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SmartChip系统应用领域与文献案例

SmartChip Real-Time PCR System是一个灵活的高通量设备，用于基因表达和基因分型的分析研究。每一张SmartChip芯片分布有5,184个微孔，支持100-nl反应体系，可以匹配14种样本与检测引物的组合方案。4小时内完成从样本到数据的流程，一个工作日内可完成对10,000个反应的处理。

阅读以下资源，了解具有高通量与灵活性优点的SmartChip Real-Time PCR System如何应用于各种qPCR相关研究领域。

■ 抗生素抗性基因研究

发现和使用抗生素，是二十世纪医疗领域两大重要突破。抗生素的使用显著降低了人类发病率和死亡率。同时，抗生素与其他抗菌剂在农业领域也有广泛应用。最具代表性的就是使用抗生素促进牲畜生长，预防疾病，提高食品产量。抗生素可以破坏细菌细胞壁、阻碍DNA、RNA或蛋白质的合成，抑制细菌的代谢生长。依据其作用机制可以对抗生素进行有效分类。此外，根据作用范围，抗生素也可分为特定作用于几种细菌的窄谱抗生素，和影响多种细菌的广谱抗生素。

目前，抗生素研究的一个热点问题就是，细菌抗生素抗性获得问题。细菌在选择压力下随着时间推移可能获得抗生素耐药基因（ARGs）。过量使用抗生素导致某些细菌株系中ARGs的自发形成。应对这些耐药性细菌就需要开发不同的抗生素。防止抗生素滥用，限制细菌与抗生素的接触，降低选择压力，是当前应对细菌抗生素抗性获得问题的根本策略。在医疗相关领域中，由于不正确的计量、过量或错误的处方、或处置不当，可能造成抗生素的过量使用。在农业中使用抗生素同样会促使细菌获得ARGs。耐药细菌不仅可以在牲畜中生长，还可以粪便为载体，通过土壤、水体以及农产品等多种途径进入环境中。

目前已有超过1,000种ARGs得到鉴定，可以赋予细菌对上百种可用抗生素产生抗性。因此，对人和环境来源样本中ARGs进行监测，要求监测方法具有对各类型样本中多种不同靶序列进行高通量real-time PCR（qPCR）的能力。此外，由于细菌也在不断地发展出新的ARGs，筛选方案可以支持新靶序列添加，并支持方案调整是十分关键的。ARGs研究需要一个灵活、高通量的qPCR系统用于对各种类型样本的基因表达监测。

在众多研究中，SmartChip Real-Time PCR System已经广泛应用于对各种类型样本的ARGs分析与追踪。早期的研究工作中，使用296个ARGs靶序列方案进行高通量筛选，该方案支持在一张芯片上对16份土壤样本开展筛选。近年来，筛选方案得到进一步开发完善，一张芯片可以完成对384个ARGs靶序列的筛选（表一），同时可应用于土壤、水体、沉积物、粪肥、生菜、鱼类、污泥等样本类型。SmartChip系统的灵活性和通量，对当前及今后的抗生素耐药性组学研究发挥重要作用（Waseem et al. 2019）。

表一已在SmartChip系统上分析的抗生素抗性基因类别

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■ mRNA，miRNA，lncRNA疾病标志物研究

使用mRNA、miRNA、lncRNA作为癌症和其他疾病的生物标志物。

对于癌症和其他一些疾病的主要诊断方法依赖于耗时、昂贵、复杂的组织学技术手段。这些技术通常用于已有症状出现病患。理想的诊断方法应该是非侵入性的，快速而有效，对于症状前和症状中的人群提供可以负担起的精准筛查。循环核酸，有时也称为循环转录组，已成为一种潜在的癌症及其他疾病的生物标志物。在临床中，循环核酸已经应用于产前诊断检测中，针对各种疾病状态的候选检测也在不断涌现。这些循环生物标志物通常分为三大类：mRNA、microRNA（miRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）。

不同RNA生物标志物的特点

肝脏、乳腺、前列腺癌症相关的循环mRNA标志物已有报道。细胞外mRNA通常会迅速降解为小片段，这让mRNA难以作为特异性生物标志物来进行表征。在某些情况下，mRNA可以和一些分子伴侣，如蛋白质、脂类，形成复合体在血液中长期存在。但是，循环mRNA的高度降解性和更新率使其作为精准诊断候选生物标志物面临着挑战。

miRNA是一种非编码RNA的小片段（通常在～20 nt），一般认为这类非编码RNA调控着基因表达。与指导蛋白质编码的mRNA不同，miRNA相对稳定，不易被进一步片段化。目前，已有数千种特异性miRNA得到鉴定，与上百种疾病有关联，如各种癌症、遗传疾病、心脏病、肾脏疾病、中枢神经系统功能障碍与紊乱、肥胖，以及病毒和寄生虫感染等。miRNA也被发现存在于其他类型的体液中，包括唾液、眼泪、脑脊液、尿液等。

lncRNA是一类更长的转录本（通常＞200 nt），不编码特定蛋白质。与miRNA类似，通常认为lncRNA参与了基因的调节。已有上千种lncRNA得到鉴定，多种癌症、神经系统疾病、心脏病和衰老都与疾病特异性lncRNA有关联。

生物标志物筛选解决方案

筛选这些RNA生物标志物要面临的挑战之一就是需要在各种各样的样本中对上百种潜在的位点进行筛选。高通量qPCR已成为一种潜在的解决方案，可以快速、灵敏地对位点实施检测。SmartChip Real-Time PCR System已在许多发表的癌症和疾病相关miRNA、lncRNA、mRNA分析研究中得到应用，涉及样本类型包括血液、细胞系、T细胞、血浆以及各种类型的病患活检样本。对于这些研究，关键的一点是SmartChip系统支持多种样本和检测引物的组合方案，因为每种疾病都有一套不断变化的特异性生物标志物。

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