分子信标技术的研究与应用进展

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1、分子信标技术的研究与应用进展摘要本文对分子信标的原理、分类与应用分别进行了简介，并对分子信标的发展与应用前景进行了展望。关键词分子信标分子信标应用新型分子信标分子信标原理分子信标主要类型1.引言随着人们对生命现象观察与探索的不断深入,从更微观更精确的角度诠释生命图景已成为了科研人员的主要工作领域。目前，这些工作已经深入到了纳米尺度、单细胞及单个分子水平。当后基因组时代的帷幕被拉开，基因组的结构及基因、全基因组表达调控的研究更成为了当今生命科学研究的前沿。因此，为了在这种研究尺度与领域卜•获取有价值且精确度高的生物化学信息，我们必须对分析化学的各个领域提出新的要求。也正因为这样，可

2、进行实时、原位、活体检测的分子探针应运而牛，逐渐成为了人们研究的热点与重点。在各种分子探针研究中，基于荧光共振能量转移原理而设计的荧光分子探针由于测量方便EL易于进行活体检测而成为了研究中的重中之重。现有的基于荧光能量转移的分子探针可分为以下三种类型，即TaqMan探针、相邻探针与分子信标(MolecularBeacons,MBs)o分子信标是这三种探件屮设计得最为巧妙的一种，而这种设计也恰恰决定了它的多用途性。基于分了信标的一些独特的应用显示了分子信标在基因组学和蛋白质组学的实时分了识别等方面具冇很高的灵敏度与特异性。2.分子信标简介Tyagi和Krame在1996年首次设计了

3、一种可以特异识别核酸序列的新型荧光探针，这种荧光探针通过与核酸靶分子进行杂交后发牛•构象的变化而发出荧光，并将其命名为分子信标。它具有独特的性质和多功能性，并有操作简单、灵敏度高、特界性强等优点，因此在短短的几年内得到了迅速的发展，并已广泛地应川于实时监测聚合酶链式反应、基因突变的快速分析、RNA与DNA的检测、DNA/RNA杂交的动力学研究以及DNA/蛋口质相互作川研究等，而且在目前其应用领域仍在不断拓展。分子信标是一个呈发夹结构的短链DNA,由茎与环两部分组成。其环状部分一般是一个长度在30个碱基左右的少靶分子互补的核酸序列；茎状部分的两臂是由序列互补的5〜7个碱基对组成，并

4、在5,和3,端分别连有荧光基团和荧光熄灭基团。在分子信标与靶分子作用之前，荧光基团与荧光熄灭基团互相紧靠，使得分子信标不能发出荧光；而当分子信标遇到靶分了并与之结合时，环状部分会由于张力而打开，使分了信标的构想发生变化，并随之发出荧光。不仅如此，在高温、高pH、DNA损伤等条件下还会使分子信标的荧光信号增强。由于分子信标易进行修饰和改性的特点，人们在经典分子信标模型的基础上，又设计出了许多新型的分子信标，如无茎分子信标，用PNA链代替ssDNA形成的PNA分子信标，以及LNA分子信标等。这些新型的分子信标的设计是为了满足不同程度研究的需要，它们的特异性更强，稳定性更好，并促进了很

5、多新的研究领域的发展。而为了满足基因纽学与蛋口质组学等高通量高灵敏度研究的需要，对分子信标的操作也从液相转移到固相上，固定化的分子信标更方便操作，与基因芯片技术的结合使它的应用范围得到进一步的扩大。1.分子信标的主要类型与新型分子信标3.1分子信标主要类型3.1.1经典型分子信标经典型分子信标即为上述经典的茎坏分子信标模型,茎区的两端分别连接有荧光基团和淬灭基团。为了保证分子信标的灵敏度和热力学稳定性，在其茎干区设计的碱基数目一•般为其环区的一半。由于分了信标杂交前后环状区与II标分了的双链结构Z间存在热力学平衡关系，使它的杂交特异性明显高于常规的线状探针。两端的荧光基团和淬火基

6、团一般是一-些有机基团，荧光基团连接在信标分子的5,端，淬灭基团连接在3,端。常用的荧光淬灭基团为二甲基氨基偶氮苯甲fiJt(DABCYL),它对多种荧光素都有较强的荧光淬灭效率。来,Dubertret等用金纳米粒了簇代替DABCYL做淬灭剂，可以通过调节金纳米簇的形状、人小和组成而得到不同的淬灭剂。由于金纳米簇对荧光试剂冇着更高的淬灭效率，所以用金纳米粒了代替DABCYL后，大大提高了分子信标的灵敏度和特界性。其它的淬灭基团还有铜离子螯合物、超分子淬灭剂以及直接利用碱基本身做淬灭剂等。3.1.2无茎型分子信标与经典分子信标结构类似，无茎型分了信标只是不再含冇双链结构的茎杆区，只

7、含冇单链的环状结构，目前的无茎分子信标有PNA和DNA两种。由于DNA戊糊骨架或PNA聚酰胺骨架貝有很好的柔韧性，在无靶标存在的情况下，荧光分子与猝灭分子间的疏水作用使得无茎分子信标近似于一个闭坏结构。当分子信标与靶标结合后，探针和靶标形成的双链具有刚性结构使荧光分了和猝灭分了分开，荧光恢复。无茎分了信标与经典的分了信标和比,其优点在于无茎分子信标不含与靶标无关的序列，在设计和合成上相对简单，另外还具有响应快，特显性强等特点。但缺点是口由状态时，无茎分子信标的荧光背景较高。Kuh