基因芯片技术在运动人体科学中的应用研究

□王　玮（安阳师范学院体育学院河南安阳455000）

基因芯片技术在运动人体科学中的应用研究

□王玮（安阳师范学院体育学院河南安阳455000）

基因芯片技术认为是一种新产生的基因表达和基因结构分析技术，具备自动化、规模化、高通量和快速化等主要特点，它在运动伤痛类基因检测、人体运动科学、运动员身体的机能评定、营养补给方面都得到了一定程度的应用，并且具有特别广阔的应用前景。

基因芯片技术运动人体科学应用

我国知名学者田振军等主要人物在2002年首次应用cDNA基因芯片先进技术对运动性质心肌肥大、疲劳小白鼠的有关基因进行了相关的筛选和研究；同一年，何子红等人利用科学的寡核苷酸芯片技术初步针对运动能力相关联的基因进行了探索，并且将所得结果进行了相关的报道。本文通过查阅相关的资料，以基因芯片理论和核心原理为出发点，对基因芯片技术和其在人体运动科学中的具体应用进行了研究分析。

1、基因芯片技术简介

基因芯片也被称为DNA芯片，或者是cDNA微型矩阵，其本质是在研究芯片上根据特定的排列形式固定探针，从而形成DNA探针微型阵，然后将掺有荧光分子的样本通过扩增等技术于芯片固相探针进行杂交，之后分析扫描器和计算仪器的结果，获得样本中存在的基因排序以及相应的表达信息。基因芯片的种类有很多种，分类的方法也很多样。依据芯片上的主要探针的种类可以将其分为cDNA芯片、寡核苷酸芯片等，按照用途可以分为测序芯片、毒理芯片以及诊断芯片和表达谱芯片等。

2、基因芯片核心技术原理

基因芯片主要遵循碱基互补的原则，对待测的样本DNA进行相应的标记并且在规定的位置上进行探针杂交，通过对DNA序列的图像研究，进而分析细胞以及组织中的基因信息。基因芯片先进技术主要包括样品和芯片制备、基因杂交反应以及基因信号检测等环节。基因芯片的主要制备方法则主要包括直接点样和原位合成两种。直接点样方法主要指将合成完成的探针以及cDNA等通过机械设备在芯片上进行接点；原位合成方法主要是指直接合成目标探针，主要运用4种核苷酸，这种方法直接简单，主要包括光刻合成以及喷印合成两种。制品制备则主要将需要分析的基因在进行主要探针杂交之前进行相应的分离，然后之后扩增和标记。因为基因样品的不同来源、不同含量以及不同的检测方法和目的，促使采用的分离、标记以及扩增的方法也存在很大的不同。目前所采用的荧光素品种有很多，可以满足不同来源、不同类型样本的分析。另外，基因芯片具体的杂交过程也是非常直观、简单的。依据研究的主要目的和具体条件，可以将制备所用的芯片和荧光探针进行杂交，将未结合的探针去掉，然后可以进行相应的扫描和具体的分析。

3、基因芯片核心技术在人体运动科学领域中的应用前景

通过相应调查发现，最近几年基因芯片核心技术在人类体育科学方面研究以及运用程度在逐渐加大，其应用的范围主要集中在人体运动能力基因筛选、运动疲劳以及运动心脏科学领域，另外还包括运动疲劳和与之相对应的抗疲劳药物的选取等方面。如下我们选取几个方面进行逐个分析。

3.1、人体运动能力方面的基因筛选过程中的应用

我们都知道，在竞技类体育活动中，不仅是经过严格、专业的训练就可以直接成为世界级专业的运动员的。因此，对运动员选手进行全面科学的选材是我国竞技体育中尤为关键的一个环节。我国最开始的运动员选取主要是将成绩作为核心的自然式选材，另外还以教练的工作经验总结作为选取的依据，这是我国体育员筛选的两个主要阶段。随着我国竞技体育形势日渐激烈以及社会的不断发展，运动员能力的选取工作变得越来越重要。目前，选材工作也逐渐从生理功能、身体的形态、身体素质逐渐的从人体运动心理学、生物力学以及人体遗传学等方面延伸。随着先进的分子学生物理论和相关技术的不断发展，基因芯片核心技术在我国体育科学中的运用也变得越来越广泛，特别是在人体运动基因的采取和筛选等方面也取得非常大的进步。一直到2000年，人们一共发现了二十九个与运动能力以及体质相关联的人体基因位点；而一直到2005年，基因位点发现数量已经达到了一百四十多个。近几年，国外对运动能力相关基因的研究都取得了非常大的进步，得出有氧耐力人体素质训练是受到众多基因一起控制的，主要有ACE、mtDNA、以及HLA等众多基因以及低氧适应基因等。目前，已经筛选到的有关于运动能力的基因以及其相关的位点正在逐渐的增加。希望在未来，随着生物学、基因组学以及基因芯片学等技术以及理论的日渐发展，人们在经济体育方面将得到更大的发挥和进步。

3.2、运动心脏学相关科研中的应用

就目前的发展形势来看，运动性质心肌肥大和病历性质心肌肥大的本质区别、运动型猝死的早期基因诊断和预防、心肌缺血的具体保护策略、运动型心率失常的主要发生机制等问题已经成为目前运动心脏科学研究领域中的热点问题，尤其是针对运动性质的心肌肥大的主要发生机制问题研究更是得到了广大科研学者的关注。近几年，国内外学者对运动性质的心肌肥大主要发生机制进行了众多的研究，并且得到了一定的研究成果。基因技术因其独特的大规模性、高通量性、快速准确性以及平行性等核心优势实现了对大量数额基因的同时筛选。目前，基因芯片先进技术已经在运动性质的心肌肥大相关基因的筛选方面得到了一定的水平，并且已经有相关文献的报道。国内知名学者田振军等人运用cDNA芯片对运动性质和安静性质的心肌肥大实验鼠小组的基因表达情况的结果进行了分析，表明在2201条小鼠基因中，存在显著基因71条，其中上调、下调表达为37条和34条，这些基因主要包括代谢酶基因、肿瘤基因和细胞骨架的蛋白基因等多种，国外学者对此也进行了多次的研究，并且取得了极大的成就。

由此可见，运动心脏相关基因调节网络、运动猝死性质的早期基因相关诊断和主要预防以及运动性质的心肌肥大的主要发生机制等问题都是我国目前运动心脏科学研究中急需去解决的问题。利用基因芯片先进技术从更深入的分子层面对运动心脏学相关的主要基因表达结果进行研究，解释了其发生、发展机制，为了更深入的运动性质心肌肥大和运动性质猝死的提前预防研究提供了最为基础的理论依据和科学实践经验。

3.3、抗运动性人体疲劳重要药物筛选过程中的应用

最近几年，对运动性质消除的方法研究在我国体育科学主要领域中受到了众多学者、专家的广泛关注，尤其是针对抗疲劳相关药物的筛选已经成为目前运动学专家、运动医学药理学家所一致关注的重大课题。药物筛选主要是对潜在适用的药用类物质进行初步的活性试验和检测，进而对其药用价值和主要的临床用途进行分析，为新药的发展提供基本的原始数据和相关资料。目前，针对药物筛选所采用的靶标主要是靶基因和膜受体。利用药物的相应作用进行靶基因的运动性质疲劳相关物质的筛选，可以在很大程度上对分子机理进行解决，同时也可以极大的提高药物筛选工作的可信度。以往的药物筛选方式速度慢、资金投入大且信息获取有限，基因芯片先进技术的应用，不仅提高了速度，信息获取增倍，同时也更为的准确，通过对其运用可以了解到正常以及疲劳性质基因所产生的表达谱变化，并且能够有效的与生理学、组织学以及生物化学进行紧密的联系。

4、基因芯片核心技术在人体运动科学应用研究展望

通过对近几年基因芯片的相关研究发现，其因大规模、高通性、准确快速等主要优势在人类体育科学核心研究领域得到了非常广阔的发展。尤其是在人体运动研究领域，其应用的范围也逐渐得到了加大。目前，国内外科研专家和学者已经开始对基因芯片技术进行相关的应用，并且成功筛选出了优秀体育远动员运动能力关联、心肌肥大以及运动疲劳等方面相关的基因。随着科技以及基因研究技术的逐渐发展，通过基因芯片核心技术将会在基因层面对运动性质心肌肥大的主要发生机制以及运动性质的心率失常病症发生机制等进行了全面的揭示。另外，基因芯片核心技术将会把更多与人类运动能力关联的基因进行研究并筛选出来，与此同时，同样可以将优秀远动员的基因主要特征进行收集，并且以此为基础建立一个优秀运动基因表达数据库，进而对优秀基因的表达水平进行提升，为我国和世界的运动专业人才选拔、针对性培养以及能力的检测和评点工作带来新的突破。基因芯片核心技术在不断的发展，将可能对运动引起的应激表现、机制和反应在更为深层次的分子水平上进行更为全面的揭示，促进人体运动科学的研究和发展。

5、结束语

综上所述，随着科技的发展，基因芯片核心技术将会把更多与人类运动能力关联的基因进行研究并筛选出来，另外，同样可以将优秀远动员的基因主要特征进行收集和筛选，并且以此为基础建立一个优秀运动基因表达数据库，为我国和世界的运动专业人才选拔、针对性培养以及能力的检测和评点工作带来新的改革和突破。因此，为了保持基因芯片技术的健康的发展，需要国家以及相关部门对此投入更多的关注，从而进一步的促进我国人体科学领域的发展。

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