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基因直接诊断
直接检查致病基因本身的异常。它通常使用基因本身或紧邻的DNA序列作为探针,或通过PCR扩增产物 ,以探查基因无突变、缺失 、退化等异常及其性质,这称为直接基因诊断,它适用已知基因异常的疾病;
基因间接诊断
SSCP、AMP-FLP等技术均可用于连锁分析。
核酸诊断的常见技术
基因诊断(gene diagnosis)是以探测基因的存在 ,分析基因的类型和缺陷及其表达功能是否正常,从而达到诊断疾病的一种方法 。它是继形态学、生物化学和免疫学诊断之后的第四代诊断技术,它的诞生与发展得益于分子生物学理论和技术的迅速发展。
常用基因诊断技术:
一 、Southern印迹法(Southern blot)
基本原理是:硝酸纤维膜或尼龙滤膜对单链DNA的吸附能力很强 ,当电泳后凝胶经过DNA变性处理,覆以上述滤膜,再于其上方压上多层干燥的吸水纸,借助它对深盐溶液的上吸作用 ,凝胶上的单链DNA将转移到滤膜上。转移是原位的,即DNA片段的位置保持不变 。转移结束后,经过80℃烘烤的DNA ,将原位地固定于膜上。
当含有特定基因片段已原位转移到膜上后,即可与同位素标记了的探针进行杂交,并将杂交的信号显示出来。杂交通常在塑料袋中进行 ,袋内放置上述杂交滤膜,加入含有变性后探针的杂交溶液后,在一定温度下让单链探针DNA与固定于膜上的单链基因DNA分子按碱基到互补原理充分结合 。结合是特异的 ,例如只有β珠蛋白基因DNA才能结合上β珠蛋白的探针。杂交后,洗去膜上的未组合的探针,将Ⅹ线胶片覆于膜上 ,在暗盒中日光进行放射自显影。结合了同位素标记探针的DNA片段所在部位将显示黑色的杂交带,基因的缺失或突变则可能导致带的缺失或位置改变 。
二、聚合酶链反应
近年来,基因分析和基因工程技术有了革命性的突破,这主要归功于聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)的发展和应用。应用PCR技术可以使特定的基因或DNA片段在短短的2-3小时内体外扩增数十万至百万倍。扩增的片段可以直接通过电泳观察 ,也可用于进一步的分析 。这样,少量的单拷贝基因不需通过同位素提高其敏感性来观察,而通过扩增至百万倍后直接观察到 ,而且原先需要一、二周才能作出的诊断可以缩短至数小时。
三 、扩增片段长度多态性
小卫星DNA和微卫星DNA的长度多态性可以通过PCR扩增后电泳来检出,并用于致病基因的连锁分析,这种诊断方法称为扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymorphism,Amp-FLP)连锁分析法。PCR扩增后 ,产物即等位片段之间的差别有时只有几个核苷酸,故需用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离鉴定。此法多用于突变性质不明的连锁分析.
四、等位基因的特异寡核苷酸探针诊断法
当基因的突变部位和性质已完全明了时,可以合成等基因特异的寡核苷酸探针(allele-specific oligonucleotide,ASO)用同位素或非同位素标记进行诊断 。探针通常为长20bp左右的核苷酸。用于探测点突变时一般需要合成两种探针 ,与正常基因序列完全一致,能与之稳定地杂交,但不能与突变基因序列杂交;另一种与突变基因序列一致 ,能与突变基因序列稳定杂交,但不能与正常基因序列稳定杂交,这样,就可以把只有一个碱基发生了突变的基因区别开来.
PCR可结合ASO ,即PCR-ASO技术,即先将含有突变点的基因有关片段进行体外扩增,然后再与ASO探针作点杂交 ,这样大大简化了方法,节约了时间,而且只要极少量的基因组DNA就可进行。
五、单链构象多态性诊断法
单链构象多态性(signle strand conformation polymorphism,SSCP)是指单链DNA由于碱基序列的不同可引起构象差异 ,这种差异将造成相同或相近长度的单链DNA电泳迁移率不同,从而可用于DNA中单个碱基的替代、微小的缺失或手稿的检测 。用SSCP法检查基因突变时,通常在疑有突变的DNA片段附近设计一对引物进行PCR扩增 ,然后将扩增物用甲酰胺等变性,并在聚丙烯酰胺凝胶中电泳,突变所引起的DNA构象差异将表现为电泳带位置的差异 ,从而可据之作出诊断。
基因诊断的主要技术有核酸分子杂交 、聚合酶链反应、恒温扩增、基因测序和生物芯片技术。 1.1 原理: 具有一定互补序列和核苷酸单链在液相或固相中按碱基互补配对原则缔合成异质双链的过程,称为核酸分子杂交 。杂交的双方是待测核酸序列和探针序列。应用该技术可对特定DNA或RNA序列进行定性或定量检测。
1.2 基因探针及其标记: 基因探针是一段与待测DNA或RNA互补的核苷酸序列,可以是DNA或RNA,长度不一 ,可为完整基因,也可为其中一部分 。根据探针的来源和性质分为基因组DNA探针 、cDNA探针、RNA探针和人工合成的寡核苷酸探针。作为探针至少必须满足两个条件,一是应为单链(或通过变性形成单链) ,二是应带有可被示踪和检测的标记。有了合适的探针,就有可能检测出目的基因,观察有无突变 ,也可根据探针的结合量进行定量检测 。选择探针最基本的原则是要有高度特异性,其次也需考虑到制备探针的难易性和检测手段的灵敏性等其他因素。
1.3 常用核酸分子杂交技术: ① Southern印迹杂交;② Northern印迹杂交;③斑点杂交(dot blotting);④原位杂交(in-situ hybridization);⑤夹心杂交(三明治杂交);⑥液相杂交。 恒温扩增技术主要包括链置换扩增法( strand displacement amplification , SDA) 、核酸序列扩增法( nucleic acid sequence-based amplification ,NASBA) 、转录介导扩增法( Transcription Mediated Amplification , TMA) 和滚环扩增法(RollingCircle Amplification ,RCA) 以及环介导等温扩增法(Loop-mediated isothermal amplification , LAMP)等。
LAMP是Notomi 等在2000 年开发的一种新颖的恒温核酸扩增方法,即环介导等温扩增法( loop-mediated isot hermalamplification , LAMP) ,其特点是针对靶基因的6 个区域设计4 种特异引物,利用一种链置换DNA 聚合酶(Bst DNA polymerase) 在等温条件(65 ℃左右) 保温几十分钟,即可完成核酸扩增反应 。不需要模板的热变性、长时间温度循环、繁琐的电泳 、紫外观察等过程。LAMP 是一种崭新的DNA 扩增方法,具有简单、快速、特异性强的特点,具有替代PCR 方法的可能性。 它们是DNA杂交 探针技术与半导体工业技术相结合的结晶 。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。
生物芯片技术起源于核酸分子杂交。所谓生物芯片一般指高密度固定在互相支持介质上的生物信息分子(如基因片段 、CDNA片段或多肽、蛋白质)的微阵列杂交型芯片(micro-arrays) ,阵列中每个分子的序列及位置都是已知的,并且是预先设定好的序列点阵 。微流控芯片(microfluidic chips)和液态生物芯片是比微阵列芯片后发展的生物芯片新技术,生物芯片技术是系统生物技术的基本内容。
什么是生物芯片呢?简单说 ,生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品,然后由一种仪器收集信号,用计算机分析数据结果。
人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起来,虽然 ,生物芯片和电子芯片确实有着千丝万缕的联系,但它们是完全不同的两种东西 。生物芯片并不等同于电子芯片,只是借用概念 ,它的原名叫“核酸微阵列”,因为它上面的反应是在交叉的纵列中所发生。
芯片的概念取之于集成的概念,如电子芯片的意思就是把大的东西变成小的东西 ,集成在一起。生物芯片也是集成,不过是生物材料的集成 。像实验室检测一样,在生物芯片上检查血糖 、蛋白、酶活性等 ,是基于同样的生物反应原理。所以生物芯片就是一个载体平台。这个平台的材料则有很多种,如硅,玻璃 ,膜(纤维素膜)等,还有一些三维结构的多聚体,平台上则密密麻麻地摆满了各种生物材料。芯片只是一个载体 。做什么东西、检测什么,还是靠生物学家来完成。也就是说 ,原来要在很大的实验室中需要很多个试管的反应。
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