舉例來說，乳腺癌是當今對女性健康危害很高的一種癌症，目前研究顯示有一些基因上特定位點發生的基因突變與乳腺癌的發病率息息相關。

例如BRCA這個基因片段中在人體樣本中出現了不同的基因型，如上圖所示，突變型1號BRCA1的患癌機率達到了55%~65%，突變型2號BRCA2的患癌機率為45%，而未發生突變的普通型僅為12%。

基因型的快速判斷方法：分子探針

既然已經有了想要檢測的基因片段，甚至是精確到基因片段中的某個易發生突變的位點，那麼如何才能快速地判斷該片段或者該點的基因型呢？那就是分子探針技術。

分子探針通常是由幾十個特定類型的脫氧核糖核苷酸所構成，簡單地說也就是人工合成的小段DNA序列。

該技術所依賴的一個重要原則就是脫氧核糖核苷酸鹼基之間所存在的互補配對作用。每種探針都會通過鹼基互補配對作用，和與之對應的一種基因相互配對雜交。

鹼基互補配對原則是指在DNA分子結構中，也就是常提到DNA的「雙螺旋」結構中，能相互配對結合的兩個鹼基必須具有相同的關鍵數目，並且DNA兩條鏈之間的距離必須保持不變。

這就使得鹼基配對必須遵循一定的規律，A（腺嘌呤）一定與T（胸腺嘧啶）配對，G（鳥嘌呤）一定與C（胞嘧啶）配對。

其中，氫鍵是一種電荷相互作用，像一雙無形的手，把兩個分子牢牢「拉」在一起。

如果分子探針能與待測的DNA片段成功配對雜交，就會釋放處在探針頂端的螢光信號，說明待測的DNA樣品中含有這種基因。

而沒有成功配對雜交的，則不會產生螢光。人們通過計算機對螢光信號進行分析，就可獲得樣品的遺傳信息。

但是即使遵循DNA互補配對原則，仍然有可能發生鹼基錯配的情況，使得探針錯誤地與其他原本不匹配的基因發生雜交，這是探針設計的難題之一。

探針的長度是鹼基錯配的一個關鍵影響因素，長度過長的探針可能會忽略其中某個小鹼基的錯配，使得探針與不匹配的基因之間仍然可以進行結合。

這就像是衣服的拉鏈，如果拉鏈足夠長，即使中間有一兩個小齒脫離了，拉鏈仍然不會分開。

但如果一味地縮短探針的長度，序列的特異性就無法得到保障，就好像4位密碼很容易被人猜到，但如果是40位的密碼，即使有1萬個人，也很難出現有兩個人密碼相同的情況。

只有探針的序列足夠長，才能保證這種探針能唯一地對應一種基因，達到一定的解析度。

總體來說，探針雜交後的信號強度和解析度需要達到平衡，分析的結果才是真實可信的。

現在，人們已獲得的DNA探針數量很多，不僅僅是針對人類，也有細菌、病毒、原蟲、真菌、動物的DNA探針。

這類探針多為某一基因的全部或部分序列，或某一非編碼序列，但統一的是都具有相當的特異性。

如細菌的毒力因子基因探針也是現在常用的一種檢測探針，通過探針的信號結合強度可以判斷細菌是否具備某種毒性。

DNA晶片技術就是指在固體支持物，如玻璃、矽片等材料上，直接將大量的DNA探針以顯微列印的方式，有序地固化附著在上面。

通俗地說，就是將數以萬計乃至百萬計的具有特定序列的基因探針有規律地排列固定於矽片、玻片等支持物上，構成一個二維的DNA探針陣列。

這種排列的方式與電子計算機上的電子晶片十分相似，所以被稱為基因晶片。因此一個基因晶片上的數以萬計的探針可以同時對相同數量的基因片段進行檢測，在短短几小時內，就可以得到相當大的數據量。

在一塊小小的基因晶片上，也許有數萬個涉及人體疾病，例如與糖尿病，高血壓相關的風險基因，也可能有數萬個涉及人體特質的基因片段檢測，例如與雙眼皮，左撇子相關的基因。

最終，人們就可以通過分析這張小小基因晶片內匯聚在一起的信息，評估某個人的多種特徵和疾病發生的發生機率。

目前的基因晶片技術，應用相對熱門的也正是臨床診斷方面，就是我們常說的遺傳病相關基因定位，以及腫瘤疾病或感染性疾病的診斷。

但總體來說，基因晶片的主要市場還是在學術研究領域，臨床診斷所占比例不足一半。

基因晶片技術面臨的挑戰還很多，高度集成化樣品的製備、基因擴增、核酸標記及檢測儀器都還需要進一步研製和開發，相信未來隨著基因晶片技術的進一步成熟，說不定人人都將享有一張個人專屬基因晶片。