基因芯片使完成毒复合物的全面分布图成为可能，但确认将需要多年的努力
ASPEN,克罗拉多-每年在美国，用于常规毒理实验的动物数量在增加，提取在食品添加剂、化妆品和工业产品中的化合物，然后进行疾病影响的研究。这是确定对人类健康构成威胁的有效方法。但是这不是精确的科学，而且花费昂贵，加之动物保护主义者的攻击日益增加。现在根据上月召开的最高首脑会议上科学家们的阐述，--毒理学可能改变了收集原始数据的方式-采用的方法能降低动物的使用，改善测试的结果。
新的方法，叫做"毒理基因组，"从人类基因组计划中发展而来。胜于用动物病理学来确定疾病，将人类或动物的遗传物质作为探针固定在板上，叫做DNA芯片。癌症的研究者已经利用了这样的芯片来比较在健康和疾病细胞中的基因表达。毒理学也应用同样的技术来绘制细胞中基因表达的图谱来测试复合物。
这种DNA测试有众多的优点：它们是迅速、有效的并且降低了每周每只非灵长动物高达3000美圆的动物消耗。有最大获利的是癌症毒理学：新的测试能发现慢性疾病的代谢前体，而不需数月或数年来等待肿瘤的发展。如果采用组织培养的方法，这些测试可能消除对实验动物的需要。
毒理基因组学作为一门专门学科，发展地如此迅速，美国国家环境健康科学中心（NIEHS）今年春天在北卡罗来纳州建立了新的国家毒理基因组中心。这表示了基因基础的毒理学研究要加速发展的打算。但是这一领域的领导者警告发展地太快将不能很好的利用至今仍未能很好解释的DNA测试。他们说，这样做的话，可能夸大了一些危险，保守地说，在新产品上蹒跚的研究的同时要继续用传统的生物鉴定技术来检查威胁生命的毒性。"我们不得不小心，驾驶不能超过前灯而撞到墙上，"美国食品和药物管理中心的药物评估和研究的药理学家Joseph DeGeorge警告说。
大量的数据
毒理基因组的基础是直接的，虽然各个实验室在细节上有所不同。硬件所用基因芯片叫做"ToxChip"或"ToxBlot"，包含了可能受到毒物质影响的上千个基因。这些基因排列在显微镜载玻片大小的塑料或玻璃板上，与从动物或能暴露所要测试物质的培养组织中提取的相匹配的遗传物质相连接。抽提的物质叫做信使RNA，仅来自通常有活性的基因；然后反转录，用放射性同位素或荧光记号进行标记以使检测简化。有时研究者用红色标记处理过的细胞的物质，用绿色标记未处理过的对照。标记过的序列在单一的芯片上检测，处理过和未处理的样本与基因位点相连接，每个位点显示的结果的色彩程度显示基因是否被假定的毒物开启或关闭。
毒理基因组最大的能力是它可通过扫描整个人类基因组来检查哪个基因受特殊化学物质的影响。"现在，这是不可行的，"部分是由于不能将所有基因排列在芯片上，NIEHS的毒理基因组服务商Richard S. Paules说。
Paules说，目前的目标是寻找不同种类的化合物并且确定那些与已知种类的毒物紧密相关的基因。这些"包含丰富信息"的基因可被用于产生少数基因的新一代的芯片。如果检测的化学物质显示出任何几种通常的毒性将要使用浓缩装置来检测。
在需鉴定的基因被确定后，详审的工作便开始了。DNA芯片产生大量的数据。Paules说，一次实验能产生300000数据点；计算机图形识别程序用于获得数据的意义-这项工作被研究者描述为"是复杂的任务"。但是Paules不认为这是不可能的。毒理基因组现在正处于幼年期，象在临床病理学开创前，医生学习如何辨别活组织切片是良性的还是癌组织："将经历长时间"来得到这样的成绩。一旦适当的数据库完成了，毒理基因组学将成为资料数字化的病理学。
最大的挑战是解释这些分析的结果。简单观察化学物质对细胞中基因表达的影响是无意义的：事实上外界中任何变化都会发生。机体中存在复杂的分子水平上的调节，例如，在早晨或在海拔较高的地方会有所变化。毒物学家最担心是那些致力于抗化学研究的人获得基因芯片的结果，制造公众的恐慌。由于这个原因，毒物学家一致同意仅仅比较已知毒物对基因表达的影响是不够的，有必要验证疾病相关变化的全过程。
基因芯片广泛应用于化学物质的检测可能还要几年的时间。但是已在研究领域应用了，帮助他们确定易受到化学物质攻击的生物化学通路。过去，毒理学家们确定这样的通路通过专研过程中的每个步骤来进行的。这个方法，英国毒物学实验室Zeneca中心的毒物学调查的主任Bill Pennie说"一个基因，一个博士后处理。"有时需要大量的人员来完成工作。基因芯片通过揭露哪个基因受不同种类的化学物质影响而使这个过程流畅。研究者能使用通常的技术进行详细的分析。
科学家现在利用这种复合的方法来探察所知的某种过氧化物酶增生，包括某些除草剂，制药成分和可塑剂。动物生物鉴定显示了这些化合物在啮齿动物中导致了肝脏肿瘤，但机理大多数毒理学家相信这与人类无关。这将不会使人感到惊讶，研究者将对这些化学物质对肝脏代谢的影响了解更多。
NIEHS已经通过自己的基因芯片，叫做ToxChip，对几种化合物进行了操作。研究是初步的，但是这是有启迪作用的，大多数受影响的基因已经在毒物学著作中确认了。然而重要的是，这个通过ToxChip确定了半数的基因的发现，并不是先前所认为的与过氧物酶的增殖有关。
Pennie的研究小组利用类似的基因芯片来研究类雌激素化学物质对器官大脑、子宫、卵巢和睾丸的影响。这不是精确的科学-Pennie称之为"邮票收集"-但是基因数据帮助研究者产生关于生物化学路径如何工作的假设，这个假设能在基因改变的小鼠中进行测试。
未来的繁荣
这些近期的使用没有令毒理基因组学的爱好者感到兴奋。他们的目标是发展常规的基因芯片筛选能用于编录以前未曾测试的化学物质，这个梦想就要实现了。
药物公司对其抱有很大的热情，因为它们对寻找加速毒物学测试以保持与新的R&D技术并驾齐驱的方法很感兴趣，能够大大地增加侯选药物的比率。药物工业希望能在昂贵的发展历程中较早地清除潜在的危险，Johns Hopkins大学的医学系的副教授David Essayan说，健康部的官员也想找到能降低药物的毒作用的测试，估计每年将花费770亿美元。
有了这些压力，毒理基因组研究不能再等待科学家来验证它，FDA的DeGeorge说。Fenner-Crisp表示同意，建议科学家推动这些测试近早使用