病毒、細菌或寄生蟲與細胞表面受體的結合是感染的第一步。此外，在疫苗或是新藥開發上，宿主與病原體的交互作用、病原體研究抑或是宿主的免疫反應都是需要考量的。許多研究也指出細菌與病毒攻擊細胞的作用也與細胞表面的醣鏈有關，宿主細胞和病毒的表面皆有許多複雜聚醣(Glycan )覆蓋,因此感染路徑可分為兩種: (1)細胞表面的Glycan充當受體,病毒可藉由表面糖蛋白（例如流感病毒）與宿主細胞表面的Glycan結合,進入宿主細胞 (2)病毒表面的Glycan(例如登革熱)可與宿主細胞表面的醣蛋白結合,進而誘發下游反應。醣蛋白也扮演著細胞彼此辨識的功能，像是辨識血型抗原，或是細胞移植排斥相關研究都與醣分子有很大的關連性。目前已知有超過3000 種醣分子會影響動物的生理反應，由此可知醣蛋白對於細胞分化甚至是癌症中扮演著重要的角色。
偵測病原菌感染機制也可利用微陣列晶片搭配螢光掃描儀進行。微陣列晶片為已知的高密度生物分子(核酸、蛋白質或聚醣)規則排列在玻璃晶片上，與生物性樣品(血清、血液或是體液等)培養後，再利用螢光分子標記，搭配螢光掃描儀，例如: Innoscan共軛焦掃描儀，即可快速檢測其結果，得知樣品中數十種或是數百種生物分子之變化。
DNA microarrays 為晶片上標定核酸。常見方式為在晶片上標定不同的病毒蛋白，當血清與晶片反應時，可得知其樣品是否感染病毒，通常可同時偵測100種不同病毒。2015年， Martinez等人設計一種胃腸道DNA晶片，標定10種不同常見的腸胃道病毒，其結果解釋與RT-PCR結果具有高度專一性1。此外Khan MJ等人開發的SMAvirusChip ，可偵測416種病毒蛋白，其中包含了登革熱與茲卡病毒(Zika viruses)，作者也同時比較與RT-PCR之結果，發現靈敏度更降低1個log，表示DNA array可作為血液中病毒監視與篩選之工具2。Sultankulova等人則是利用DNA array可標定多種DNA之特性，利用860個來自37鳥類家族的樣品，搭配InnoScan 710 scanner偵測，建立起禽流感病毒基因庫4。
另外，Glycan array為探討病原菌感染機制最常見的晶片，將Glyacn藉由共價結合於玻璃晶片上，這樣子的晶片除了可與常見的生物性樣品(血清、血液或是體液等)反應外，也可以與病毒或是其他致病菌樣品反應，探討其交互作用，目前已知有300種不同的聚糖可標定在晶片上，並在利用螢光分子辨識樣品，後續可利用螢光分子進行分析。Innopsys InnoScan 為自動螢光檢測儀，可同時進行2-4色螢光，搭配Mapix分析軟體，可自動量化螢光強度。
於2016時， McBride 等人為研究禽流感病毒是否可與人類受體結合，自行開發glycan array，晶片先利用Atto488-NHS處立後，在標定 48個不同的glycan。其控制組為streptavidin-555標定凝集素(Lectin)；樣品組則是A型流感病毒液，反應後，再利用Alexa 647- 標定抗體與樣品反應，搭配螢光儀InnoScan 1100偵測分析，發現有6個不同的聚糖與樣品結合5。
De Olivera等人研究Streptococcus pyogenes 感染人類機制時，發現其M1T1 Group A streptococcal (GAS)與人類terminal galactose blood group有高度結合性，表示細菌對宿主血型抗原有相關性6。最近澳洲學者發表建立創建新的Glycan array研究GAS與宿主聚糖作用，搭配InnoScan 1100 偵測螢光蛋白或是菌液7。2018， Sara Durbin等人開發了multiplexed glycan array測試，並利用3色螢光方式搭配InnoScan 1100 進行偵測，比較一次同時偵測人類血清中anti-glycan IgA, IgG and IgM表現與每次單獨偵測之結果。開發的Glycan array上有500種不同的glycan與醣蛋白，且利用480nm 偵測IgA；532nm偵測IgG；635nm偵測IgM。結果顯示其偵測方式一致，且可直接比較血液抗體的isotype與glycan之特異性8。
前面敘述是針對感染前機制探討，其Glycan array與Innsoscan為最佳利器。然後感染後，其免疫反應包含T細胞與B細胞活動，細胞激素分泌抑或是抗體表現等也很值得探討，蛋白質晶片Innsoscan螢光掃描儀為不可或缺的好夥伴。蛋白質晶片，顧名思義為在晶片上標定多種蛋白質或是抗體，甚至是Peptide。其好處為可一次偵測數十種甚至千種蛋白表現。科學家利用們抗體晶片搭配InnoScan 300-G（現為InnoScan 710-G）研究人類角膜細胞感染第一型皰疹病毒(HSV-1)後，其細胞激素之反應。結果顯示有18種細胞激素表現增加，也發現若抑制p38 MAP kinase則可抑制10種發炎因子，可作為後續治療HSV-1時之依據，避免不當引起免疫反應，造成組織損傷9。在2010年Marimon等人，開發肺炎鏈球菌蛋白晶片，上面標定83或91種肺炎鏈球菌抗體，利用抗體-抗原專一性，搭配InnoScan 710與Mapix軟體定量螢光，並舉傳統分型技術比較，發現專一性更佳，且大量減少檢測時間10。2015年， Carmona等人利用高密度peptide array搭配InnoScan 900 找尋T. cruzispecific 與B細胞結合之抗原結構11；Balouz等人更是利用peptide array結果，畫出可與B細胞結合之抗原結構，並找出了一段21個胺基酸組合而成的peptide為主要抗原位點，經過測試，可做為臨床診斷之工具12。此外Peptide也可做為開發疫苗之工具，因其片段小且專一性佳，根據世界衛生組織WHO的報告，Peptide亦可做為疫苗之替代方法。
由此可知從病原菌的篩選、感染、免疫到疫苗開發，微陣列晶片與InnoScan螢光掃描儀皆為不可或缺的工具(表一)，包含DNA晶片可檢測患者血清中的傳染性病原體和基因分型的有效工具。蛋白質晶片與glycan array在疾病診斷中具有強大應用，可了解感染的機制並篩選而開發疫苗。搭配InnoScan螢光偵測的好處為高通量，且搭配擴大的動態範圍，可增加實驗靈敏度，加速傳染性疾病研究，利於增加人類福祉。
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Reference:
1. Martínez MA, Soto-del Río MDLD, et al. 2015. DNA microarray for detection of gastrointestinal viruses. J Clin Microbiol 53:136–145. DOI:10.1128/JCM.01317-14
2. Khan MJ, Trabuco AC, et al. 2016. DNA Microarray Platform for Detection and Surveillance of Viruses. Transmitted by Small Mammals and Arthropods. PLoS Negl Trop Dis 10(9): e0005017. DOI:10.1371/journal.pntd.0005017
3. Sultankulova K, Kozhabergenov NS, et al. 2017. New oligonucleotide microarray for rapid diagnosis of avian viral diseases. Virol J 14, 69. DOI:10.1186/s12985-017-0738-0
4. Orynbayev MB, Fereidouni, S, et al. 2018. Genetic diversity of avian avulavirus 1 (Newcastle disease virus genotypes VIg and VIIb) circulating in wild birds in Kazakhstan. Arch Virol 163, 1949–1954. DOI:10.1007/s00705-018-3815-9
5. McBride R, Paulson JC & De Vries RP. 2016. A Miniaturized Glycan Microarray Assay for Assessing Avidity and Specificity of Influenza A Virus Hemagglutinins. J. Vis. Exp. (111), e53847.DOI:10.3791/53847
6. De Oliveira DMP, Hartley-Tassell L, et al. 2017. Blood Group Antigen Recognition via the Group A Streptococcal M Protein Mediates Host Colonization. mBio 8 (1) e02237-16. DOI: 10.1128/mBio.02237-16
7. Indraratna A, De Oliveira DMP, et al. 2020. Investigation of Group A Streptococcal Interactions with Host Glycan Structures Using High-Throughput Techniques: Glycan Microarray Analysis Using Recombinant Protein and Whole Cells. In: Proft T., Loh J. (eds) Group A Streptococcus. Methods in Molecular Biology, vol 2136. Humana, New York, NY. DOI:10.1007/978-1-0716-0467-0_10
8. . Epitope Mapping - MeSH - NCBI. Medical Subject Headings - NCBI. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/mesh/?term=epitope +mapping
9.Han Xian-Kui, Wang Hui-Fang, et al. 2020. P38 Inhibition Prevents Herpes Simplex Virus Type 1 (HSV-1) Infection in Cultured Corneal Keratocytes, Current Eye Research. DOI:10.1080/02713683.2020.1748658
10 Marimon JM, Monasterio A, et al. 2010. Antibody microarray typing, a novel technique for Streptococcus pneumoniae serotyping. J Microbiol Methods 80(3):274-80. DOI:10.1016/j.mimet.2010.01.011
11.Carmona SJ, Nielsen M, et al. 2015. Towards High-throughput Immunomics for Infectious Diseases: Use of Next-generation Peptide
Microarrays for Rapid Discovery and Mapping of Antigenic Determinants Molecular & Cellular Proteomics 14 (7) 1871-1884. DOI: 10.1074/mcp.M114.045906
12. Balouz V, Cámara MM, et al. 2015. Mapping Antigenic Motifs in the Trypomastigote Small Surface Antigen from Trypanosoma cruzi. Clinical and Vaccine Immunology 22 (3) 304-312. DOI:10.1128/CVI.00684-14
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