第一篇：《分子生物學(xué)與基因工程》課程論文

植物基因工程研究進(jìn)展

摘要：自1983年美國(guó)人首先成功地獲得抗卡那霉素的煙草再生植株開(kāi)始，人類就開(kāi)始了植物基因工程的研究。至今已在逾200種植物中成功地獲得了轉(zhuǎn)基因植株,并有近1000例轉(zhuǎn)基因植物獲準(zhǔn)進(jìn)行田間試驗(yàn),更有十余種轉(zhuǎn)基因植物(如轉(zhuǎn)基因棉花.大豆)已進(jìn)入商業(yè)化種植.轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品已進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ?。植物基因工程的?yīng)用已進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。下面是我從植物基因工程改善生物質(zhì)能利用的研究進(jìn)展做一說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：木質(zhì)纖維素 細(xì)胞壁 水解酶

近幾年來(lái)全世界對(duì)能源的需求量急劇增加加速了對(duì)有限的不可再生礦物質(zhì) 能源的消耗資源的利用也增加了CO2及粉塵的排放,造成環(huán)境破壞和全球氣候變 化[1]可再生的清潔的生物質(zhì)能成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。其中的燃料乙醇工業(yè),近年來(lái)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的發(fā)展,我國(guó)也大力支持發(fā)酵乙醇用作能源[2]。目前,絕大部分乙醇來(lái)源于玉米淀粉發(fā)酵生產(chǎn)。但是由于淀粉本身又作為食品和飼料,產(chǎn)量有限,成本較高,阻礙了乙醇工業(yè)的發(fā)展。于是,人們把注意力轉(zhuǎn)移到谷物秸稈等廉價(jià) 的含有大量 的木質(zhì) 纖維素 的生物質(zhì) 材料上希望 能夠被 充分利用 [3]。但由于木質(zhì)纖維素本身難以分解,許多研究利用 基 因工程 方法 改善植物,使自生產(chǎn)生的多糖資源更利于降解,用于發(fā)酵產(chǎn)乙醇。1.木質(zhì)纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇發(fā)展現(xiàn)狀

在中國(guó),大約每年會(huì)產(chǎn)生10t億農(nóng)林業(yè)廢棄物這些資源用于造紙、紡織或者直接作為燃料這些占到很少一部分。絕大部分被廢棄了木質(zhì)纖維素是光合作用的基本產(chǎn)物 , 也是生物圈產(chǎn)生的最充足的可再 生生物資源被認(rèn)為是地球上最豐富的生物高分子聚合[4]。

大部分的高等植物細(xì)胞壁由膠聯(lián)多糖、糖蛋白和木質(zhì)素組成雙 子 葉植物 , 如擬南芥等,細(xì)胞壁多糖主要有三種:纖維素半、纖維素和果膠質(zhì),包埋在非 纖 維多糖基質(zhì)(半纖維素和果膠)中的纖維素網(wǎng)絡(luò),與木質(zhì)素和結(jié)構(gòu)蛋白共同構(gòu)成植物細(xì)胞壁的聚合液晶結(jié)構(gòu)[5]天然狀態(tài)下由于木質(zhì)素的保護(hù)作用,阻礙了水解 纖維素酶與纖維素的接觸并發(fā)揮作用,成為影響纖維素水解的重要因素 [3, 4]。YangB等人發(fā)酵降解實(shí)驗(yàn)證明,雖然半纖維素對(duì)纖維素。也有一定保護(hù)作用 , 但木質(zhì)素的去除對(duì)于纖維素有效降解是最關(guān)鍵的[6]。一般對(duì)木質(zhì)纖維素材料 的利用,首先要進(jìn)行粉碎,然后預(yù)處理(酸堿處理等),最后 添 加 微 生物 來(lái)源 的纖維素復(fù)合水解酶類,使之與處理過(guò)的木質(zhì)纖維充分接觸,將其降解為單糖 , 從而用于乙醇發(fā)酵?，F(xiàn)在雖然前期的粉碎和預(yù)處理工藝研究取得了很大進(jìn)展但成本仍然較高，而且后期發(fā)酵分解處理。要添加來(lái)源于微生物的纖維素水解復(fù)合酶,價(jià)格仍十分昂貴[7]。這些因素導(dǎo)致目前用木質(zhì)纖維素作為這些因素 導(dǎo)致 目前用木質(zhì)纖維素作為原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇,成本較高發(fā)展緩慢因此,現(xiàn)在對(duì)木質(zhì)纖維素進(jìn)行高效降解使用,仍然是個(gè)很大的難題。2.植物基因工程與植物木質(zhì)纖維素利用

近年來(lái)隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們開(kāi)始嘗試?yán)弥参锘蚬こ谭椒▉?lái) 解決植物木質(zhì)纖維素有效利用問(wèn)題研究主要集中在改善植物細(xì)胞壁木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)和含量比例等方面,使植物多糖資源利于降解使用，或者利用植物作為生物反應(yīng)器,在植物內(nèi)表達(dá)微生物來(lái)源的強(qiáng)活性纖維素降解酶,使植物自身表達(dá)高活性纖維素水解 酶類等研究。2.1 改善植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)與組成

過(guò)去幾十年的研究,改善木質(zhì)素含量及細(xì)胞壁已成為可能。利用基 因工程方法,控制植物內(nèi)木質(zhì)素合成相關(guān)基因的表達(dá),可以改變木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和含量木質(zhì)素對(duì)纖維素形成的保護(hù)作用是導(dǎo)致 纖維素資源利用 的主要障礙,降低木質(zhì)素含量或改變其結(jié)構(gòu),將利于纖維素 的分解[8]。雖然植物體木質(zhì)素的合成過(guò)程還不是十分清楚,但近幾年的研究,已使大量降低木質(zhì)素含量成為可能。

在玉米和苜蓿的研究中發(fā)現(xiàn),木質(zhì)素合成單體之一的芥子醇, 其前體的甲基化合成酶基因COMT(caffeate/5-hydroxyferulate O-methyltransferase),如果被抑制表達(dá),芥子單體含量會(huì)明顯減少,可導(dǎo)致木質(zhì)素含量降低 [9, 10]但是在楊樹(shù)中抑制這種酶的表達(dá)卻不能夠改善材質(zhì),木質(zhì)素含量反而增加[11]。Li L等人在楊樹(shù)中研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)反義表達(dá)4CL基因(4-coumarate-CoA ligase)時(shí),木質(zhì)素含量了減少了約40%,并且導(dǎo)致10%的纖維素含量的增加，如果正義表達(dá)控制木質(zhì)素組成單體紫丁香基丙 烷(syringyl)和愈瘡木基丙烷(guaiacyl)比率的CAld5H基因(Coniferaldehyde 5-hydroxylase),可導(dǎo)致紫丁香基丙烷的量明顯增 高,但木質(zhì)素含量沒(méi)有變化[12]。當(dāng)兩基因同時(shí)轉(zhuǎn)化時(shí),木質(zhì)素含量減少可達(dá)53%,紫丁香基丙烷含量進(jìn)一步增加,而纖維素含量能夠增加30%。Cano-Delgado A等人研究擬南芥CESA3突變體發(fā)現(xiàn),纖維素合成酶受損時(shí),導(dǎo)致了木質(zhì)素大量合成[13]這表明在植物木質(zhì)部細(xì)胞中可能存在一種調(diào)控機(jī)制,當(dāng)木質(zhì)素含量減少時(shí),為了維持支撐作用,纖維素含量會(huì)相應(yīng)增加。Chabannes M等人在煙草中研究發(fā)現(xiàn),同時(shí)抑制CCR(Cinnamoyl CoA reductase)和 CAD(Cinnamyl alcohol dehydrogenase)的表達(dá),可大量減少木質(zhì)素含量,但非預(yù)期 的還引起了細(xì)胞壁多糖酚類物質(zhì)及可溶性酚類物質(zhì)含量的變化[14]等人在番茄中抑制表達(dá)木質(zhì)素合成相關(guān)的CCR基因,導(dǎo)致木質(zhì)素含量降低,同時(shí)與木質(zhì)素形成具有共同前體的酚類復(fù)合物增加[15]。Boudet AM等人通過(guò)抑制楊樹(shù)木質(zhì)素合成酶基因CCR,可導(dǎo)致植物細(xì)胞壁纖維 素成分更容易被纖維素分解菌Clostridium產(chǎn)糖量達(dá)到原來(lái)的2倍[16]這表明,降低木質(zhì)素等物質(zhì)含量后,非常利于纖維資源的利用。Li Y等人研究發(fā)現(xiàn),過(guò)氧化酶影響了木質(zhì)化過(guò)程[17]。Blee KA等人在煙草中反義抑制過(guò)氧化酶FBP1(French bean cationic peroxidase)同系物表達(dá),在不影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的情況下,使木質(zhì)素含量降低了40%~50% [18]。通過(guò)基因工程方法,改變木質(zhì)素結(jié)構(gòu)與含量的方法改善植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),利于作為能源植物,具有重要的研究?jī)r(jià)值。

2.2 植物體內(nèi)表達(dá)木質(zhì)纖維素水解酶

過(guò)去幾十年的發(fā)展,植物已成功的作為重組蛋白表達(dá)的生物反應(yīng)器,它相對(duì)于微生物和動(dòng)物表達(dá)的優(yōu)勢(shì)是具有較低的成本已在多種植物里面進(jìn)行了異源重組蛋白的表達(dá)研究(如疫苗和工業(yè)用酶等),蛋白表達(dá)量高且保持了很好的生物學(xué)活性[19]。近幾年,人們開(kāi)始在植物體內(nèi)進(jìn)行微生物來(lái)源的研究,希望這些植物作為生物反應(yīng)器,大量表達(dá)并在細(xì)胞內(nèi)積累纖維素酶。收獲的植物,經(jīng)過(guò)粉碎和預(yù)處理(酸堿處理等)后,在分解過(guò)程中能利用自身表達(dá)的酶,不添加加來(lái)源于微生物的酶,就可以將纖維素充分分解為單糖, 進(jìn)一步用于生產(chǎn)乙醇,降低生產(chǎn)成本(Sticklen M,2006)[20]?？紤]到細(xì)胞質(zhì)表達(dá)對(duì)植物生長(zhǎng)影響較大,一般采用定向胞外或細(xì)胞器積累表達(dá)（如定向質(zhì)外體葉綠體溶酶體等）Ziegler MT等人在擬南芥中,定向質(zhì)外體,積累表達(dá)了來(lái)源于Acidothermus cellulolyticus的耐熱內(nèi)切-β-1,4-葡聚糖酶(Endo-1,4-β-glucanase),表達(dá)量約達(dá)到葉子總可溶性蛋白的26%,并且保持了很好的活性[21]，同樣是在擬南芥中,Hyunjong B等人定向葉綠體和過(guò)氧化酶體,積累表達(dá)來(lái)源于Trichoderma reesei的木聚糖酶(Xylase),達(dá)到了總可溶性蛋白的4.6%,明顯 高于細(xì)胞質(zhì)表達(dá)和單一細(xì)胞器定向表達(dá)[22]在煙草中Dai Z等人定向葉綠體,積累表達(dá)了A.cellulolyticu 的耐熱內(nèi)切-β-1,4-葡聚糖酶,達(dá)到總可溶性蛋白的1.35%[23]。Dai Z等人采用同樣的酶,比較了定向不同細(xì)胞器積累表達(dá)的差異,發(fā)現(xiàn)定向質(zhì)外體表達(dá)蛋 白量最高,且保持了較好的活性[24]。在其它的植物中,也進(jìn)行了相關(guān)的研究, Xue GP等人在大麥的胚乳中,特異表達(dá)來(lái)源于Neocallimastix patriciarum 的內(nèi)切-β-1,4-葡聚糖酶,約達(dá)到了總種子蛋白的1.5%[25]。Oraby H 等人在水稻中,定向質(zhì)外體積累表達(dá)了A.cellulolyticu耐熱內(nèi)切-β-1,4-葡聚糖酶,達(dá)到了葉子總可溶性蛋白的 4.9%。

目前的研究集中于將植物作為生物反應(yīng)器,盡可能多的表達(dá)并積累纖維素酶,用于后期的處理。在發(fā)酵分解過(guò)程可以利用植物自身表達(dá)的異源纖維素水解酶,節(jié)省了額外添加酶的量。表達(dá) 的大都是內(nèi)切-β-1,4-葡聚糖酶或木聚糖酶,為了預(yù)處理后還 能保持較好活性,多采用穩(wěn)定性強(qiáng)的耐高溫酶。由于纖維素有效降解需要復(fù)合水解酶,并且木質(zhì)素對(duì)其具有很強(qiáng)的保護(hù)作用,這些植物不會(huì)發(fā)生自身降解。3.前景與展望

利用不斷發(fā)展的植物基因工程技術(shù),在能源植物研究方面已經(jīng)取得了不錯(cuò)的研究進(jìn)展。但是,目前要實(shí)現(xiàn)廉價(jià)充分的利用纖維資源,還有一定的困難。通過(guò)對(duì)植物細(xì)胞壁合成 代謝研究的不斷深入,應(yīng)該能夠獲得對(duì)自身生長(zhǎng)發(fā)育不影響的低木質(zhì)素植物細(xì)胞壁木質(zhì)素結(jié)構(gòu)及含量改善纖維素含量增加,利于降解發(fā)酵產(chǎn)乙醇。還希望最終能夠獲得一種能源植物,這種植物通過(guò)自身表達(dá)異源的高活性木質(zhì)纖維水解復(fù)合酶,酶的表達(dá)受到誘導(dǎo)調(diào)控,收獲前誘導(dǎo)表達(dá),收獲后送往生物能源發(fā)酵工廠。這期間,木質(zhì)纖維素多糖在植物體內(nèi)也可進(jìn)行持續(xù)降解,在發(fā)酵工廠只需添加一些簡(jiǎn)單的輔助分解酶就可以徹底降解掉,使木質(zhì)纖維資源產(chǎn)乙醇變得十分簡(jiǎn)單 參 考 文 獻(xiàn): 1.Dorian JP, Franssen HT, Simbeck DR.Energy Policy, 2006, 34 : 1984~1991.2.Yang B, Lu Y.J Chem Technol Biotechnol, 2007, 82 : 6~10.3.Himmel ME, et al.Science, 2007, 315 : 804~807.4.Ding SY, Himmel ME.J Agric Food Chem, 2006, 54(3): 597~606.5.Cosgrove DJ.Nat Rev Mol Cell Biol 2005 6 11 850~861.6.Yang B Wyman CE.Biotechnol Bioeng 2004 86 1 88~95.7.Kabel MA, et al.Biotechnol Bioeng, 2005, 93 : 56~63.8.Ragauskas AJ, et al.Science, 2006, 311 :484~489.9.Piquemal J et al.Plant Physiol 2002 130 4 1675~1685.10.Guo D et al.Transgenic Res 2001 10 5 457~464.11.Pilate G et al.Nat Biotechnol 2002 20 6 607~612.12.Li L et al.Proc Natl Acad Sci USA 2003 100 8 4939~4944.13.Cano Delgado A, et al.Plant J, 2003, 34(3): 351~362.14.Chabannes M et al.Plant J 2001 28 3 257~270.15.van der Rest B et al.J Exp Bot 2006 57 6 1399~1411.16.Boudet AM Kajita S Grima Pettenati J et al.Trends Plant Sci2003 8 12 576~581.17.Li Y et al.J Plant Res 2003 116 3 175~182.18.Blee KA, et al.Phytochemistry, 2003, 64(1): 163~176.19.Streatfield SJ.Plant Biotechnol J 2007 5 1 2~15.20.Sticklen M.Curr Opin Biotechnol 2006 17 3 315~319.21.Ziegler MT, Thomas SR, Danna KJ.Mol Breed, 2000, 6 : 37~46.22.Hyunjong B, Lee DS, Hwang I.J Exp Bot, 2006, 57 : 161~169.23.Dai Z, Hooker BS, Anderson DB, et al.Transgenic Res, 2000, 9(1):43~54.24.Dai Z, et al.Transgenic Res, 2005, 14(5): 627~643.25.Xue GP et al.Plant Cell Rep 2003 21 11 1088~1094.

第二篇：分子生物學(xué)與基因工程結(jié)課論文

《分子生物學(xué)與基因工程》

結(jié)課論文

Real-Time PCR在分子生物學(xué)中的應(yīng)用

姓

名：XXX 學(xué)

號(hào)：AXXXXXXX 院

系：生命科學(xué)學(xué)院 班

級(jí)：生科XXX班 任課教師：XXX

二零一二年十二月 Real-Time PCR在分子生物學(xué)中的應(yīng)用

XXX XXX大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150xxx

摘 要：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）可對(duì)特定基因進(jìn)行擴(kuò)增，因此被廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué)領(lǐng)域中獲取特定基因或基因片段。定量PCR已經(jīng)從基于凝膠的低通量分析發(fā)展到高通量的熒光分析技術(shù)，即實(shí)時(shí)定量PCR（real-time quantitative PCR）。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PCR從定性到定量的飛躍，且與常規(guī)PCR相比，它具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、重復(fù)性好、定量準(zhǔn)確、速度快、全封閉反應(yīng)等特點(diǎn)，目前實(shí)時(shí)定量PCR作為一個(gè)極有效的實(shí)驗(yàn)方法，已被廣泛地應(yīng)用于分子生物學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，成為了分子生物學(xué)研究中的重要工具。關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)定量PCR；基因擴(kuò)增；分子生物學(xué)

1971年Khorana等最早提出PCR理論：―DNA變性解鏈后與相應(yīng)引物雜交，用DNA聚合酶延伸引物，重復(fù)該過(guò)程便可克隆tRNA 基因‖。因當(dāng)時(shí)基因序列分析方法尚未成熟、熱穩(wěn)定DNA聚合酶還未發(fā)現(xiàn)及寡聚核苷酸引物合成仍處于手工和半自動(dòng)階段，核酸體外擴(kuò)增設(shè)想似乎不切實(shí)際，且Smith等已發(fā)現(xiàn)了DNA限制性內(nèi)切酶，使體外克隆基因成為可能，Khorana 等的早期設(shè)想被忽視。1985年Mullis等用大腸桿菌DNA聚合酶 ⅠKlenow片段體外擴(kuò)增哺乳動(dòng)物單拷貝基因成功以及1988年Saiki等將耐熱DNA聚合酶（Taq酶）引入PCR，使擴(kuò)增反應(yīng)的特異性和效率大大提高，并簡(jiǎn)化了操作程序,最終實(shí)現(xiàn)了DNA擴(kuò)增的自動(dòng)化，迅速推動(dòng)了PCR的應(yīng)用和普及。

自從PCR技術(shù)問(wèn)世便很快成為科研、臨床診斷的熱點(diǎn)技術(shù)。但是傳統(tǒng)PCR技術(shù)在應(yīng)用中一是不能準(zhǔn)確定量，二是容易交叉污染，產(chǎn)生假陽(yáng)性。直到1996年由美國(guó)Applied Biosystems公司推出的實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)，上述問(wèn)題才得到較好的解決[1]。實(shí)時(shí)熒光定量PCR（real-time fluoro-genetic quantitative PCR，F(xiàn)Q-PCR）是通過(guò)對(duì)PCR擴(kuò)增反應(yīng)中每一個(gè)循環(huán)產(chǎn)物熒光信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)起始模板定量及定性的分析。在實(shí)時(shí)熒光定量 PCR反應(yīng)中，引入了一種熒光化學(xué)物質(zhì)，隨著PCR反應(yīng)的進(jìn)行，PCR反應(yīng)產(chǎn)物不斷累計(jì)，熒光信號(hào)強(qiáng)度也等比例增加。每經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)，收集一個(gè)熒光強(qiáng)度信號(hào)，這樣就可以通過(guò)熒光強(qiáng)度變化監(jiān)測(cè)產(chǎn)物量的變化，從而得到一條熒光擴(kuò)增曲線圖。該技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA模板的定量，而且具有靈敏度高、特異性和可靠性強(qiáng)、能實(shí)現(xiàn)多重反應(yīng)、自動(dòng)化程度高、無(wú)污染性、具實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué)研究和醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域[2]。

1.實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)概述

1.1 實(shí)時(shí)熒光定量PCR原理

1992年Higuchi等首次提出了采用動(dòng)態(tài)PCR方法和封閉式檢測(cè)方式對(duì)目的核酸數(shù)量進(jìn)行定量分析，熒光探針技術(shù)是基于標(biāo)記基團(tuán)的FRET原理而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)某個(gè)熒光基團(tuán)的發(fā)射譜與另一個(gè)熒光基團(tuán)的吸收光譜重疊，且兩個(gè)基團(tuán)距離足夠近時(shí)，能量可以從短波長(zhǎng)（高能量）的熒光基團(tuán)傳遞到長(zhǎng)波長(zhǎng)（低能量）的熒光基團(tuán)，相當(dāng)于短波長(zhǎng)熒光基團(tuán)釋放的熒光被屏蔽，這個(gè)過(guò)程稱為FRET。在探針5’端標(biāo)記一個(gè)報(bào)告基團(tuán)（R），在3’端標(biāo)記一個(gè)淬滅基團(tuán)（quencher，Q），兩者距離很近時(shí)（7-10nm），報(bào)告基團(tuán)發(fā)出的熒光能被淬滅基團(tuán)所吸收，并依賴其較高的S/N比值（信-噪比, signal-to-noise ratio）和良好的辨別能力進(jìn)行定量檢測(cè)。

熒光擴(kuò)增曲線擴(kuò)增曲線可以分成三個(gè)階段：熒光背景信號(hào)階段，熒光信號(hào)指數(shù)擴(kuò)增階段和平臺(tái)期。在熒光背景信號(hào)階段，擴(kuò)增的熒光信號(hào)被熒光背景信號(hào)所掩蓋，無(wú)法判斷產(chǎn)物量的變化。而在平臺(tái)期，擴(kuò)增產(chǎn)物已不再呈指數(shù)級(jí)的增加。PCR的終產(chǎn)物量與起始模板量之間沒(méi)有線性關(guān)系，所以根據(jù)最終的PCR產(chǎn)物量不能計(jì)算出起始DNA拷貝數(shù)。只有在熒光信號(hào)指數(shù)擴(kuò)增階段，PCR產(chǎn)物量的對(duì)數(shù)值與起始模板量之間存在線性關(guān)系，可以選擇在這個(gè)階段進(jìn)行定量分析。為了定量和比較的方便，在實(shí)時(shí)熒光定量 PCR 技術(shù)中引入了兩個(gè)非常重要的概念：熒光閾值和CT值。熒光閾值是在熒光擴(kuò)增曲線上人為設(shè)定的一個(gè)值，它可以設(shè)定在熒光信號(hào)指數(shù)擴(kuò)增階段任意位置上，但一般將熒光域值的缺省設(shè)置是3-15個(gè)循環(huán)的熒光信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍。每個(gè)反應(yīng)管內(nèi)的熒光信號(hào)到達(dá)設(shè)定的域值時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)數(shù)被稱為CT值（threshold value）。CT值與起始模板的關(guān)系研究表明，每個(gè)模板的CT值與該模板的起始拷貝數(shù)的對(duì)數(shù)存在線性關(guān)系，起始拷貝數(shù)越多，CT值越小。利用已知起始拷貝數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)品可作出標(biāo)準(zhǔn)曲線，其中橫坐標(biāo)代表起始拷貝數(shù)的對(duì)數(shù)，縱坐標(biāo)代表Ct值。因此，只要獲得未知樣品的Ct值，即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上計(jì)算出該樣品的起始拷貝數(shù)。[4][3]1.2 常用實(shí)時(shí)熒光定量PCR分類

1.2.1 實(shí)時(shí)熒光定量PCR熒光染料法

實(shí)時(shí)熒光定量PCR熒光染料法包括非飽和染料SYBR Green法和飽和染料LC Green法[5]。非飽和染料SYBR Green染料法定量成本低，方法簡(jiǎn)便，不需要設(shè)計(jì)探針，但是特異性低。熒光染料能和任何dsDNA結(jié)合，因此它也能與非特異的dsDNA（如引物二聚體）結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)容易產(chǎn)生假陽(yáng)性信號(hào)。引物二聚體的問(wèn)題目前可以用帶有熔解曲線（melting curve）分析的軟件加以解決。飽和染料LC Green法與SYBR染料法工作原理是一樣的，但與傳統(tǒng)的熒光染料SYBR Green相比有如下優(yōu)點(diǎn)：LC Green染料在進(jìn)行PCR 時(shí)可以以飽和的濃度加入，不會(huì)抑制PCR反應(yīng)，而Sybr Green 染料濃度過(guò)高會(huì)抑制PCR反應(yīng)。從而，利用LC Green染料可以進(jìn)行高分辨率熔解曲線分析。在進(jìn)行HRM分析時(shí)，由于飽和染料占據(jù)了DNA雙鏈上每一對(duì)堿基上的空位，所以在雙鏈解鏈時(shí)，染料立即與雙鏈脫離，使得熒光信號(hào)發(fā)生較大的變化，而非飽和染料常發(fā)生位置上的遷移，從而對(duì)熒光信號(hào)沒(méi)有大的影響。除LC Green染料外，常用的染料還有Reso Light、Ever Green等，這些都是綠色熒光染料，最佳激發(fā)波長(zhǎng)范圍440-470nm，發(fā)射熒光波長(zhǎng)470-520nm。

1.2.1 實(shí)時(shí)熒光定量PCR探針?lè)?/p>

實(shí)時(shí)熒光定量PCR寡核苷酸探針?lè)ò═aqMan探針?lè)ê蚑aqMan-MGB探針?lè)?。TaqMan 探針?lè)夹g(shù)原理是利用Taq酶的5’—3’外切酶活性，在傳統(tǒng)PCR技術(shù)一對(duì)特異性引物的基礎(chǔ)上增加了一條熒光雙標(biāo)記探針。該探針可與上、下游引物之間的DNA模板序列特異性結(jié)合。探針的5’端標(biāo)以熒光報(bào)告基團(tuán)，3’端標(biāo)以熒光淬滅基團(tuán)。在PCR退火復(fù)性期，探針與DNA模板特異性結(jié)合。在PCR延伸階段，Taq酶在引物的引導(dǎo)下，沿著模板合成新鏈，當(dāng)移動(dòng)至探針結(jié)合的位置時(shí)便發(fā)揮其5’—3’外切酶活性將探針降解成單核苷酸，使得熒光報(bào)告基團(tuán)與淬滅基團(tuán)分離，前者的熒光信號(hào)釋放并被檢測(cè)。因此，每合成一條新鏈就有一個(gè)探針被裂解并釋放出一個(gè)熒光信號(hào)。熒光信號(hào)強(qiáng)度與PCR產(chǎn)物量相對(duì)應(yīng)。

MGB探針與傳統(tǒng)的TaqMan探針比較，有很大的優(yōu)勢(shì)。它可以使探針的長(zhǎng)度縮短，尤其對(duì)AT含量高的序列的 MGB探針的設(shè)計(jì)有很大的幫助；同時(shí)可以提高配對(duì)與非配對(duì)模板間的Tm值差異； 由于在探針的3’端的Quencher基團(tuán)為不發(fā)光的熒光基團(tuán)，并且與Report基團(tuán)在空間的位置更接近，使雜交的穩(wěn)定性大大提高，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更精確，分辨率更高，可 以進(jìn)行SNP分析。MGB探針實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單，使雜交的重復(fù)性大大提高。

1.3 實(shí)時(shí)熒光定量PCR定量方法

在實(shí)時(shí)熒光PCR中，模板的定量有兩種方法：絕對(duì)定量和相對(duì)定量。絕對(duì)定量指用已知的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)推算未知的樣本量；相對(duì)定量指在一定樣品中靶序列相對(duì)于另一參照序列的量的變化。由于每個(gè)模板的CT值與該模板的起始拷貝數(shù)的對(duì)數(shù)存在線性關(guān)系，利用已知起始DNA濃度的標(biāo)準(zhǔn)品可做出標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.1 絕對(duì)定量法

該方法是利用標(biāo)準(zhǔn)品作一條標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)樣本進(jìn)行定量。絕對(duì)定量標(biāo)準(zhǔn)品一般是用質(zhì)粒DNA或是PCR擴(kuò)增產(chǎn)物等制備的。標(biāo)準(zhǔn)品的量根據(jù)260nm的吸光度值計(jì)算得出。由于樣本的濃度完全是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)確定，所以合適的標(biāo)準(zhǔn)品是定量準(zhǔn)確的關(guān)鍵。一方面標(biāo)準(zhǔn)品與未知樣本應(yīng)具有一致的擴(kuò)增效率，另一方面標(biāo)準(zhǔn)品的定量必須準(zhǔn)確。這就要求標(biāo)準(zhǔn)品的擴(kuò)增序列與樣本完全一致，制備的標(biāo)準(zhǔn)品純度要高，不應(yīng)含有影響定量的因素如Dnase、標(biāo)準(zhǔn)品與未知樣本各自反應(yīng)體系內(nèi)的干擾因素要一致等。該方法的優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)定范圍很廣（10～1010拷貝），結(jié)果可直接通過(guò)軟件得出，不需額外計(jì)算。1.3.2 相對(duì)定量法

相相對(duì)定量是指在測(cè)定目的基因的同時(shí)測(cè)定某一內(nèi)源性管家基因，該管家基因主要是用于核苷酸的拷貝數(shù)的比較、反映反應(yīng)體系內(nèi)是否存在PCR擴(kuò)增的影響因素，通常選用的管家基因有GAPDH、β-2微球蛋白和rRNA。使用的β-actin、相對(duì)定量較為早期的方法是用一系列已知外參物做標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)曲線得到目的基因和管家基因的量，再將目的基因同管家基因的比值作為定量的最后結(jié)果。此種方法計(jì)算出未知樣品的量是相對(duì)于某個(gè)參照物的量而言，因此，相對(duì)定量的標(biāo)準(zhǔn)曲線比較容易制備，對(duì)于所用的標(biāo)準(zhǔn)品只需知道其稀釋度即可。在整個(gè)試驗(yàn)中，待測(cè)樣品的量來(lái)自于標(biāo)準(zhǔn)曲線，最終必須除以參照基因的量，即參照基因是1×的樣本，其他的樣本為參照基因的n倍。由于管家基因在各種組織中的恒定表達(dá)，所以可用管家基因的量來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)，以比較來(lái)源不同的樣本，目的基因表達(dá)量的差異，此即相對(duì)定量。這一方法的缺陷是要求外參、目的基因和管家基因的擴(kuò)增效率一致；此外加入已知起始拷貝數(shù)的內(nèi)標(biāo)相當(dāng)于是進(jìn)行雙重PCR反應(yīng)，存在兩種模板相互的干擾和競(jìng)爭(zhēng)[7]。

1.3.3 相對(duì)定量反應(yīng)循環(huán)值（Ct）比較法

[6]即ΔCT值法，該方法是同時(shí)擴(kuò)增待測(cè)靶基因片段和一個(gè)作為內(nèi)參照的基因片段，一般是一個(gè)內(nèi)源性管家基因片段。這兩個(gè)擴(kuò)增反應(yīng)可在2管中分別進(jìn)行，也可在同一反應(yīng)管中進(jìn)行，測(cè)得兩者的CT值之差，即ΔCT。該方法不需要標(biāo)準(zhǔn)曲線。它是根據(jù)PCR擴(kuò)增反應(yīng)的原理，假設(shè)每個(gè)循環(huán)增加倍的產(chǎn)物數(shù)量PCR反應(yīng)的指數(shù)期得到擴(kuò)增產(chǎn)物的值來(lái)反映起始模板的量通過(guò)數(shù)學(xué)公式來(lái)計(jì)算相對(duì)量。比較Ct法與標(biāo)準(zhǔn)曲線法的相對(duì)定量的不同之處在于其運(yùn)用了數(shù)學(xué)公式來(lái)計(jì)算相對(duì)量，前提是假設(shè)每個(gè)循環(huán)增加一倍的產(chǎn)物數(shù)量，在PCR反應(yīng)的指數(shù)期得到Ct值來(lái)反應(yīng)起始模板的量，一個(gè)循環(huán)（Ct=1）的不同相當(dāng)于起始模板數(shù)2倍的差異。比較不同待測(cè)標(biāo)本DNA的ΔCT值與正常標(biāo)本DNA的ΔCT值的變化，即可對(duì)未知標(biāo)本靶基因的原始拷貝數(shù)作出判斷，從而對(duì)病理狀態(tài)進(jìn)行判斷或診斷。但是此方法是以靶基因和內(nèi)源控制物的擴(kuò)增效率基本一致為前提的，效率的偏移將影響實(shí)際拷貝數(shù)的估計(jì)[8]。最終結(jié)果也是靶序列和參考品的相對(duì)比值。該方法需確定靶序列和參考品的擴(kuò)增效率是否一致；如不一致，則會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)的應(yīng)用

實(shí)時(shí)定量PCR的應(yīng)用非常廣泛。在科研方面，可定量分析各種基因的表達(dá)[ 9 ]、分析基因變和多態(tài)性[ 10 ]、分析細(xì)胞因子的表達(dá)

[ 11 ]、單核苷酸多態(tài)性（SNP）

[ 12 ]

測(cè)定及易位基因的檢測(cè)

[ 15 ]

[ 13 ]

等；在醫(yī)療方面，可用于免疫組分分析

[ 14 ]、臨床疾病早期診斷、病原體檢測(cè)、耐藥性分析

[ 16 ]、腫瘤研究[ 17 ]和微小殘留病變（MRD）[ 18 ]檢測(cè)等。

以下就其在基因工程研究、病原體的檢測(cè)和腫瘤分子診斷等方面的應(yīng)用及其新進(jìn)展作一簡(jiǎn)述。2.1 基因工程研究領(lǐng)域

實(shí)時(shí)熒光定量技術(shù)的出現(xiàn)不僅加強(qiáng)了有關(guān)對(duì)基因的量的研究方法，而且也加強(qiáng)了對(duì)基因的質(zhì)所發(fā)生變化的研究。它可以檢測(cè)基因突變和基因組的不穩(wěn)定性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于遺傳分析[19]。

2.1.1

基因表達(dá)研究

由不同的熒光報(bào)告基團(tuán)標(biāo)記的探針?lè)謩e與野生型和突變基因雜交，探針雜交的效率和其后的切除與雜交有關(guān)。如果一種染料的熒光信號(hào)明顯強(qiáng)于另一種，說(shuō)明它是一個(gè)純合子，如果熒光信號(hào)都增加則表明是一個(gè)雜合子。從使用范圍來(lái)看，它能用于檢測(cè)已知基因序列的任何遺傳病基因的突變和缺失及表達(dá)量的異常，從靈敏度方面看，它能從單細(xì)胞進(jìn)行特異基因擴(kuò)增，實(shí)現(xiàn)植入前基因診斷。PCR技術(shù)還可用于端粒酶的檢測(cè)。使用雙色熒光標(biāo)記探針，結(jié)合不同的引物設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某些先天性疾病的定量檢測(cè)。應(yīng)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法對(duì)β地中海貧血癥（β地貧）患者β與γ球蛋白mRNA水平進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果特異性強(qiáng)、定量準(zhǔn)確，為了解β地貧的分子病理機(jī)制及其臨床診斷提供了可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)。迄今對(duì)遺傳性物質(zhì)改變引起的疾病還無(wú)法根治，只能通過(guò)產(chǎn)前監(jiān)測(cè)和產(chǎn)前基因診斷，減少病嬰出生[20]

。因此，實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法可用于產(chǎn)前監(jiān)測(cè)和產(chǎn)前基因診斷。

2.1.2

單核苷酸多態(tài)性（SNP）及突變分析

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism)主要是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性。實(shí)時(shí)熒光定量PCR一個(gè)誘人的應(yīng)用前景是用于檢測(cè)基因突變和基因組的不穩(wěn)定性[21]?；蛲蛔兊臋z測(cè)基于兩條探針，一條探針橫跨突變位點(diǎn)，另一條為錨定探針，與無(wú)突變位點(diǎn)的靶序列雜交。兩條探針用兩種不同的發(fā)光基團(tuán)標(biāo)記。如靶序列中無(wú)突變，探針雜交便完全配對(duì)，如有突變，則探針與靶序列不完全配對(duì)，會(huì)降低雜交體的穩(wěn)定性，從而降低其熔解溫度（Tm）。這樣便可對(duì)突變和多態(tài)性進(jìn)行分析。

2.1.3

轉(zhuǎn)基因研究

Tesson等確定了實(shí)時(shí)定量PCR的技術(shù)條件，利用兩種發(fā)光探針及適當(dāng)?shù)难h(huán)域值，擴(kuò)增一個(gè)轉(zhuǎn)移后的基因和一個(gè)對(duì)照基因，以分析轉(zhuǎn)基因鼠的接合性[22]。同型結(jié)合的和異質(zhì)接合的動(dòng)物交配后其子代中轉(zhuǎn)基因的傳遞情況符合孟德?tīng)栠z傳規(guī)律，通過(guò)實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)，該方法為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的同型結(jié)合及異質(zhì)接合提供了明確的鑒定結(jié)果。這項(xiàng)技術(shù)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物繁育及基因劑量功能效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中將有很大用途。

2.2 腫瘤的分子診斷

腫瘤的本質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)基因發(fā)生了變化，是一種多基因異常的疾病，這些異常變化用實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法都可以檢測(cè)出來(lái)。目前用此方法進(jìn)行過(guò)端粒酶hTERT基因、慢性粒細(xì)胞性白血病ER基因、腫瘤MDR1基因等，盡管腫瘤發(fā)病的分子機(jī)制尚未完全闡明，但相關(guān)基因的遺傳學(xué)改變的積累是致癌性轉(zhuǎn)變的根本原因之一已得到普遍承認(rèn)[23]。癌基因的突變和表達(dá)增加，在許多腫瘤早期就出現(xiàn)。實(shí)時(shí)熒光PCR技術(shù)不僅能有效地檢測(cè)到基因的突變，而且可以準(zhǔn)確檢測(cè)癌基因的表達(dá)量。如定量結(jié)直腸癌淋巴結(jié)的癌胚抗原(CEA)mRNA的表達(dá)量，可作為診斷癌癥微轉(zhuǎn)移的重要依據(jù)[24]。目前，腫瘤患者的生存期已有所延長(zhǎng)，但是緩解期的患者仍存在復(fù)發(fā)的危險(xiǎn)，因此，微小殘留病變的檢測(cè)對(duì)于進(jìn)一步調(diào)整治療方案至關(guān)重要。實(shí)時(shí)熒光PCR技術(shù)正成為檢測(cè)腫瘤微小殘留分子標(biāo)志的一種必備工具[25]。Eckert等提出采用實(shí)時(shí)熒光PCR技術(shù)檢測(cè)兒童急性淋巴細(xì)胞白血病微殘留病灶，對(duì)兒童急性白血病的治療有重要指導(dǎo)意義。

2.3 病原體的分子檢測(cè)

目前，用此方法還進(jìn)行了對(duì)人類結(jié)核桿菌、免疫缺陷病毒、肝炎病毒、流感病毒、巨細(xì)胞病毒、EB病毒等病原體的檢測(cè)[26]。同樣在國(guó)內(nèi)，2004年針對(duì)SARS流行性病的檢測(cè)和診斷使得熒光定量PCR技術(shù)得以應(yīng)用和發(fā)展。熒光定量PCR問(wèn)世后的幾年中，積累了大量有關(guān)病原體核酸量與感染性疾病發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后之間關(guān)系的資料，這些研究資料不斷豐富，將形成感染性疾病的臨床分子診斷標(biāo)準(zhǔn)。目前, 實(shí)時(shí)熒光PCR技術(shù)已應(yīng)用于肝病、性病以及人類免疫缺陷病毒（HIV）等各種病原體的臨床診斷，為實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確診斷提供了有效的檢測(cè)方法。

3.小結(jié)

時(shí)熒光定量PCR與其他一些技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，是今后發(fā)展的方向，如與高級(jí)微型解剖技術(shù)結(jié)合后，能提高形態(tài)學(xué)損傷所至低水平擴(kuò)增的檢測(cè)能力[ 27 ]、可定量分析石蠟包埋儲(chǔ)存樣本中的核酸[ 28]及少量細(xì)胞中的全部轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物[ 29 ]等。此外，微陣列實(shí)驗(yàn)中所選基因表達(dá)水平的測(cè)定仍需使用實(shí)時(shí)PCR技術(shù)[ 30 ,31 ]，利用該技術(shù)還可使等位基因特異表達(dá)分析以及生化武器證據(jù)甄別成為可能。

通過(guò)設(shè)計(jì)針對(duì)目的基因的特異性引物和探針，并優(yōu)化反應(yīng)體系和反應(yīng)循環(huán)參數(shù)，已成功地建立了快速、靈敏、特異的Q-PCR檢測(cè)方法?？蓪?shí)現(xiàn)大量樣本同時(shí)檢測(cè)，并節(jié)省大量試驗(yàn)時(shí)間和反應(yīng)成本，為基因定量檢測(cè)和準(zhǔn)確定量疾病相關(guān)基因的表達(dá)提供了有效的技術(shù)手段；同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)人類和動(dòng)物疾病的早期診斷與基因分期、分型，以及對(duì)人類腫瘤轉(zhuǎn)移的早期發(fā)現(xiàn)及預(yù)后判斷[32]。因此Q-PCR技術(shù)將成為未來(lái)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室必備的研究工具，在臨床上將有更加廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：基因工程課程論文

基因治療在傳染病防治中的應(yīng)用研究進(jìn)展

姓名（學(xué)號(hào)）（學(xué)校 郵編）

[摘要] 傳染病是目前人類所面臨的一類重大疾病，在某些疾病狀態(tài)下，人類還未尋找到理想的治療方法，如病毒感染等?，F(xiàn)代基因治療是一種應(yīng)用基因工程技術(shù)和分子遺傳學(xué)原理，對(duì)人類疾病進(jìn)行治療的新療法。主要是指對(duì)致病基因的修正和基因增強(qiáng)及采用外源性細(xì)胞因子基因、核酶、基因藥物進(jìn)行疾病治療的方法。經(jīng)過(guò)幾十多年的發(fā)展，技術(shù)逐步走向成熟，在傳染性疾病的防治中顯示了重大的臨床應(yīng)用前景。傳染性疾病的基因治療包括：基因疫苗、RNA干擾、胞內(nèi)抗體、淋巴基因表達(dá)等。

[關(guān)鍵詞] 基因疫苗 RNA干擾 胞內(nèi)抗體 淋巴基因表達(dá) 1.現(xiàn)狀

1.1 我國(guó)傳染病現(xiàn)狀 21世紀(jì)人類依然面臨著傳染病的挑戰(zhàn)首先，是新發(fā)傳染病的挑戰(zhàn)。就全球而言，艾滋病是當(dāng)前首惡，因其主要通過(guò)血液、吸毒、性行為傳播，潛伏期長(zhǎng)、隱襲性強(qiáng)、控制難度大；特別是婦女感染率高且可以垂直傳播，嚴(yán)重危害兒童的身體健康。由于其病毒極易發(fā)生變異，所以到目前為止疫苗仍在試驗(yàn)階段，缺乏理想的特效藥物，免疫損傷治療難度大，以致非洲個(gè)別國(guó)家感染人數(shù)達(dá)其全國(guó)人口的一半。我國(guó)2003年比2002年發(fā)病率上升44．39％，人類免疫缺陷病毒檢出率提高了55％。2004新年伊始在東北亞韓國(guó)、日本及東南亞越南、泰國(guó)、柬埔寨以及中國(guó)和美國(guó)部分地區(qū)禽流感暴發(fā)，導(dǎo)致大量家禽死亡，同時(shí)H5N1病毒在人群感染使20多人喪命，又一 次引起全球震驚。更有嚴(yán)重者，引起瘋牛病(在人類稱為克雅克病)的朊毒蛋白對(duì)煮沸等常用消毒方法不起作用，疾病潛伏期長(zhǎng)，病死率高達(dá)100％。這兩種傳染病不但對(duì)人類健康造成了威脅，而且給人的兩種主要食物—— 牛肉、禽肉的供應(yīng)造成困難。由于人與動(dòng)物關(guān)系的密切，氣候的變化，以及化學(xué)物質(zhì)的廣泛應(yīng)用，微生物發(fā)生變異導(dǎo)致新的傳染病，甚至恐怖主義制作生物武器，人類勢(shì)必將面臨更多的新的挑戰(zhàn)。其次，老的傳染病對(duì)人類健康的影響同樣不容忽視。以2002年為例，WHO統(tǒng)計(jì)全球發(fā)生各類傳染病共計(jì)356 824 000例次，占各病種總發(fā)病數(shù)的23．9％，位居第一，死亡共11 122 000例，占19．5％，僅次于心血管病?。這說(shuō)明就全球而言，特別是發(fā)展中國(guó)家，傳染病不可忽視。據(jù)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心報(bào)道，我國(guó)傳染病同年發(fā)病2 320 764例，死亡4520例，病死率0．0195％，均遠(yuǎn)低于全球平均水平。但近年除新發(fā)傳染病外，傳統(tǒng)性傳染病一些情況值得我們注意：(1)發(fā)病數(shù)和發(fā)病率：我國(guó)2002年全國(guó)傳染病報(bào)告發(fā)病數(shù)2 440 588例次，發(fā)病率比2001年下降了5．74％，而2003年發(fā)病數(shù)2 591 512例次，發(fā)病率比2002年上升5．45％。(2)死亡例數(shù)和病死率：從死亡人數(shù)看，2002年死亡4520例，比前一年死亡3576例增加了26．4％，且2003年比2002年同期又上升了17．43％，增加了1280例。2003年死亡人數(shù)中死于SARS者349例，狂犬病1980例，且后者比2002年增加821例，高于SARS。(3)病種分布：2002年和2003年發(fā)病數(shù)居前3位的均是病毒性肝炎、結(jié)核與細(xì)菌性痢疾，死亡人數(shù)居前3位的是狂犬病、肺結(jié)核及病毒性肝炎，其中乙型病毒性肝炎及結(jié)核無(wú)論發(fā)病率及死亡數(shù)均居前3位。乙型肝炎療效有限，加上慢性化、肝硬化及部分發(fā)生肝癌呈鏈?zhǔn)桨l(fā)展，危害人民健康。同樣，最老的傳染病結(jié)核主要由于耐藥增加近年全球復(fù)燃，我國(guó)亦面臨結(jié)核的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。2003年其余死亡數(shù)位居前 10位的其他傳染病還有新生兒破傷風(fēng)、艾滋病、乙型腦炎、SARS、細(xì)菌性痢疾、出血熱、流行性腦脊髓膜炎。其中除SARS及艾滋病外，均是老的傳染病控制不力出現(xiàn)反復(fù)。兒童傳染病死亡原因以破傷風(fēng)、中毒性菌痢、麻疹與流行性腦膜脊髓炎為主，說(shuō)明傳染病主要危害兒童的特點(diǎn)，影響了國(guó)家優(yōu)生優(yōu)育的大計(jì)。

1.2 基因治療研究現(xiàn)狀

1.2.1 多種疾病的基因治療 目前，基因治療的范圍已從過(guò)去罕見(jiàn)的單基因疾病擴(kuò)大至常見(jiàn)的單基因疾病和多基因疾病。遺傳性疾病的基因治療多數(shù)屬于單基因缺陷所引起的疾病的基因治療。Fang等以腺病毒為載體，靶向肝細(xì)胞對(duì)苯丙氨酸羥化酶(PAH)缺陷癥小鼠模型進(jìn)行了研究，結(jié)果表明小鼠的傷寒表型癥狀得到明顯改善。而un等則通過(guò)反轉(zhuǎn)錄狀病童T淋巴細(xì)胞中苯丙氨酸羥化酶(PAH)活性的改變狀況。惡性腫瘤的基因治療已進(jìn)行了大量的預(yù)備性實(shí)驗(yàn)，美國(guó)科學(xué)家構(gòu)建了重組的TIL(腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞)，能表達(dá)100倍于正常水平的TNF并應(yīng)用于黑色素瘤的臨床治療。另外，用表達(dá)IL-

2、IFN．2和IL廣1的TIL治療神經(jīng)母細(xì)胞瘤及白等的研究工作也已見(jiàn)報(bào)道；還有應(yīng)用反轉(zhuǎn)錄病毒將毒素基因(蓖麻毒素和脊髓灰質(zhì)炎病毒素中所含的一種蛋白酶的基因)導(dǎo)人癌細(xì)胞內(nèi)，只在靶細(xì)胞內(nèi)表達(dá)毒素并發(fā)揮殺傷作用，但對(duì)其他細(xì)胞毒性較低。對(duì)于艾滋病等傳染類基因疾病，有研究將HIV LTR3’、5’寡腺苷酸合成酶雜合基因轉(zhuǎn)染HeLa．T4+細(xì)胞。結(jié)果表明：經(jīng)修飾的帶有CD4受體的細(xì)胞具有抗HIV感染的作用。還有將編碼可使艾滋病毒HIV RNA降解的核酶基因轉(zhuǎn)染人淋巴細(xì)胞，從而抑制HIV的傳播。

1.2.2 多種藥物的基因治療隨著對(duì)基因治療機(jī)制本身的不斷深人探討，用于基因治療的藥物形式也不斷創(chuàng)新?；谌淒NA形成脫氧寡核苷酸('rro)[3]的反基因技術(shù)能夠通過(guò)阻止基因轉(zhuǎn)錄和DNA復(fù)制而達(dá)到治療目的。Cohen等曾用此技術(shù)抑制淋巴瘤的bc1．2基因，而Noonberg等以此對(duì)乳腺癌的HER2基因進(jìn)行了相應(yīng)的探索?；蛑委煆膫鹘y(tǒng)意義上的DNA治療擴(kuò)展至RNA水平。有治療作用的目的基因的mRNA已用作體內(nèi)、體外基因治療的研究。Nair等Is J從腫瘤細(xì)胞或活組織分離出mRNA，以其對(duì)自身提呈抗原的樹(shù)突細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染，最終表達(dá)出了初始癌抗原(CEA)一T淋巴細(xì)胞特異性細(xì)胞毒素。Thierry等采用體外轉(zhuǎn)錄的方式，以GFP為報(bào)告基因，研究了mRNA在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)、鼠黑色素瘤細(xì)胞B16．F10、人海拉細(xì)胞(子宮頸癌組織細(xì)胞株HeLa)、鼠成纖維細(xì)胞Ratl等不同細(xì)胞系中的表達(dá)狀況，同時(shí)還探討了不同轉(zhuǎn)染試劑對(duì)轉(zhuǎn)染效果的影響，并以蜂毒素肽介導(dǎo)并提高了mRNA的轉(zhuǎn)染效率。1.2.3 多種途徑的基因治療在探討不同疾病的發(fā)病機(jī)制、嘗試不同基因藥物，進(jìn)行基因治療的同時(shí)，有研究者對(duì)基因治療的新方法新途徑進(jìn)行了大膽的探索。斯坦福大學(xué)研究組采用轉(zhuǎn)座子作為基因載體，在患有血友病的小鼠模型上，將來(lái)自魚(yú)的一種編碼轉(zhuǎn)座酶的基因與宿主染色體上的凝血因子Ⅸ 基因相連接，使小鼠的血液凝結(jié)狀況大大改善?；驑尫ū蛔C明能夠介導(dǎo)外源基因快速進(jìn)人靶器官。Takuji等利用基因槍將成骨蛋白．1基因轉(zhuǎn)入椎間盤細(xì)胞中并使其獲得有效表達(dá)。Weiss等利用基因槍將包裹的細(xì)菌疏螺旋體OspC蛋白基因打人Balb／c小鼠體內(nèi)，介導(dǎo)了Th2反應(yīng)，并與注射方式進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)基因槍只介導(dǎo)Th2反應(yīng)而非Thl反應(yīng)的原因并非是由于相比注射方式其所輸送的DNA數(shù)量太少，于CpG的臨界濃度所致。利用消化道大量的黏膜表面以及其中所含有豐富的免疫介導(dǎo)組織，以口服的方式將具有治療或免疫作用的目的基因1199運(yùn)送到靶器官已成為基因治療領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在以腺病毒為載體對(duì)腸上皮細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究中，During等Luj將帶有l(wèi)acZ基因的 腺伴隨病毒口服給乳糖不耐癥的小鼠模型，在祖干細(xì)胞、腸道細(xì)胞、固有膜細(xì)胞中，外源基因的表達(dá)可持續(xù)六個(gè)月。MacLaughlin等用殼聚糖作為運(yùn)送報(bào)告基因(編碼氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶基因)的載體，經(jīng)消化道后在體內(nèi)得到表達(dá)。另外，Sizemore等發(fā)現(xiàn)當(dāng)減毒的志賀氏菌進(jìn)人細(xì)胞傳遞質(zhì)粒后，質(zhì)粒編碼的B半乳糖苷酶引起黏膜免疫。Ayub等用減毒的沙門氏菌為載體，攜帶李斯特病菌的單細(xì)胞基因毒力因子，對(duì)小鼠管飼后發(fā)現(xiàn)明顯的細(xì)胞毒性及輔助T細(xì)胞反應(yīng)，同時(shí)也檢測(cè)到特異性抗體的產(chǎn)生[4]。

2.基因治療的方法

2.1 基因疫苗

基因疫苗及DNA疫苗是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的第3代疫苗。其原理是將編碼病原體抗原的基因分離純化，克隆至真核細(xì)胞表達(dá)質(zhì)粒載體，經(jīng)皮下、肌肉注射或口服等方式進(jìn)入機(jī)體，基因在體內(nèi)表達(dá)相對(duì)應(yīng)抗原并刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答，從而使機(jī)體獲得針對(duì)病原微生物、病毒的特異性抵抗能力，達(dá)到預(yù)防和治療傳染病的目的。與傳統(tǒng)的第1代疫苗一減毒、脫毒病原微生物成分及第2代疫苗一基因工程蛋白多肽相比，基因疫苗具有能把抗原以自然狀態(tài)形式提供給機(jī)體、保護(hù)力強(qiáng)、無(wú)毒力回復(fù)并對(duì)不同亞型病原體產(chǎn)生交叉抵抗、易于制備和聯(lián)合接種、生產(chǎn)成本低、易于保存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，已成為具有廣泛應(yīng)用前景的新型生物技術(shù)。它不僅可用來(lái)預(yù)防和治療細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)等傳染性疾病，而且在腫瘤、自身免疫性疾病的治療中具有重要的價(jià)值。DNA疫苗是利用分子生物學(xué)技術(shù)，根據(jù)編碼抗原堿基序列，設(shè)計(jì)并合成特異性引物，用RT—PCR方法從病原微生物RNA分離純化抗原基因，再通過(guò)限制性內(nèi)切酶方法將DNA克隆至真核細(xì)胞表達(dá)質(zhì)粒載體。通過(guò)特定的方法將質(zhì)粒載體制備成注射制劑或口服制劑。當(dāng)這 種制劑進(jìn)入機(jī)體后通過(guò)載體的作用，DNA可進(jìn)入機(jī)體細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。病原抗原滯留于細(xì)胞內(nèi)或分泌到細(xì)胞外，滯留于細(xì)胞內(nèi)的抗原可特異性活化CD8+ Tc細(xì)胞，分泌到細(xì)胞外的抗原可活化CD4+ Th細(xì)胞或刺激B細(xì)胞產(chǎn)生抗體。因此，DNA疫苗不僅可誘導(dǎo)體液免疫，還可誘導(dǎo)細(xì)胞免疫，比傳統(tǒng)疫苗只誘導(dǎo)體液免疫具有顯著的優(yōu)越性。

2.2 RNA干擾 RNA干擾主要是利用雙鏈RNA在mRNA水平關(guān)閉特異序列基因表達(dá)或使其沉默的過(guò)程，又稱轉(zhuǎn)錄后基因沉默(post—transcriptional gene silencing．PT—GS)，能特異性使外源性入侵基因沉默。RNA干擾最早在植物和線蟲(chóng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是它們抵抗病毒感染的一種天然免疫防御機(jī)制。目前普遍認(rèn)為其機(jī)制是核糖核酸酶首先將雙鏈RNA切割成21～23個(gè)核苷酸的片段，然后酶又與片段結(jié)合，由這些片段將酶引導(dǎo)至特異的mRNA上，從而降解mRNA，使特異基因沉默，抑制基因表達(dá)[1]。

2.3 胞內(nèi)抗體

胞內(nèi)抗體是一種基因工程抗體。其方法是采用分子生物學(xué)手段，從免疫脾細(xì)胞或雜交瘤細(xì)胞分離純化抗體VH和VL基因片段。再通過(guò)特定的連接肽將VH和VL連接起來(lái)，構(gòu)建單鏈抗體(ScFv)基因，并在基因上加上細(xì)胞滯留信號(hào)序列，將該基因克隆至真核細(xì)胞表達(dá)質(zhì)粒載體，通過(guò)特定的方法將質(zhì)粒載體制備成注射制劑或口服制劑。當(dāng)這種制劑進(jìn)入機(jī)體后通過(guò)載體的作用，DNA可進(jìn)入機(jī)體細(xì)胞，表達(dá)單鏈抗體定向分布于細(xì)胞的核、胞漿或特定細(xì)胞器中與病毒蛋白結(jié)合，干擾病毒蛋白的分泌、加工和活性，從而阻止病毒復(fù)制和病毒顆粒組裝釋放[1]。

2.4淋巴因子轉(zhuǎn)基因表達(dá)

淋巴因子在傳染病治療中具有十分重要的作用和廣泛的應(yīng)用前景。其中的干擾素（IFN）已成為目前抗肝炎病毒治療唯一公認(rèn)有效的基因工程藥物。利用淋巴基因表達(dá)進(jìn)行傳染病的基因治療研

[1]究，是基因治療在傳染病中的一個(gè)重要應(yīng)用和重要的研究方向[2]。2.5 反義RNA 彭國(guó)平[5]綜述中談到HBV、HCV是引起慢性肝炎以及肝硬化、肝細(xì)胞肝癌等相關(guān)疾病的重要病原體，而有效防治此類肝病的關(guān)鍵在于抗病毒，反義核酸技術(shù)最早是人工合成或生物合成特定互補(bǔ)的DNA或RNA 序列導(dǎo)入靶細(xì)胞，形成mRNA—DNA 或mRNA—RNA雜交雙鏈，從而抑制或封閉靶基因表達(dá)，達(dá)到基因控制和治療的目的[5]。

3.基因治療在傳染病防治中的應(yīng)用

3.1 DNA疫苗

乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)基因疫苗在國(guó)外已進(jìn)入I期臨床實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果顯示：該疫苗可在體內(nèi)有效表達(dá)HBsAg，并可誘導(dǎo)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，產(chǎn)生高效價(jià)抗體，同時(shí)，志愿者對(duì)疫苗具有良好的耐受性。我國(guó)科學(xué)家將S抗原基因與IL一

2、INF基因連接在同一載體上，構(gòu)建融合基因給健康小鼠、HBV轉(zhuǎn)基因小鼠使用后，發(fā)現(xiàn)CTL活性顯著升高，HBsAg特異T細(xì)胞增殖能力顯著高于對(duì)照組，血清抗HBs抗體顯著升高。HIV一1基因疫苗在動(dòng)物體內(nèi)可產(chǎn)生有效的免疫應(yīng)答，減少病毒顆粒釋放和對(duì)T細(xì)胞的損害，在人體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)證明它可有效誘導(dǎo)抗HIV抗體產(chǎn)生。沙眼衣原體MOMP—DNA疫苗給小鼠免疫后可有效誘導(dǎo)抗體產(chǎn)生，其效價(jià)高達(dá)1: 1250，脾細(xì)胞對(duì)衣原體的刺激指數(shù)顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明該基因疫苗不僅誘導(dǎo)了體液免疫，同時(shí)還誘導(dǎo)了細(xì)胞免疫[1]。

3.2 RNA干擾(RNAi)近年來(lái)隨著對(duì)RNA干擾研究的深入，一種能在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中抑制特異基因表達(dá)、只有21個(gè)核苷酸的小干擾雙鏈RNA(small interfering RNA，siRNA)被發(fā)現(xiàn)。將特異的siRNA通過(guò)陽(yáng)離子脂質(zhì)體轉(zhuǎn)入Hela細(xì)胞和人胚腎293細(xì)胞等不同哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，獲得了可重復(fù)的序列 特異的RNA干擾，而將長(zhǎng)序列的雙鏈RNA轉(zhuǎn)入則出現(xiàn)了非特異抑制。這些研究成果為RNA干擾的研制提供了前提。Randall等人發(fā)現(xiàn)HCV特異的siRNA可抑制AC和Huh一7肝細(xì)胞株中HCV復(fù)制，清除細(xì)胞內(nèi)HCV病毒[1]。3.3 胞內(nèi)抗體

在傳染性疾病，尤其是病毒感染中的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注?？笻IV結(jié)構(gòu)和功能蛋白scFv基因?qū)際IV感染的淋巴細(xì)胞后能干擾HIV病毒轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，而對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和CD4表達(dá)無(wú)影響，將其導(dǎo)入表達(dá)有CD4和CCR的人骨肉瘤細(xì)胞，可抵抗HIV的感染?？笻IV逆轉(zhuǎn)錄酶和抗整合酶的胞內(nèi)抗體可抑制酶活性，減少病毒復(fù)制?？笴CR5和CD4的胞內(nèi)抗體可抑制CCR5和CD4的表達(dá)并防止HIV感染?？笻CV外膜蛋白E2的胞內(nèi)抗體能抑制病毒與靶細(xì)胞結(jié)合，發(fā)揮治療作用?？笻CV核心抗原的ScFv能抑制核心蛋白功能和HCV的裝配。我國(guó)研究者成軍等人報(bào)道：將抗HBV核心抗原SeFv基因克隆至逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，構(gòu)建的重組逆轉(zhuǎn)錄病毒感染2 215細(xì)胞后能有效抑制Ⅶ 和HBsAg的表達(dá)。

3.4 干擾素的基因轉(zhuǎn)移與表達(dá)

Seif等將小鼠的干擾素β（IFNβ）的基因置于主要組織相容性復(fù)合體（MHC）的啟動(dòng)子序列的控制之下，構(gòu)建重組表達(dá)載體，轉(zhuǎn)染Babl/c小鼠的成纖維細(xì)胞系NIH3T3，得到了持續(xù)的IFNβ的表達(dá)。表達(dá)IFNβ的細(xì)胞系，對(duì)濾泡口炎病毒（VSV），腦心肌炎病毒（EMCV）和塞姆利基森林病毒（Semliki forest virus）的復(fù)制和表達(dá)均有明顯的抑制作用。并發(fā)現(xiàn)持續(xù)低水平的IFNβ的分泌表達(dá)，就可以使這一細(xì)胞系產(chǎn)生明顯的抗病毒狀態(tài)。然而，用等量的外源重組的IFNβ則無(wú)此效果。而且，加入相應(yīng)的IFNβ的單克隆抗體并不能阻斷這種轉(zhuǎn)導(dǎo)的細(xì)胞系對(duì)上述三種病毒的抑制效應(yīng)。因此認(rèn)為，此細(xì)胞系的抗病毒狀態(tài)的產(chǎn)生，除了和分泌型IFNβ的表達(dá)有關(guān)以外，還有可能存在其它的作用方式。另外，Bednarik

[1]等將人的α2干擾素（IFNα2）的基因重組到人免疫缺陷病毒（HIV）的長(zhǎng)未端重復(fù)序列（LTR）中的啟動(dòng)子下游，轉(zhuǎn)入非洲綠腎細(xì)胞系中，IFNα2的分泌表達(dá)水平持續(xù)在50~150u/ml之間。這一低水平的IFNα2的表達(dá)完全可以抑制HIV的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。同樣地也發(fā)現(xiàn)就用相應(yīng)水平的外源重組的IFNα2也無(wú)此效果。而且IFNα2的單抗也不能阻斷IFNα2的抗病毒作用。這一差別的原因，作者認(rèn)為體內(nèi)產(chǎn)生的IFNα2與體外重組的IFNα2的抗病毒機(jī)理不同。外源重組的IFNα2的抗病毒機(jī)理，是抑制HIV的成熟和裝配過(guò)程，而內(nèi)源表達(dá)的IFNα2的抗病毒作用，似乎是主要作用在轉(zhuǎn)錄水平以及HIV mRNA的穩(wěn)定性等方面[2]。問(wèn)題與展望

基因治療在染性疾病的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)生物治療中均顯示了療效。尤其是基因疫苗對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用已得到了公認(rèn)，但其真正進(jìn)入臨床廣泛應(yīng)用尚有一段距離。還有許多問(wèn)題須要進(jìn)一步的驗(yàn)證： 4.1 基因疫苗編碼抗原的表達(dá)問(wèn)題。基因疫苗使用時(shí)進(jìn)入機(jī)體的是一段DNA片段，其作用的發(fā)揮須要DNA在細(xì)胞內(nèi)有效轉(zhuǎn)錄和翻譯成相應(yīng)的蛋白，如何能使DNA高效率進(jìn)入機(jī)體細(xì)胞并得到高效轉(zhuǎn)錄和翻譯；

4.2 DNA疫苗目前的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示其免疫效果存在較大的個(gè)體差異，總的來(lái)看其免疫原性不高

4.3 RNA干擾目前雖然是一個(gè)研究熱點(diǎn)，但其研究工作才起步，其導(dǎo)人體內(nèi)的方法、穩(wěn)定性等問(wèn)題還需要解決；

4.4 基因治療的安全性問(wèn)題，尤其是選用的載體對(duì)機(jī)體的影響還須要進(jìn)一步證實(shí)，這一問(wèn)題在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法解決。4.5 倫理道德方面的爭(zhēng)論也是影響因素之一。4.6 基因轉(zhuǎn)移中的副作用和抗體形成問(wèn)題。

雖然基因治療還存在如此諸多問(wèn)題，但它的理論基礎(chǔ)和強(qiáng)大生命力是顯而易見(jiàn)的。經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的發(fā)展，基因治療的研究已逐步從理論走向了臨床的實(shí)驗(yàn)，人們已獲得了不少寶貴的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，隨著分子生物學(xué)、免疫學(xué)的發(fā)展，人類及細(xì)菌、病毒等基因組測(cè)序的完成，為進(jìn)一步發(fā)展和完善基因治療奠定了良好的基礎(chǔ)，相信不久的將來(lái)，基因治療將在傳染性疾病的預(yù)防和治療中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

1.顏漫江.基因治療在傳染病防治中的應(yīng)用研究進(jìn)展，傳染病信息2004，17（1）：14-15.2.http://004km.cn/list6.asp?class=683 3.姜素椿.我國(guó)傳染病的現(xiàn)狀與思考，中華內(nèi)科雜志2004年7月，43（7）：481-482 4.王弘?；蛑委煱l(fā)展研究現(xiàn)狀，實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志2004，20（10）：1199。5.彭國(guó)平.反義RNA應(yīng)用于抗HBV、HCV 肝炎病毒的研究進(jìn)展，國(guó)外醫(yī)學(xué)病毒學(xué)分冊(cè)2005，8，12（4）：114-116.10

第四篇：動(dòng)物基因工程課程論文

青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物基因工程課程論文

題 目：

核酸分子雜交技術(shù)

姓 名：

學(xué) 院： 動(dòng)物科技學(xué)院 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)：

任課教師： 閔令江

二〇一二年四月二十日

…1…

核酸分子雜交技術(shù)

閔令江

閔令江

摘要：核酸分子雜交是核酸研究中一項(xiàng)最基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其基本原理就是應(yīng)用核酸分子的變性和復(fù)性的性質(zhì)，使來(lái)源不同的DNA(RNA)片段按堿基互補(bǔ)關(guān)系形成雜交雙鏈分子。雜交雙鏈可以在DNA鏈和DNA鏈之間，也可以在RNA鏈和DNA鏈之間形成。雜交的實(shí)質(zhì)就是在一定條件下使互補(bǔ)的核酸鏈實(shí)現(xiàn)復(fù)性，使雙螺旋解開(kāi)成為單鏈。變性指核酸雙螺旋區(qū)的氫鍵斷裂，變成單鏈的無(wú)規(guī)則線團(tuán)，使核酸的某些光學(xué)性質(zhì)和流體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，有時(shí)部分或全部生物活性喪失，并不涉及共價(jià)鍵的斷裂。復(fù)性指變性DNA在適當(dāng)條件下，兩條彼此分開(kāi)的鏈重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程。核酸分子雜交具有靈敏度高、特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，主要用于DNA或RAN的定性、定量檢測(cè)。該技術(shù)已取得巨大突破，在醫(yī)學(xué)診斷中應(yīng)用廣泛，而且DNA芯片技術(shù)已取得顯著成就。

關(guān)鍵詞：核酸分子

雜交

變性

復(fù)性

應(yīng)用+

…2…

Nucleic acid member hybrid technology

majoring in Animal Medicine

Name GaoZhiCan

MiLingJiang

MiLingJiang Abstract: Nucleic acid hybridization in nucleic acids research is one of the most basic experimental technique, its basic principle is the application of nucleic acid denaturation and refolding of the nature, sources of DNA(RNA)fragment bases complementary relationship forming hybrid double-stranded molecules.Hybrids between double-stranded DNA DNA chain and chain, can also be formed between the DNA and RNA chains chains.Nature of the hybrid is the complementary nucleic acid chain under certain conditions of realization of complex, make double helix solved a single chain.Modified double helix of nucleic acids hydrogen bonds break, into a single chain of random coil so changed for some optical properties and fluid mechanics properties of nucleic acid, sometimes partial or total loss of biological activity, does not involve the breaking of covalent bond.Refolding of denatured DNA under appropriate conditions, two separate chains of association become the double-helix structure of process again.Nucleic acid hybridization with high sensitivity, specificity, and other advantages, mainly for qualitative and quantitative detection of DNA or RAN.The technology have made great breakthrough, widely used in medical diagnosis and DNA Microarray Technology has made remarkable achievements.Key words: Nucleic acid molecules Hybrid Degeneration Renaturation Application

…3…

引言

1961年Hall開(kāi)拓了液相核酸雜交技術(shù)的研究，自此以后，由于分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是20世紀(jì)70年代末到80年代初，分子克隆技術(shù)的出現(xiàn)、質(zhì)粒和噬菌體DNA的構(gòu)建成功、核酸自動(dòng)合成儀的誕生，大大核酸探針的來(lái)源，新的核酸分子雜交類型和方法不斷涌現(xiàn)。按其作用方式可大致分為固相雜交和液相雜交兩種：液相雜交是指參加反應(yīng)的兩條核酸鏈都游離在溶液中，而固相雜交是將參加反應(yīng)的一條核酸鏈固定在固體支持物的支持物上，另一條參加反應(yīng)的核酸鏈則游離在溶液中。

常用的固相雜交類型有菌落原位雜交、斑點(diǎn)雜交、Southern印跡雜交、Northern印跡雜交和組織原位雜交。液相分子雜交技術(shù)包括吸附雜交、發(fā)光液相雜交、液相夾心雜交和復(fù)性速率液相分子雜交等。液相雜交是一種研究最早且技術(shù)較復(fù)雜的雜交類型，不如固相雜交那樣應(yīng)用普遍，主要是因?yàn)殡s交后過(guò)量的未雜交探針在溶液中除去較為困難和誤差較高。因此在此主要介紹固相分子雜交類型及其應(yīng)用。

一、斑點(diǎn)雜交

1、概述

斑點(diǎn)雜交首先由Kafatos等發(fā)展起來(lái)，用于在同一固相支持物上固定幾種核酸樣品，然后用合適的探針與已固定的樣品雜交，并由此判斷靶序列的濃度。通過(guò)估計(jì)樣品點(diǎn)發(fā)射出的信號(hào)的強(qiáng)度，與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)品信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行比較，確定待測(cè)樣品中靶序列的量。

斑點(diǎn)雜交的原理是將DNA或RNA變性后直接點(diǎn)樣吸附于固相支持濾膜上，即印跡之后，膜作變性和中和處理，用UV照射尼龍膜或用烘烤法處理纖維素膜，將DNA固定。然后用標(biāo)記探針與之雜交，洗滌去除未反應(yīng)的探針，采用放射自顯影或顯色反應(yīng)檢測(cè)顯示雜交信號(hào)，分析結(jié)果。將核酸樣品點(diǎn)種于固相支持濾膜上，可采用手工直接點(diǎn)樣或采用真空抽濾加樣器。后者點(diǎn)樣準(zhǔn)確方便。

2、雜交方法【1】（1）、材料

20×SSC,甲醛，去離子甲酰胺。10%SDS,20×Denhardt液，1mol/L磷酸一氫 …4…

鈉（PH7.0）,底物緩沖液，親和素-堿性磷酸酶，5-溴-4-氫-3-吲哚乙酸，淡藍(lán)四唑等。其他還有恒溫水浴鍋、同位素探測(cè)儀、自動(dòng)光密度掃描儀、真空抽濾加樣器、恒溫?fù)u床、移液器、印跡等。（2）、操作步驟和方法

①樣膜的制備

a.核酸樣品的預(yù)變性 所取DNA及RNA樣品的量視情況而定，一般可加10～20ug.b.尼龍膜的預(yù)處理 c.點(diǎn)樣 d.固定

②預(yù)雜交

③雜交 a.配制雜交液 b.探針變性 c.雜交

④洗膜

⑤放射自顯影

⑥結(jié)果觀察

根據(jù)曝光點(diǎn)的有無(wú)、強(qiáng)弱，可以判定目的基因的有無(wú)及用量的多少。利用自動(dòng)灰度掃描儀掃描曝光點(diǎn)，計(jì)算光密度值，可以進(jìn)行半定量分析。對(duì)光敏生物素標(biāo)記DNA探針的斑點(diǎn)雜交，出現(xiàn)藍(lán)紫色斑點(diǎn)者為陽(yáng)性，未著色者為隱性。根據(jù)著色的深淺可以判定目的基因的多少。（3）、注意事項(xiàng)

①DNA的變性 斑點(diǎn)印跡的關(guān)鍵是DNA在轉(zhuǎn)錄后要完全變性，至少所有樣品的變性程度要一致。

②DNA樣品的純度 用Southern轉(zhuǎn)移時(shí)，電泳步驟有利于把雜質(zhì)分出去，剩下要轉(zhuǎn)移的DNA就比較干凈。

③固相支持膜的選擇 理想的膜應(yīng)符合以下要求：a.具有較強(qiáng)的結(jié)合核酸分子的能力；b.與核酸分子的結(jié)合穩(wěn)定牢固；c.與核酸分子結(jié)合后，應(yīng)不影響其與探針?lè)肿拥碾s交反應(yīng)；d.非特異性吸附少；d.具有良好的機(jī)械性能。（4）、斑點(diǎn)雜交的應(yīng)用 【2】

…5…

現(xiàn)在已有眾多學(xué)者應(yīng)用該方法進(jìn)行分支桿菌及其他病原菌的檢測(cè)和種屬鑒定，均取得了較敏感的檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)應(yīng)用該方法檢測(cè)序列變異時(shí)，若靶序列內(nèi)存在突變，則其擴(kuò)增產(chǎn)物在嚴(yán)格的條件下無(wú)法與探針雜交，無(wú)雜交信號(hào)就表示目的基因存在突變。近年來(lái)研究應(yīng)用于單個(gè)堿基突變基因的診斷方法，其最大的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)便、快速而分辨率高。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行一個(gè)標(biāo)本的基因分型只需1次雜交即可完成配合快速的DNA提取方法及電腦分析軟件得出，可以在一個(gè)工作日內(nèi)完成所需的分型工作。

二、Southern印跡雜交

1、Southern印跡雜交的基本原理【3】

Southern印跡雜交指將經(jīng)凝膠電泳分離的DNA片段轉(zhuǎn)移到合適的固相支持物上，再通過(guò)特異性的探針雜交來(lái)檢測(cè)被轉(zhuǎn)移的DNA片段的一種技術(shù)。其基本過(guò)程包括：樣品DNA的限制性內(nèi)切酶水解，水解片段的瓊脂糖凝膠電泳分離，分離后水解片段的轉(zhuǎn)移，特異性的DNA片段的分子雜交，探針在雜交前用放射性標(biāo)記或酶學(xué)標(biāo)記，最后采用放射自顯影或化學(xué)發(fā)光法進(jìn)行檢測(cè)。

2、Southern印跡法的基本過(guò)程【4】（1）、DNA樣品的酶切和電泳

a.用適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切酶消化基因組DNA樣品；b.瓊脂糖凝膠電泳（2）、準(zhǔn)備用于轉(zhuǎn)移的凝膠

（3）、DNA從瓊脂糖凝膠轉(zhuǎn)移到固相支持物

a.緩沖液的配制；b.準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移用膜；c.固定DNA于膜上

（4）、探針標(biāo)記（5）、雜交

a.緩沖液及溶液

磷酸-SDS洗液Ⅰ

SDS洗液Ⅱ

預(yù)雜交/雜交液；b.預(yù)雜交；c.雜交（6）、洗膜

取出NC膜，在2×SSC溶液中漂洗5min，然后按照下列條件洗膜：

2×SSC/0.1%SDS,42攝氏度，10min

1×SSC/0.1%SDS,42攝氏度，10min

0.5×SSC/0.1%SDS,42攝氏度，10min

0.2×SSC/0.1%SDS,56攝氏度，10min …6…

0.1×SSC/0.1%SDS,56攝氏度，10min 實(shí)踐證明，當(dāng)放射強(qiáng)度指示數(shù)值較環(huán)境背景高1～2倍時(shí)，是洗膜的終止點(diǎn)。上述洗膜過(guò)程中無(wú)論哪一步到達(dá)終點(diǎn)。都必須停止洗膜。（7）、雜交結(jié)果的檢測(cè)

a.放射性核酸標(biāo)記探針的檢測(cè)

洗膜結(jié)束后，將洗完的膜浸入2×SSC中2min，取出膜，用濾紙吸干膜表面的水分，并用保鮮膜包裹。將膜正面向上，放入暗箱中，經(jīng)磷鎢酸鈣增感屏前屏置于濾膜下，光面向上。在暗室的紅光下，將兩張X射線膠片壓在雜交膜上，再壓上增感屏后屏，光面向X射線膠片。合上暗盒，置-70攝氏度低溫冰箱中曝光。根據(jù)放射性的強(qiáng)度曝光一定時(shí)間后，在暗箱中去除X射線膠片，顯影、定影，一般用1～3天時(shí)間。洗片時(shí)，先洗一張X射線膠片，若感光偏弱，則多加兩天曝光時(shí)間，再洗第二張片子。b.非放射性核酸標(biāo)記探針的檢測(cè)（8）、雜交膜的重復(fù)使用

將結(jié)合有探針的雜交膜浸入大量的洗脫液中，75攝氏度下溫育2h或在含有50%的甲酰胺與2×SSPE的溶液中于65攝氏度下保溫1h.然后取出雜交膜，在室溫下用0.1%×SSPE短暫漂洗，再將雜交膜置于紙巾上。除去大部分液體。用保鮮膜包裹。置暗箱中進(jìn)行放射自顯影，以檢查是否所有探針已被除去，如果沒(méi)有雜交信號(hào)，說(shuō)明探針已被洗脫干凈，可以用于第二輪雜交或干燥后保存?zhèn)溆?。?）、注意事項(xiàng)

a.雜交膜只能用干凈的平頭鑷子接觸，不可接觸手指，否則將造成背景問(wèn)題。b.電泳結(jié)束后，應(yīng)該確定酶切是否完全、電泳分離效果是否良好、DNA樣品有無(wú)降解等。

c.硝酸纖維素膜只能通過(guò)徹底干燥來(lái)進(jìn)行固定，干燥后核酸與硝酸纖維素膜通過(guò)疏水相互作用力結(jié)合在一起，相互之間的結(jié)合力較弱。d.雜交體系的體積越小，效果越好。

e.雜交膜上出現(xiàn)斑點(diǎn)可能是由于封閉液中封閉劑濃度過(guò)低或封閉緩沖液配制時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能封閉雜交膜上的非特異性位點(diǎn)。

f.采用毛細(xì)管轉(zhuǎn)移法進(jìn)行核酸轉(zhuǎn)移時(shí)，用prarfilm膜圍繞凝膠周邊，但不是覆蓋凝膠，依次作為屏障，阻止液體自流池直接流至凝膠上方的紙巾層中，紙巾對(duì)方不整齊容易從凝膠的邊緣垂下并與平臺(tái)接觸，這種液流的短路是導(dǎo)致凝膠中核酸轉(zhuǎn) …7…

移效率下降的主要原因。

3、Southern雜交的應(yīng)用進(jìn)展【5】

不同個(gè)體在DNA結(jié)構(gòu)上存在著差異，在不編碼蛋白質(zhì)的區(qū)域及沒(méi)有重要調(diào)節(jié)功能的區(qū)域，DNA結(jié)構(gòu)的個(gè)體差異更為明顯?；蚪M中一個(gè)特定的基因座位若存在兩種或兩種以上的狀態(tài)，而且其中任何一個(gè)等位基因在人群中的頻率不低于10%，這一現(xiàn)象稱為多態(tài)性。DNA多態(tài)性本質(zhì)上是染色體DNA中核苷酸數(shù)目或排列順序的個(gè)體差異。

（1）、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RELP）

這種在同種生物不同個(gè)體間出現(xiàn)不同長(zhǎng)度限制性片段的類型，稱為限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RELP）。RELP具有極廣泛的用途，利用廣泛分布的RELP作為遺傳標(biāo)記可以稱為對(duì)人類基因組制圖的基礎(chǔ)。當(dāng)多態(tài)性順序與人類遺傳病基因位點(diǎn)相連鎖時(shí)，可以作為遺傳缺陷的產(chǎn)前診斷或鑒別雜合子攜帶者的標(biāo)記，以及用于親子鑒定和群體研究等。主要方面包括：①生物體基因分型、分亞型；②癌基因分析；③遺傳病的診斷④HLA分型及遺傳結(jié)構(gòu)分析。（2）、可變串聯(lián)重復(fù)多態(tài)性（VNTR）

人類基因組含有一些DNA重復(fù)序列家族，有些重復(fù)序列分散在基因組中，有些是以一系列短的串聯(lián)重復(fù)序列組成高變區(qū)，其串聯(lián)；串聯(lián)重復(fù)序列拷貝數(shù)可以相差很多，即出現(xiàn)可變數(shù)的串聯(lián)重復(fù)，因而高變區(qū)的長(zhǎng)度變化很大，使高變區(qū)兩側(cè)限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)的固定位置隨高變區(qū)的大小變化而發(fā)生相對(duì)位移，造成RELP,稱為VNTR多態(tài)性。

迄今為止，VNTR的研究方法主要有四種：DNA指紋圖譜法、VNTR-RELP分析法、模板PCR擴(kuò)增后的RELP或寡核苷酸探針（ASO）檢測(cè)法以及PCR擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性分析法。（3）、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(AELP)該法的分辨率、靈敏度明顯高于瓊脂糖凝膠電泳、放射性自顯影的方法，并且操作時(shí)間短，一般2h即可完成。他幾乎克服了Southern印跡雜交技術(shù)中的所有缺點(diǎn)，使VNTR在瓊脂糖電泳中連續(xù)分布的等為基因片段變成單獨(dú)分離的片段，使原來(lái)無(wú)法用Hardy-weinberg公式進(jìn)行計(jì)算的基因頻率估計(jì)稱為可能。因此，該技術(shù)在遺傳病診斷、基因定位，尤其是法醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用日益廣泛。

三、Northern印跡雜交

…8…

1、Northern印跡雜交的基本原理【6】

與Southern雜交相似，Northern雜交也采用瓊脂糖凝膠電泳，將分子量大小不同的RNA分離開(kāi)來(lái)，隨后將其原位轉(zhuǎn)移至固相支持物上，再用放射性標(biāo)記的DNA探針或RNA探針，依據(jù)其同源性進(jìn)行雜交，最后進(jìn)行放射自顯影。以目標(biāo)RNA所在位置表示其分子量的大小，而其顯影強(qiáng)度則可提示目標(biāo)RNA在所測(cè)樣品中的含量。

2、雜交方法【7】

Northern雜交方法是單一基因表達(dá)分析的首先方法。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，Northern雜交方法比以前有了較大改進(jìn)，其操作方法變得更加簡(jiǎn)單，時(shí)間也比以前縮短了，其基本操作過(guò)程分以下幾大步驟： ①RNA的變性和分離 ②RNA轉(zhuǎn)移至固相支持物中 ③固相RNA與探針?lè)肿与s交

④對(duì)特異結(jié)合的探針?lè)肿舆M(jìn)行檢測(cè)和分析。

3、northern雜交的應(yīng)用與進(jìn)展【8】

RNA凝膠印跡分析即Northern雜交分析，是分子生物學(xué)最常用的研究基因表達(dá)的方法。它可以將恒定的mRNA水平量化，同時(shí)給出相關(guān)的RNA是否存在、分子大小以及離散的RNA種類間的整體性等信息。近年又出現(xiàn)了一些可以定量檢測(cè)RNA的更靈敏的技術(shù)，如核酸酶保護(hù)分析、RT-PCR等方法，但這些技術(shù)只是Northern雜交方法的補(bǔ)充而并非取代。Northern雜交仍被看作是mRNA研究的標(biāo)準(zhǔn)操作，以為它相對(duì)簡(jiǎn)單并且可獲得關(guān)于mRNA的多種信息。

（1）、反向Northern雜交和Northern雜交篩選mRNA表達(dá)（2）、高通量反向Northern印跡雜交和Northern雜交

四、原味雜交

1、基本原理【9】

原位核酸分子雜交技術(shù)簡(jiǎn)稱原味雜交（ISH）,是應(yīng)用序列已知并帶有標(biāo)記物的核酸探針與組織、細(xì)胞中待檢測(cè)的核酸按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則特異性結(jié)合而形成雜交體，然后再應(yīng)用與標(biāo)記物相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)組織化學(xué)或免疫組織化學(xué)方法在被檢測(cè)的核酸原位形成帶顏色的雜交信號(hào)，在顯微鏡下進(jìn)行觀察，從而對(duì)組織細(xì)胞中的待測(cè)核酸進(jìn)行定性、定位和相對(duì)性定量的一種研究方法。原味雜交屬于固 …9…

相核酸分子雜交的范濤，但它區(qū)別于固相核酸分子雜交中其他任何一種核酸分子雜交技術(shù)。原味雜交可檢測(cè)形態(tài)保存完整的染色體、細(xì)胞或組織切片中的特異核酸序列，與免疫細(xì)胞化學(xué)結(jié)合時(shí)，原位雜交還可將顯微拓?fù)鋵W(xué)信息與DNA、mRNA及蛋白質(zhì)水平的基因活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，為從分子水平研究細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)及基因調(diào)控提供了有效的工具，是組織化學(xué)或免疫細(xì)胞化學(xué)中革命性的突破。

2、原味雜交技術(shù)的基本方法【10】

原位雜交技術(shù)主要涉及四個(gè)方面：①雜交前準(zhǔn)備，包括玻片準(zhǔn)備、組織的固定及預(yù)處理、預(yù)雜交；②雜交；③雜交后處理，涉及雜交后的清洗；④顯示及結(jié)果觀察，顯示包括放射自顯影和非放射性標(biāo)記的組織化學(xué)或免疫組織化學(xué)顯色。（1）、破片準(zhǔn)備和組織固定

玻片包括蓋玻片和載玻片，應(yīng)用熱肥皂水清洗，用自來(lái)水清洗干凈后，置于清潔液浸泡24H，清水洗凈烘干，95%乙醇中浸泡24H后用蒸餾水沖洗、烘干，烘箱溫度最好在150攝氏度或以上，過(guò)夜以除去任何RNA酶。

為保持細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整及其DNA或RNA含量及位置盡可能的穩(wěn)定，被測(cè)的生物樣品必須固定。DNA比較穩(wěn)定而RNA很容易降解，對(duì)于DNA的固定來(lái)說(shuō)，固定劑的種類和濃度并不十分重要。（2）、樣品的預(yù)處理

①內(nèi)源性酶的滅活；②RNA酶的處理；③鹽酸處理；④去污劑處理；⑤蛋白酶處理

（3）、預(yù)雜交

為防止背景污染，有時(shí)要進(jìn)行預(yù)雜交。預(yù)雜交液和雜交液比較起來(lái)只是不含探針和硫酸葡萄糖，其他成分相同。如果檢測(cè)染色體DNA，預(yù)雜交及雜交中的DNA必須先變性，但變性處理可能破壞染色體的形態(tài)，實(shí)際操作時(shí)，必須找到適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ陔s交信號(hào)與形態(tài)間取得平衡。（4）、雜交

雜交是將雜交液滴于切片組織上，加蓋硅化的蓋玻片以防止孵育過(guò)程中雜交液的蒸發(fā)，然后將玻片放在濕盒中進(jìn)行孵育。（5）、雜交后的清洗

雜交后的清洗是為了除去非特異性的雜交，即探針與部分同源序列的結(jié)合、這種非特性雜交會(huì)干擾特異的雜交信號(hào)。由于這種雜交體的穩(wěn)定性不及完全互補(bǔ)配 …10…

對(duì)的雜交體，控制雜交后洗脫液的嚴(yán)謹(jǐn)度就可以除去非特異的雜交，即采用系列不同濃度、不同溫度的鹽溶液逐步漂洗。（6）、免疫學(xué)檢測(cè)

根據(jù)核酸探針標(biāo)記物的種類分別進(jìn)行放射自顯影或利用酶檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行不同顯色處理。細(xì)胞或組織的原位雜交切片在顯示后均可進(jìn)行半定量的測(cè)定。非放射性核酸探針雜交的細(xì)胞或組織可利用酶檢測(cè)系統(tǒng)顯色，然后利用顯微分光光度計(jì)對(duì)不同類型數(shù)量的核酸顯色強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

3、原位雜交的應(yīng)用方向

原位雜交區(qū)別于固相核酸分子雜交中的任何一種核酸分子雜交技術(shù)。其他雜交方法正能證明該病原體、細(xì)胞或組織中是否存在待測(cè)的核酸而不能證明該核酸分子在細(xì)胞或組織中存在的部位，而原位雜交是經(jīng)適當(dāng)處理后，使細(xì)胞通透性增加，讓探針進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)與DNA或RNA雜交，因此可以確定探針的互補(bǔ)序列在胞內(nèi)的空間位置，這一點(diǎn)具有重要的生物學(xué)和病理學(xué)意義。例如，對(duì)致密染色體DNA的原位雜交可用于顯示特定的序列的位置；對(duì)分裂期間核DNA的雜交可研究特定序列在染色質(zhì)內(nèi)的功能排列；與細(xì)胞RNA的雜交可精確分析任何一種RNA在細(xì)胞中和組織中的分布。此外，原位雜交還是顯示細(xì)胞亞群分布和動(dòng)向及病原微生物存在方式和部位的一種重要技術(shù)。

五、菌落原位雜交【11】

菌落原味雜交是將細(xì)菌從培養(yǎng)平板轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素濾膜上，然后將濾膜上的菌落裂解以釋放出的DNA。將DNA烘干固定于膜上與磷32標(biāo)記的探針雜交，放射自顯影檢測(cè)菌落雜交信號(hào)，并與平板上的菌落對(duì)位。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①將硝酸纖維素濾膜置于含抗生素的平血瓊脂培養(yǎng)基上，用無(wú)菌牙簽挑去單菌落種于濾膜和主瓊脂平板上，排列成方格柵，膜和板上菌落位置相同。②培養(yǎng)細(xì)菌至產(chǎn)生1~2mm大小的菌落。

③在一塊平血中置4張濾紙，用10%SDS浸透，倒掉多余液體。將帶有菌落的濾膜取下，輕輕置于濾紙上，菌落面朝上，注意防止在濾膜底面存有氣泡。④5min后，將濾膜轉(zhuǎn)至用變性溶液，（0.5mol/L NaCl,0.5mol/L Tris-NaCl）浸濕的濾紙上，放置10min。

⑤將濾膜轉(zhuǎn)至中和溶（0.5mol/L NaCl,0.5mol/L Tris-HCL，Ph8.0）浸濕的濾紙上，…11…

放置10min。重復(fù)中和一次。

⑥將濾膜移至用2×SSPE溶液浸過(guò)的濾紙上，放置10min。SSPE配成20×貯備液：3.6mol/L NaCl,0.2mol/L NaH2PO4(Ph7.4),20mmol/L EDTA(Ph7.4)。⑦將濾膜將濾紙吸干，80攝氏度真空烘干2h。

致謝:

化學(xué)工業(yè)出版社及生物-醫(yī)藥出版社聯(lián)合出版的《核酸分子雜交技術(shù)》 參考文獻(xiàn)：

[1] 瘋作化，皇甫永穆主編，醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)。第2版，武漢：武漢出版社，2000 [2] 黃培堂等譯，分子克隆實(shí)驗(yàn)指南，第3版，北京：科學(xué)出版社，2002

[3] Kroczek R A.Southern and northern analysis.J Chromatogra phy,1993,618(1~2):133~145 [4] Kido C, Murano S,Tsuruoka M.Rapid and simple detection of PCR product DNA: a comparison between southern hybridization and fluorescence polarization analysis.Gene,200,259(1～2)：123～127 [5] Lee H.Birren B ,Lai E.Ultraviolet nicking of large DNA molecules from pulsed-field gels for Southern transfer and hybirdzation.Anal Biochem, 1991,199(1):29～34 [6] Goldberg D A.Isolation and partial characterization of the Drosophila alcohol dehydrogenase.Proc Natl Acad Sci,1980,77:5794～5798 [7] Lehrach H, Diamond D,Wozney J M, et al.RNA molecular weight determinations by gel electrophoresis under denaturing cinditions:A critical reexamination.Biochemisty,1977,16:4743～4751 [8] Rosen K M,Lamperti E D, Villa-Komaroff L.Optimizing the northern blot procedure.Bio Techniques, 1990,8:398～403 [9] Pardue,M L, Gall J G.Moleccular hybridization of radioactive DNA to the DNA of cytological Preparations.Proc Natl Acad Sci USA, 1969,64:600～604 [10]John H,Birnstiel M, Jones K.RNA-DNA hybrids at the cytological level.Nature,1969，223：582～587 [11]Grunstein M, Wallis j.Colony hybridization.Methods Enzymol, 1979,68:379～389 …12…

第五篇：基因工程論文

學(xué)號(hào)：13054107

基因工程結(jié)課論文

靶向MRP1基因pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質(zhì)粒表達(dá)載體構(gòu)建

院（系）名

稱： 理學(xué)院 專業(yè)

名

稱： 生物科學(xué) 學(xué)

生

姓名： 姜己玉 所

在班

級(jí)： 13-1

目錄

摘要............................................................................................................................................2 第一章 緒論..............................................................3 1..1RNAi的研究進(jìn)展....................................................3 1.1.1RNAi的分子作用機(jī)制...........................................3 1.1.2 RNAi 的特點(diǎn)..................................................3 1.1.3 siRNA簡(jiǎn)介.........................................................3 1.1.4 s iRNA 的設(shè)計(jì)原則..........................................3 1.2 用于 RNA i 的載體....................................................4 1.2.1 載體的選擇..................................................4 1.2.2 質(zhì)粒人工構(gòu)建的目的.................................................4 1.3 MRP1 的研究進(jìn)展......................................................4 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法.....................................................5 2.1 實(shí)驗(yàn)材料.............................................................5 2.1.1 宿主菌.............................................................5 2.1.3 載體通用引物................................................5 2.1.5 主要儀器..........................................................5 2.2 試驗(yàn)方法.........................................................5 2.2.1 shRNA 的設(shè)計(jì)與退火..................................................5 2.2.2 合成干涉片段的退火..........................................6 2.2.3 重組載體的構(gòu)建..............................................6 2.2.4 菌落PCR初步篩選陽(yáng)性重組子..................................7 2.2.5 測(cè)序鑒定重組載體...............................................7 第三章 結(jié)果與分析.........................................................8 3.1 質(zhì)粒經(jīng)HindⅢ和BamHI雙酶切后膠回收結(jié)果...........................8 3.1.1 質(zhì)粒經(jīng)HindⅢ和BamHI雙酶切后結(jié)果.............................8 3.1.2 目的片段的回收................................................8 3.2 重組質(zhì)粒的菌落PCR...................................................8 3.3 重組質(zhì)粒大量提取......................................................8 3.4 重組質(zhì)粒測(cè)序結(jié)果.................................................8 參考文獻(xiàn)..................................................................9

摘 要

癌癥嚴(yán)重威脅著人類的健康，其發(fā)病率呈上升趨勢(shì)?；熥鳛槠涑Ｒ?guī)臨床治療手段，在癌癥治療中具有手術(shù)和放射治療不能替代的作用。腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥性（multidrug resistance, MDR）是導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞化療失敗的主要原因。腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生多藥耐藥的原因較為復(fù)雜，多藥耐藥相關(guān)蛋白1（Multidrug Resistance-associated Protein 1，MRP1）的過(guò)度表達(dá)是導(dǎo)致其產(chǎn)生多藥耐藥的主要原因之一。RNA干擾(RNA interference，RNAi)是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的能快速、高效、特異的沉默目的基因表達(dá)的技術(shù)，如能通過(guò)RNAi技術(shù)沉默MDR1基因，逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥性將為改善癌癥病人的化療效果奠定基礎(chǔ)。

目的：本課題選用pRNAT-H1.1/shuttle-RFP表達(dá)穿梭載體。構(gòu)建針對(duì)mrp1 mRNA的RNA干擾表達(dá)載體。

方法：將預(yù)先根據(jù)MRP1基因序列設(shè)計(jì)合成的編碼siRNA的cDNA序列與pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質(zhì)粒載體連接，構(gòu)建靶向mrp1 siRNA重組質(zhì)粒。將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化E.coli DH5α后大量提取重組質(zhì)粒，經(jīng)菌落 PCR和 DNA測(cè)序分析檢測(cè)重組載體構(gòu)建結(jié)果。

結(jié)果：成功構(gòu)建靶向MRP1基因pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質(zhì)粒表達(dá)載體。為下一步抑制mrp1基因在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：RNA干擾；MRP1；pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質(zhì)粒；穿梭載體

第1章 緒 論

1.1 RNAi的研究進(jìn)展

RNA干擾(RNA interference , RNAi)是由雙鏈RNA分子介導(dǎo)的序列特異性轉(zhuǎn)錄后基因沉默過(guò)程，為一種雙鏈RNA分子在mRNA 水平上關(guān)閉相關(guān)基因表達(dá)的過(guò)程，是一項(xiàng)新興的基因阻斷技術(shù)。RNAi有望成為分析人類基因組功能的有力工具，在腫瘤病因、免疫機(jī)制及治療等方面的研究上有廣闊的發(fā)展前景。

1.1.1 RNAi的分子作用機(jī)制

RNAi的作用機(jī)制在眾多學(xué)者的努力研究下日漸明朗。不同生物體內(nèi)的RNA干擾作用機(jī)制也各有不同，但是主要可以分為兩種類型：特異效應(yīng)作用機(jī)制與非特異效應(yīng)作用機(jī)制。特異性效應(yīng)一般發(fā)生在短雙鏈RNA（21～23nt）上，非特異性效應(yīng)發(fā)生于長(zhǎng)雙鏈RNA（30nt以上）。

1.1.2 RNAi的特點(diǎn)

RNAi具有高效性，也就是說(shuō)與細(xì)胞內(nèi)的mRNA的量相比，注入細(xì)胞內(nèi)的siRNA的量要少得多。但由于循環(huán)放大機(jī)制的存在，仍可以有效地阻斷目的基因的表達(dá)；同時(shí)，RNAi也具有高特異性，小干擾RNA由dsRNA降解得到的，除在序列識(shí)別中不起主要作用的正義鏈3′端的兩個(gè)堿基以外，其余堿基均為必需。

1.1.3 siRNA簡(jiǎn)介

RNA干擾作用是通過(guò)siRNA（small interfering RNA，siRNA）這類小RNA分子作為較穩(wěn)定的中間介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)植物的研究證明，雙鏈RNA復(fù)合體降解為35nt左右的小RNA分子后通過(guò)序列互補(bǔ)與mRNA結(jié)合，進(jìn)而降解mRNA。

1.1.4 siRNA的設(shè)計(jì)原則

RNAi 作用的成功與否，關(guān)鍵在于siRNA序列的結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的siRNA序列沉默基因的效率差別很大，2001年，Elbashir S M等[應(yīng)用化學(xué)合成法合成了siRNA，并發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物發(fā)生RNAi，他們進(jìn)而據(jù)此提出了siRNA 設(shè)計(jì)方法：1)從起始密碼下游50~100nt開(kāi)始搜索siRNA以避免出現(xiàn)于5′或3′端的UTRs 的蛋白結(jié)合位點(diǎn)，；

2)搜索5′AA(N19)UU序列，如果沒(méi)有相應(yīng)序列，可以選擇5′AA(N21)或5′NA(N21)；3)G/C含量在32%~79%之間[16]； 4)要確定siRNA對(duì)靶基因的特異性，可以利用Blast軟件在基因組中進(jìn)行比對(duì)，；5)設(shè)置在基因組中無(wú)對(duì)應(yīng)序列的siRNA的對(duì)照siRNA。但是，Elbashir S M等的設(shè)計(jì)方法siRNA 篩選效率仍然很低，要更好的掌握RNAi。

1.2 用于RNAi的載體

基因工程中，攜帶目的基因進(jìn)入宿主細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增和表達(dá)的工具，稱為載體。是指能夠運(yùn)載外源DNA片段進(jìn)入受體細(xì)胞，具有自我復(fù)制能力，使外源DNA片段在受體細(xì)胞中得到擴(kuò)增和表達(dá)，不被受體細(xì)胞的酶系統(tǒng)所破壞的一類DNA分子。載體具有以下的功能：（1）運(yùn)送外源基因高效轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞；（2）為外源基因提供復(fù)制能力或整合能力；（3）為外源基因的擴(kuò)增或表達(dá)提供必要的條件。

1.2.1載體的選擇

質(zhì)粒是為一種1-200kb不等的雙鏈、閉環(huán)的DNA分子。是染色體外穩(wěn)定遺傳，并能以超螺旋狀態(tài)存在于宿主細(xì)胞中的因子。RNA干擾實(shí)驗(yàn)通常選用質(zhì)粒作為載體。質(zhì)粒載體是為適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室操作在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上人工構(gòu)建的。但是，天然質(zhì)粒的缺點(diǎn)是分子量大，拷貝數(shù)低，所以為使分子量盡可能減少，必須去掉大部分的非必需序列，以便于基因工程操作。

1.2.2 質(zhì)粒人工構(gòu)建的目的

天然存在的野生型質(zhì)粒由于分子量大、拷貝數(shù)低、單一酶切位點(diǎn)少、遺傳標(biāo)記不理想等缺陷，因而不適合用作基因工程的載體，必須對(duì)之進(jìn)行改造構(gòu)建

1.3 MRP1的研究進(jìn)展

MRP1的底物 直接通過(guò)細(xì)胞毒性分析和底物刺激的ATP酶測(cè)量進(jìn)行識(shí)別MRP1的底物的，底物是由大量的多樣化的疏水復(fù)合物，有機(jī)陰離子結(jié)合物以及陰離子非結(jié)合性底物所組成。典型的結(jié)合型底物包括：谷胱甘肽，葡糖醛酸和硫酸鹽結(jié)合物，MRP1的組織分布 MRP1在體內(nèi)的表達(dá)可以說(shuō)是無(wú)所不在。

第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

2.1.1 宿主菌

E.coli DH5α：為感受態(tài)宿主菌由北京鼎國(guó)生物技術(shù)有限責(zé)任公司提供。

2.1.2 質(zhì)粒載體

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質(zhì)粒。pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質(zhì)粒特性如下：pRNAT-H1.1/shuttle 是一種腺病毒siRNA穿梭質(zhì)粒，shRNA的表達(dá)由人的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子H1 Promoter啟動(dòng)，H1啟動(dòng)子屬于PolⅢ啟動(dòng)子，該啟動(dòng)子總在其下游的固定距離開(kāi)始轉(zhuǎn)錄合成RNA，轉(zhuǎn)錄過(guò)程遇到4~5個(gè)連續(xù)的U即終止，非常精確；同時(shí)CMV Promoter為真核生物啟動(dòng)子，可在該質(zhì)粒中高效啟動(dòng)紅色熒光蛋白的表達(dá)；MCS為多克隆位點(diǎn)。

2.1.3 載體通用引物

正向引物（M13）：5′-GTTTTCCCAGTCACGAC-3′ 反向引物（Rev）：5′-GAGTTAGCTCACTCATTAGGC-3′

2.1.4 主要試劑、具酶及儀器

質(zhì)粒快速提取試劑盒，Sanprep柱式DNA膠回收試劑盒，10×PCR buffer，dNTP，Marker(1kb,100bp)，Goldview DNA染料，EDTA Bio Basic Inc 溶菌酶，LiCl Amresco RNase Sigma bacto-typtone Bio Basic Inc bacto-yeast extract Bio Basic Inc PEG8000，HindⅢ NEB，BamHI NEB，T4DNA連接酶 NEB，Taq酶，微量振蕩器（MM-2型），微量振蕩器（MM-2型），恒溫空氣搖床，電子天平，紫外分析儀（ZF型），低溫離心機(jī)（SK18），低溫離心機(jī)（SK18），PCR儀（9600型），ABI 恒溫磁力攪拌器（2003-16），恒溫水浴鍋，自動(dòng)雙重純水儀

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 shRNA的設(shè)計(jì)與退火

根據(jù)siRNA設(shè)計(jì)原則[34]，根據(jù)MRP1靶序列，設(shè)計(jì)合成四對(duì)互補(bǔ)反向重復(fù)脫氧核糖核酸序列，中間間隔9nt莖環(huán)序列(TTCAAGAGA)，5′端帶有BamHⅠ酶切位點(diǎn)，3′端帶有HindⅢ酶切位點(diǎn)，用BLAST進(jìn)行同源性分析，確定與其他基因無(wú)同源性。shRNA的 5

DNA模板由上海生工合成，單鏈干涉片段退火后形成雙鏈。根據(jù)2個(gè)靶序列設(shè)計(jì)的2對(duì)DNA干涉片段mrp1-1，mrp1-2。

2.2.2 合成干涉片段的退火

合成片段的退火體系：各管混勻后90℃保溫3分鐘，37℃保溫1h，再取5μL退火溶液加45μL 滅菌雙蒸水混勻，使干涉片段終濃度為8ng/μL。

2.2.3 重組載體的構(gòu)建

（1）將含有pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質(zhì)粒的大腸桿菌接種入盛有200mL LB培養(yǎng)基（含2μg/mL氨芐青霉素）的500mL三角瓶中，置37℃振蕩培養(yǎng)過(guò)夜（置搖床中160r/min）。（2）實(shí)驗(yàn)前預(yù)先配制溶液Ⅱ，溶菌酶。預(yù)冷溶菌酶、溶液Ⅰ和溶液Ⅲ。取出菌懸液，觀察菌體生長(zhǎng)狀況，將菌懸液分裝于兩個(gè)250ml離心桶中，調(diào)平。預(yù)冷離心機(jī)至4℃，4℃下8000r/min離心5min，棄上清，得菌體。（3）加預(yù)冷的溶液Ⅰ50ml于每離心桶，混勻，洗滌沉淀。8000r/min離心5min，棄上清，得沉淀。此步驟的目的為出去培養(yǎng)基，以獲得更純的細(xì)菌沉淀物。（4）用17ml溶液Ⅰ吹散重懸細(xì)菌沉淀物，加3ml新配制的溶菌酶溶液，溫和混勻，室溫放置10min，裂解大腸桿菌。（5）加40ml新配制的溶液Ⅱ，以使菌體破碎，釋放質(zhì)粒DNA等內(nèi)容物。緩慢顛倒數(shù)次，防止破壞基因組DNA，室溫放置3min。（6）加30ml預(yù)冷的溶液Ⅲ，緩慢顛倒數(shù)次，防止SDS破壞基因組DNA，冰浴放置15min。4℃下以10000r/min離心10min，然后將上清液全部倒入新離心桶中。（7）將上清液在4℃下以10000r/min離心10min，然后將上清液經(jīng)8層紗布過(guò)濾至新離心桶中。（8）加0.6倍體積（約54ml）的異丙醇，充分混勻，室溫放置15min，以沉淀核酸。8000r/min離心15min，小心倒掉上清，敞開(kāi)瓶口倒置于紙巾上，使殘余上清液流盡，晾干。（9）加15ml水再加15ml LiCl（預(yù)冷）混勻，靜置沉淀15min，4℃下10000r/min離心15min，以出去蛋白質(zhì)和RNA。（10）倒上清于新的離心桶中，加30ml異丙醇，劇烈震蕩，靜置沉淀15min，在4℃下以10000r/min離心15min。再次沉淀核酸。（11）棄上清，得到沉淀的核酸。敞開(kāi)瓶口倒置于紙巾上使殘余上清液流盡。（12）用70%乙醇洗滌沉淀，4℃下以10000r/min離心5min，棄去乙醇，離心桶敞口倒置于紙巾上，使乙醇揮發(fā)殆盡。此步驟可以沉淀DNA。（13）加2ml無(wú)菌水溶解沉淀，將液體吸到10ml離心管中，再吸2ml ddH2O沖洗瓶壁，隨后將洗液加到同一10ml離心管中，隨后加100μl RNaseA，37℃，水浴30min。以使RNA徹底分解。（14）加等體積含13％（w/v）聚乙二醇（PEG 8000）的1.6mol/L NaCl,充分混合，用微量離心機(jī)于4℃以12000轉(zhuǎn)/分，離心15分鐘，以回收質(zhì)粒DNA。（15）沉淀用3ml70%乙醇重懸清洗，以除去PEG，12000r/min離心8min。（16）重復(fù)上步操作，將離心管倒扣于紙巾上10min，加1ml H2O溶解，用等體積酚/氯仿/異戊醇再抽提一次蛋白質(zhì)，室溫下8000r/miin離心10min。（17）小心吸上清與另一離心管中，加2倍體積的預(yù)冷無(wú)水乙醇，再加0.1體積的NaAC（3mol，pH5.2），冰上沉淀20min，4℃下10000r/min離心15min，使DNA沉淀出來(lái)。（18）去上清加入3ml 70%乙醇重懸清洗，10000r/min 離心15min，晾干，用500μl無(wú)菌水溶解沉淀。

2.2.4菌落PCR初步篩選陽(yáng)性重組子

滅菌牙簽挑取LB篩選平板上圓滑單菌落，先在預(yù)先分隔并標(biāo)記的另一LB平皿上劃板，然后點(diǎn)入制備好的PCR反應(yīng)混合液，開(kāi)始擴(kuò)增。PCR反應(yīng)條件為：94℃預(yù)變性2分鐘；94℃ 變性30s，55℃ 退火30s，72℃ 延伸45s，共35個(gè)循環(huán)；72℃ 延伸1分鐘，4℃保存，1.2％瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)PCR產(chǎn)物。劃板的平皿于37℃培養(yǎng)12-16h。

2.2.5 測(cè)序鑒定重組載體

將小提鑒定結(jié)果正確的質(zhì)粒送交上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限司，以載體反向引物為測(cè)序引物。將經(jīng)鑒定后未發(fā)生突變的H1.1-

1、H1.1-2靶向MRP1基因siRNA重組質(zhì)粒的宿主菌搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)后，進(jìn)行質(zhì)粒大量提取,方法如2.1.2.3.1所述。

第3章 結(jié)果與分析

3.1 質(zhì)粒經(jīng)HindⅢ和BamHI雙酶切后膠回收結(jié)果

3.1.1 質(zhì)粒經(jīng)HindⅢ和BamHI雙酶切后結(jié)果

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP質(zhì)粒經(jīng)HindⅢ和BamHI雙酶切，結(jié)果顯示單酶切產(chǎn)物大小約為6200bp，雙酶切產(chǎn)物略小于單酶切產(chǎn)物，與預(yù)期結(jié)果相符。

3.1.2 目的片段的回收

目的片段回收 ,結(jié)果顯示回收產(chǎn)物大小約為6Kb，與預(yù)期結(jié)果相符。

3.2 重組載體的菌落PCR 重組載體菌落 PCR電泳，結(jié)果顯示PCR擴(kuò)增產(chǎn)物,電泳分析發(fā)現(xiàn)陽(yáng)性產(chǎn)物可以擴(kuò)增出560bp大小的條帶，假陽(yáng)性產(chǎn)物不能擴(kuò)增出560bp大小的條帶,與預(yù)期結(jié)果相符，可以初步篩選出陽(yáng)性產(chǎn)物。

3.3 重組質(zhì)粒大量提取

重組質(zhì)粒大量提取后的電泳，結(jié)果顯示pRNAT-H1.1/shuttle-RFP 重組質(zhì)粒大小約為6.2kb，與預(yù)期結(jié)果相符。

重組質(zhì)粒大提并稀釋50倍以后在紫外分光光度儀Genespec上測(cè)其OD值。

3.4 重組質(zhì)粒測(cè)序結(jié)果

pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質(zhì)粒測(cè)序鑒定，結(jié)果顯示重組質(zhì)粒的堿基序列與預(yù)期結(jié)果一致，未發(fā)生堿基突變，說(shuō)明pRNAT-H1.1/shuttle-RFP重組質(zhì)粒構(gòu)建成功。

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