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在由核酸多态性引起疾病的诊断和治疗中,多重突变检测技术显的越来越重要。目前的多重基因突变分析主要是基于多重PCR技术和多重连接酶检测技术。可是一旦扩增片段的数量,或者待检测突变的数量超过一定范围,对整个多重反应体系的设计就变的十分困难。因为在单个多重反应体系中存在着大量针对不同扩增片段的引物,或者针对突变位点的连接探针,这些寡核苷酸的存在导致了大量不可预测的杂交反应。通过在多重PCR引物中引入通用引物部分解决了多重PCR形成不必要引物二聚体的问题。而通过引入低浓度的分子反转探针,借助其分子内连接的高度特异性和灵敏性,也很大程度上解决了多重连接酶技术中非特异性探针干扰的问题。但是,只要有大量多重检测探针存在于一个单独的反应体系中,就不可避免的会产生探针之间的非特异性杂交,探针对模板的竞争性结合,以及随之而来的不均衡信号扩增之类的问题。尤其是将多重突变检测技术应用于与某些抗药性密切相关的微生物基因组相关片段中。在这些片段中,由于正向药物选择压力,大量单核苷酸多态性位点集中在一段非常短的DNA序列中。基于寡核苷酸探针和酶的突变检测方法在分析这些密集SNP位点时遇到了很大的困难。
为了克服上述难题,作者在本研究中提出了一种基于生物芯片以及多重检测探针对的新方法。单分子探针对由zip-code介导的标签序列通过杂交形成双链茎部,以及常规的连接探针组成,这两个部分之间通过连接臂相连。这种设计相对于传统的连接酶方法,体现了以下几个优势。首先,双链部位的形成需要较高的温度,因为杂交是一个主要基于温度的特异性分子间反应。在这种高温条件下,多重检测探针之间的非特异性相互作用在很大程度上被抑制。其次,在形成固定探针对后进行严格的洗脱,再加入待检测模板,由于之前的双重探针固定过程已经在相应的小孔中形成了独立反应空间,所以也就排除了竞争性的探针结合。最后,通过引入芯片酶学显色方法,可以直接读出突变位点以及突变类型,减少了检测过程的复杂性,以及降低了检测成本。作者将这个多重突变检测策略归结为“将一个多重反应分割为多个单重反应”。
在本研究中,作者构建了第一块基于酶学突变检测技术的耐利福平结核分枝杆菌rpoB基因全突变分析芯片。作者采用了24对多重探针对构建了一个基于芯片连接酶反应的多重突变检测系统,并将这个系统应用到了对结核分枝杆菌rpoB基因中81 bp利福平抗性决定区域中几乎所有具有临床价值的突变检测。最后作者应用这个方法对15个临床样品分离株进行了突变分析,得到的结果100%与测序结果相同,体现了高度特异性和准确性。应用该方法,使得多重检测中的探针设计变的十分简单,多重检测中对设备的要求相对较低,从而大大减少了多重突变检测的成本。另外,本方法极大地减少了zip-code的数量,因此在大规模SNP分型技术中也体现出了良好的前景。