关键词不能为空

当前您在: 首页 > 育儿 >

基因诊断

作者:陕西保健网
来源:http://www.xapfxb.com/yuer
更新日期:2021-02-28 15:53

-

2021年2月28日发(作者:铁树叶的功效与作用)
第九章


基因诊断





基因诊断是通过检测基因的存在状态或缺陷对疾病作出诊断的方法。

基因诊断的主要技术:

1
、核酸分子杂交

2
、聚合酶链反应(
PCR


3
、基因芯片技术


第一节

核酸分子杂交技术


核酸杂交(
Nucleic
acid
hybridization
)是指具有一定同源性的两条单链核酸
在一定条件下,按碱基互补的原则重新配对形成双链的过程。


一、核酸杂交的基本原理

DNA
的变性和复性


在一定的条件(如适当的温度、有机溶剂存在等)下,
DNA
的双链可解开
成为单链 ,这一过程称为
DNA
的变性(
Denaturatioin

。高 温、低盐和有机溶剂
促进
DNA
变性。

Tm
值是反映DNA
的热稳定性的一个参数,称为
DNA
的熔化温度,系指一
半的双链
DNA
解离成为单链时的温度。

DNA
的热稳定性或
Tm
值直接与其碱基组成特别是
GC
碱基对含量有关,
GC
碱基对含量越 高,
Tm
值也越高。

DNA
的杂交即复性

Re naturation

是变性的单链
DNA
在一定的条件下
(低< br>于
Tm
的温度下)与其互补序列退火形成双链的过程,因此杂交与
Tm
值相关。

影响杂交的主要因素


温度:一般在低于
Tm

15
至25度的温度下杂交速率最快。

盐浓度:
钠离子 增加杂交分子的稳定性,
降低钠离子浓度强烈地影响
Tm

和复性速率。但当 钠离子浓度超过
0.4M
时,对复性速度和
Tm
值影响不大。
甲酰胺:有机溶剂如甲酰胺能减少双链核酸的稳定性。每增加
1%
的甲酰胺,
DN A/DNA

DNA/RNA
双链的
Tm
值减少
0.72< br>℃。常用
50%
甲酰胺

硫酸葡聚糖:使杂交速率增加,但有时可能增加杂交本底。

二、核酸探针的选择和标记

核酸探针是指能与待检测的靶核酸序列互补杂交的某种已 知核酸片段,
它必
须具有高度的特异性,并且带有某种适当的标记以便被检测。

(一)核酸探针的类型

1
、克隆的
DNA
片段,常用
cDNA
探针。

2

RNA
探针(
Riboprobe



RNA
探针的优点是特异性高;
杂交效率
(
灵敏度
)
更高。
适合于
Northen
杂交、
原位杂交等。主要缺点是不 稳定,易被降解,另外其制备较困难。

3
、寡核苷酸探针

可用化学方法人工合成,制备较方便,但灵敏度稍差。

4
、聚合酶链反应扩增产物

是很好的探针来源,其优点是制备和标记相对容易。

(二)核酸标记的类型


放射性同位素

目前应用最广,优点是灵敏度高,特别适用于单拷贝基因或
低丰度
mRNA
检测,缺点是易造成放射性污染以及半衰期短,使用不便。


核酸探针标记常用的同位素有以下几种:

1、

32< br>P
:其放射性强,自显影时间短,灵敏度较高,缺点是半衰期短(
14.3
天)
,放射线散射较严重,因此对分辩率有影响。

2、

35
S
:放射性较低,半衰期长(
87.1
天)
,灵敏度 较高;低散射,因此在
用X-光片自显影时分辩率高,特别适用于核酸序列分析和原位杂交等
实 验。

3、

33
P
:是一种较理想的同位素,它的放射 性较低,灵敏度高,分辩率好,
半衰期也较长
(25.4

)
,适用 范围较广。但价格偏高。

非同位素标记:常用地高辛或生物素系统。

优点:无放射性污染,较稳定;缺点:灵敏度、特异性稍差。

(三)核酸探针的标记

1
、随机引物法(
Random priming


随机引物是人工合成的含有各种可能的排列顺序的六核苷酸片段的 混合物,
因此可以与任何核酸片段杂交,并作为聚合酶反应的引物。

标记酶:大肠杆 菌
DNA
聚合酶Ⅰ的大片段-
klenow
片段。

特点:所得探针的放射性比活较高,适用于大多数杂交。

2
、缺刻平移法
(Nick translation0

标记酶 :大肠杆菌
DNase
Ⅰ(极微量)和
DNA
聚合酶Ⅰ。

用缺刻平移法制备的探针较短,较适合于原位杂交。

3

RNA
探针的制备和标记


RNA
探针可用
RNA
聚合酶体外转录法制备。该方法的合成效率高,所得产物
大小均一,有 较高的比活,特异适合于
Northern
杂交和原位杂交。

4
、聚合酶链反应标记
DNA
探针

利用
Taq DNA
聚合酶和标记的
dNTP,sk
以少量的起始模板合成高比活的
c
双链或单链
DNA
探针。

5
、寡核苷酸探针的标记

5’
-
端标记:
T4< br>多核苷酸激酶标记法,
一般用于制备
DNA
序列分析时用的
5’
-
标记的寡苷酸引物。

3’
-
端标记:末端转移酶法,
32
P-dNTP

ddNTP


6
、非同位素 核酸探针标记:地高辛或生物素标记的核酸探针的制备方法和同位
素探针相似。但是不能用多核苷酸激酶 标记法直接对
5’
-
端进行非同位素标记。


三、常用核酸杂交技术

滤膜杂交

固相杂交







核酸杂交

原位杂交

液相杂交


滤膜杂交是指先将待检测的核酸序 列结合到适当的固相支持物如尼龙膜上,
然后与存在于溶液中的已标记探针进行杂交的过程。

滤膜杂交的基本过程为:

1
、核酸探针的制备和标记;

2
、核酸片段的凝胶电泳分离;

3
、将凝胶中的核酸片段通过印迹 (
blot
)转移到某种固相支持物上;

4
、用标记的探针与被固定的靶核酸序列杂交(通过还包括预杂交)


5
、洗膜(除去未杂交的游离探针等)


6
、检测带标记的杂交分子(放射自显影或酶联反应)


(一)斑点/狭缝印迹

Dot/slot blot

杂交:DNA

RNA
样品经变性后直接点
样于尼龙膜上,然后进行杂交和检测 。其优点是简单、迅速,可同时做多
个样品;缺点是特异性不好,有一定比例的假阳性,此外,靶核酸的 分子
大小难于判断。

(二)
Southern
印迹:指将经过电泳 分离的
DNA
片断转移到一定的固相支持物
的过程。

Southern
印迹杂交的步骤如下:

1
、用限制性内切酶消化大分子
DNA;
2
、用琼脂糖凝胶电泳对
DNAa
片段按分子量大小分离;

3


DNA
片段在琼脂糖凝胶电泳中变性成单链后,
再转移到适 当的固相支
持物上并与之结合;

4、

探针与膜上的
5、

检测。

DNA
杂交;

Southern
印迹杂交主要用于基因组结构分析 、基因组
DNA
的定性和定量分
析以及利用限制性片段长度多态性进行基因突变分析等 。

(三)
Northern
印迹:
是指
RNA
经 变性凝胶电泳后,
将其转移到固相支持物上,
以便用杂交反应检测特定的
mRNA分子的含量与大小。是基因表达研究
分析的标准方法。

Nothern
印迹的基本过程包括:

1

RNA
的提取;

2

RNA
变性电泳;

3

RNA
转移和固定;

4
、杂交;

5
、检测。


RNA
的提取和变性胶电泳与
DN A
不同外,其余基本与
Southern
印迹相
同,关键是减少实验中的RNA
酶污染。

(四)核酸杂交在基因诊断中的应用

通过核 酸杂交技术,可以利用带有某种标记的已知核酸片段作为探针,去
检测未知核酸序列。因此,核酸杂交可 用于基因鉴定和基因突变分析等领域。

1
、限制性片段长度多态性(
RFLP
)分析



多态性(
polymorphism
)指基因组中特定基因座位(
DNA序列)存在两种或
两种以上状态(等位基因)
,并且其中任何一个等位基因在人群中的频率 不低于
1%


限制性片段长度多态性

RFLP

是由于
DNA
变异
(产生新的酶切位点或消
除原有的酶切位点)< br>导致在限制性核酸内切酶酶切时产生不同长度的片段。
可借

southern blotting

PCR
的方法进行检测

RFLP
分析与遗传病基因诊断。

人类染色体
VNTR
序列的
RFLP
分析图谱:
DNA fingerprinting


2
、等位基因特异性寡核苷酸(
ASO
)探针杂交

寡核苷 酸中的碱基错配会大大影响杂交分子的稳定性,
因此可用人工合成的
针对正常和突变等位基因的 特异性寡核苷酸探针进行杂交,检测点突变。

3
、基因表达分析




第二节

聚合酶链反应(
PCR
)技术


一、
PCR
的基本原理

(一)
PCR
的基本过程


PCR
是一种体外扩 增特异
DNA
片段的技术。它包括下列三个基本步骤:

常用
Northern blotting
或原位杂交分析。

1< br>、变性(
Denaturation

:待扩增的
DNA
模板 加热变性成单链;

2
、退火(
Annealing

:降 低温度,使单链靶序列与寡核苷酸引物退火;

3
、延伸(
Extensio n

:在适当条件下,利用
DNA
聚合酶使引物延伸,产生新的
双链 。上述变性、退火、延伸步骤的重复循环,导致特异的靶序列的指数扩增。

PCR
产 物是介于引物的
5’
端之间的双链
DNA
片段。

(二)
PCR
体系中的主要成份

1

Taq DNA
聚合酶

是一种耐热的
DNA
聚合酶,具有
5’< br>-3

DNA
聚合酶活性,
一般有
5’
-3
外切酶活性,有或无
3’
-
5’
外切酶活性(校对活性)
,无校对活 性的酶

PCR
中错掺率较高。

PCR

Taq
酶的用量一般为
0.5-2.5U

过多易造成非特异性扩增,过少可能
灵敏度不够。

2
、寡核苷酸引物

是决定
PCR
扩增特异性的关键。


设计
PCR
引物时的几条原则:



引物长度一般
15-30
碱基,过短则特异性低;



避免内部二级结构;


G/C

A/T
碱基均 匀分布,
G/C
含量在
45%-55%
之间;



两个引物(特别是
3’端)间不能发生互补,以免形成引物引物二聚体;



引物的
3’
-
端碱基一般应与模板严格配对,
并且
3’端为
G

C

T
时引发效
率较高 ;



引物的
5’
-
端可添加与模板无关的序列 (如限制性内切酶的识别位点、
ATG
起始密码子或启动子序列等)

PCR
中所用引物浓度一般在
0.1-0.5uM
太高的引物浓度易造成非特异性扩增,太低会降低合成效率。

3

MgCl2 Mg2+
浓度除影 响
Taq
酶活性外,还影响双链
DNA

Tm
值,因而影响
PCR
的特异性和扩增效率。


PCR
中的最适
MgCl2
浓度一般为
1.5-2.5mM(
注意游离
Mg2+
浓度 还与能结合
Mg2+
的化合物如
dNTP

EDTA
等的浓度有关。

4
、脱氧核苷三磷酸(
dNTP
)一般采 用均衡的
dNTP
浓度,
4

dNTP
各为
< br>200umol/L,dNTP
可减少游离
Mg2+
,因此影响聚合酶活性和引 物退火。

5
、模板

单、双链
DNA
,以及
RNA
经逆转录合成的
cDNA



PCR样品可以是粗制品,但不应含有核酸酶和蛋白酶及其它干扰
Taq
酶活性
的抑制剂







引物
/
模板的比率影响
PCR
的特异性。

-


-


-


-


-


-


-


-



本文更新与2021-02-28 15:53,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:http://www.xapfxb.com/yuer/462409.html

基因诊断的相关文章