分子信标技术在基础医学中的应用

 

分子信标技术在基础医学中的应用

分子信标技术最初被用作PCR的荧光探针，它既可以对扩增产物进行定量检测，又可以对扩增过程进行实时的检测。近年来，随着分子信标技术的发展和成熟，人们不断开拓其应用领域，目前，分子信标不仅可以用于基因的定量、定性检测，还可以用于基因点突变等的分析，将分子信标与PNA-DNA-环技术结合，使检测双链DNA成为可能。另外，分子信标技术还为研究DNA-蛋白质之间的相互作用提供了一种简单、直接、灵敏、实时、甚至可以用于活体检测的方法。利用分子信标技术在分析、检测核酸和蛋白质中的优点，分子信标技术还可以作为生物芯片和生物传感器的探针。总之，分子信标技术已经广泛的应用在基础医学研究中的众多领域。

4.1 实时定量PCR测定靶标浓度

分子信标技术在其出现之初就被用于实时定量PCR测定靶标浓度。这一技术是基于荧光信号积累实时检测整个PCR进程。它是在常规的PCR的基础上加入相应的分子信标，在PCR的每一循环过程中，都会发生分子信标与扩增产物结合，从而产生荧光，但这并不影响PCR的整个过程。并且只有能和分子信标结合的DNA模板得到扩增时才能产生荧光信号。所以荧光强度与特异性扩增产物的量成正比，它是模板被PCR扩增的直接标志。与常规的核酸检测方法相比，分子信标可以进行闭管操作，有效消除核酸的交叉污染，具有实时、定量、高灵敏度、高特异性等特点。

4.2 用于活体内核酸的动态检测

通过将分子信标注入活细胞内，使分子信标与特定的模板结合产生荧光。可以通过荧光显微镜实时、动态的检测整个过程。如可以用于细胞内mRNA的动态检测，以了解其在转录等过程中的变化。但活体内存在大量的酶，其中某些酶可能导致分子信标水解，使其结构破坏产生荧光，出现假阳性结果。PNA分子信标可以很好的解决这一问题，PNA分子信标可以有效的避免核酶的水解，使荧光强度能准确反映活体内的过程。

4.3 用于双链DNA的检测

与RNA不同，DNA是双螺旋结构，常规方法难以进行检测。而分子信标技术可用于双链DNA分子的检测。PNA与双链DNA互补链结合时可以取代非互补链，使其解离成单链，形成P环结构。解离后的DNA双链及可用分子信标技术检测，使分子信标与DNA变性部分结合，从而出现荧光。

4.4 用于蛋白质的检测

随着基因组学的发展，出现了蛋白质组学，人们越来越发现许多问题要到蛋白质中去寻找答案。这就要求人们能够对蛋白质各方面的性质可以加以检测。此外，人们把蛋白质和核酸联系起来，研究蛋白质和核酸之间的相互作用，这一课题已成为现代分子生物学的研究热点之一。与传统的蛋白质研究方法（如X单晶衍射、圆二色谱等技术）相比，分子信标技术具有简单、灵敏的特点，又可以实现实时检测，甚至可以用于活体检测。

2001年，Tan等发表文章阐述了其应用分子信标技术研究蛋白质所取得的结果。他们用分子信标来检测单链结合蛋白，实验发现，分子信标产生的荧光。所产生的荧光强度较分子信标与核酸结合时产生的荧光强度小，但其强度远远大于分子信标与核酸发生错配时产生的荧光强度。同时他们还发现分子信标不能与双链结合蛋白结合，产生荧光。

Nobuko Hamaguchi根据分子信标的原理设计了Aptamer信标，可以直接用来检测蛋白质。这一方法与传统的酶联免疫吸附法测定蛋白质相比，具有简单、灵敏等优点。但这一方法不能用于检测非特异性ssDNA结合蛋白，而且分子信标的构象受金属离子影响很大，一些金属离子的存在会干扰荧光信号的观测。