子诊断中的七大主流等温扩增技术各自具有独特的原理和应用,这些技术以其简单、快速、高效等优点,在疾病诊断、基因筛查、DNA测序等领域得到了广泛应用。以下是这七大主流等温扩增技术的原理及应用概述:
一、环介导等温扩增(LAMP)
1.原理:
LAMP技术利用特殊的引物设计方法和恒温核酸链置换酶,在恒定温度下实现核酸的快速扩增。该技术针对靶基因的6-8个区域设计4-6种特异引物,包括两个外部引物、两个内部引物以及可选的两个环引物。在链置换酶(如Bst DNA聚合酶)的作用下,这些引物与靶DNA结合,形成特定的“环”结构,并在60~65℃的恒温条件下进行扩增。
2.应用:
LAMP技术具有高特异性和灵敏度,广泛应用于病原体检测、癌症中突变基因的检测等领域。例如,用于检测呼吸道样本中的耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌、O157:H7型大肠杆菌、肺孢子虫等。此外,LAMP还可用于人乳头瘤病毒检测、食品中肠炎沙门菌检测等。
二、交叉引物扩增(CPA)
1.原理:
CPA技术利用一组比PCR更简单的交叉引物,在恒温条件下利用具有链置换功能的DNA聚合酶(如Bst DNA聚合酶)进行核酸扩增。该技术结合了引物的交叉作用、链置换反应以及恒温扩增的优势,实现了核酸的快速、高效扩增。
2.应用:
CPA技术主要用于微量病原体核酸的检测,如检测葡萄球菌的凝固酶基因、嗜水气单胞菌等。此外,反转录交叉引物扩增结合核酸检测试纸条还可用于猪流行性腹泻病毒的检测。
三、链替代扩增(SDA)
1.原理:
SDA反应需要限制性核酸内切酶、链置换DNA聚合酶和两对引物参与,且其中一对引物含有内切酶识别序列。反应初期时,引物与靶标链互补结合,在聚合酶作用下延伸,随后内切酶识别双链两端的酶切位点,切割形成黏性末端。另一对引物结合模板链末端,在聚合酶的作用下合成新链同时置换出一条单链。
2.应用:
SDA反应时间短,约15~20分钟,可用于蛋白质的检测、快速检测病原菌等。例如,使用荧光SDA方法扩增生物素和链霉亲和素结合后形成的特异性序列,进行信号放大,从而实现链霉亲和素的检测;基于SDA开发了检测尿嘧啶-DNA糖基化酶活性的传感平台等。
四、重组酶聚合酶扩增(RPA)
1.原理:
RPA的反应温度为37~42℃,反应体系包括1对引物和3种关键酶:能与寡核苷酸引物结合的重组酶、单链DNA结合蛋白(SSB)和链置换DNA聚合酶。反应开始时,引物与重组酶结合形成引物重组酶复合物,与模板链上相应位点互补结合,导致双链DNA构象发生改变,并在具有链置换特性的DNA聚合酶的催化下延伸形成完整双链。
2.应用:
RPA技术广泛应用于分子生物学研究、临床诊断、病原体检测、遗传病筛查、环境监测等领域。例如,在疾病诊断中,RPA可以快速检测病原体;在食品安全检测中,RPA可以快速检测食品中的有害物质等。
五、 依赖核酸序列的扩增(NASBA)
1.原理:
NASBA技术是检测RNA的等温扩增方法,可在42℃左右进行。该技术需要逆转录酶、RNase H、T7 RNA聚合酶和引物来完成。反应过程中,正向引物与RNA链结合,由逆转录酶催化形成DNA-RNA双链;随后RNA酶H消化杂交双链中的RNA,保留DNA单链;在反向引物与逆转录酶的作用下形成含有T7启动子序列的DNA双链;最后在T7 RNA聚合酶的作用下完成转录过程,产生大量目的RNA。
2.应用:
NASBA技术具有高灵敏度,适用于RNA病毒等病原体的检测。基于艾滋病毒RNA的NASBA的数字化芯片可用于量化人血浆样本中的病毒载量等。
六、 滚环扩增(RCA)
1.原理:
RCA技术利用一个短的寡核苷酸引物与环状DNA模板杂交,并在DNA聚合酶的催化下进行连续的链置换合成反应,生成一条长的单链DNA产物。该产物包含多个与模板互补的重复序列单元。
2.应用:
RCA技术可用于DNA测序、基因突变检测、基因表达分析等领域。例如,在DNA测序中,RCA技术可以生成足够长的单链DNA产物以供测序分析;在基因突变检测中,RCA技术可以检测特定基因序列的重复或缺失等。
七、依赖解旋酶的扩增(HDA)
1.原理:
HDA技术利用解旋酶解开双链DNA的氢键,并在DNA聚合酶的催化下进行链的延伸合成反应。该技术可以在等温条件下实现DNA的快速扩增。
2.应用:
HDA技术具有较高的特异性和灵敏度,在病原体检测、基因筛查等领域具有潜在的应用价值。然而,由于该技术相对较新,其应用范围和具体案例可能相对较少。
综上所述,七大主流等温扩增技术各有其独特的原理和应用场景,在分子诊断领域发挥着重要作用。这些技术的不断发展和完善将为生命科学研究和临床应用提供更加高效、便捷的解决方案。