诊断学

第一节 基因诊断

    一、基因诊断常用技术:

    (一)核酸分子杂交技术:由于核酸分子杂交的高度特异性及检测方法的灵敏性,它已成为分子生物学中最常用的基本技术,被广泛应用于基因克隆的筛选,酶切图谱的制作,基因序列的定量和定性分析及基因突变的检测等。核酸分子杂交(简称杂交)是核酸研究中一项最基本的实验技术。互补的核苷酸序列通过Walson-Crick碱基配对形成稳定的杂合双链分子DNA分子的过程称为杂交。

    1、Southern 杂交

    2、Northern 杂交

    3、原位杂交(ISH)

    4、荧光原位杂交(FISH)

    5、芯片杂交(属于固一液相杂交)

    每一种杂交技术都有其特点,因探针的选择不同又可以衍生出许多相关的技术,在不同领域发挥着重要作用。

    (二)DNA测序:是指分析特定DNA片段的碱基序列,也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤的(G)排列方式。快速的DNA测序方法的出现极大地推动了生物学和医学的研究和发现。在分子生物学研究中,DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。目前用于测序的技术主要有双脱氧链末端终止法和化学降解法。这二种方法在原理上差异很大,但都是根据核苷酸在某一固定的点开始,随机在某一个特定的碱基处终止,产生 A,T,C,G四组不同长度的一系列核苷酸,然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测,从而获得DNA序列。以此为基础近年来又发明了采用自动化测序仪进行的自动测序技术。

    (三)聚合酶链反应(PCR):又称无细胞克隆技术,是一种对特定的DNA片段在体外进行快速扩增的新方法。该方法一改传统分子克隆技术的模式,不通过活细胞,操作简便,在数小时内可使几个拷贝的模板序列甚至一个DNA分子扩增107~108倍,大大提高了DNA的得率。已广泛应用到分子生物学研究的各个领域。

    (四)连接酶链反应(LCR):是在连接酶扩增反应或连接酶检测反应的基础上,引入热稳定的连接酶而建立的类似PCR 技术的新方法。LCR 既可扩增,又可鉴定D N A 异常,与PCR 技术一样可用于已知病因的遗传病大面积普查。LCR 即在D N A 连接酶的作用下,通过连接与模板D N A互补的两个相邻寡核苷酸链,快速进行D N A 片段扩增。D N A连接酶可将与模板D N A 链互补的两条毗邻寡核苷酸片段连接起来,两条寡核苷酸链接头处存在碱基错配则阻止连接反应的发生。所以通过连接酶反应,可明确区分寡聚核苷酸是否与模板D N A 完全互补,检测基因点突变。

    (五)单链构象多态性分析(SSCP):是利用DNA或RNA单链构象具有多态性的特点,结合PCR技术进行基因检测的一种分析技术,称为PCR-SSCP技术,用以分析微生物的遗传学特征和基因突变。提高了基因突变检测的灵敏性,现已广泛用于遗传病及肿瘤基因分析。

    (六)限制性片段长度多态性分析(RFLP): 技术的原理是检测DNA在限制性内切酶酶切后形成的特定DNA片段的大小。因此凡是可以引起酶切位点变异的突变如点突变(新产生和去除酶切位点)和 一段DNA的重新组织(如插入和缺失造成酶切位点间的长度发生变化)等均可导致RFLP的产生。在法医学中已成为常规手段和方法。

    (七)单核苷酸多态性分析(SNP):主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传的变异中最常见的一种。占所有已知多态性的90%以上。SNP在人类基因组中广泛存在,平均每500~1000个碱基对中就有1个,估计其总数可达300万个甚至更多。因此,SNP成为第三代遗传标志,人体许多表型差异、对药物或疾病的易感性等等都可能与SNP有关。 现在普遍认为SNP研究是人类基因组计划走向应用的重要步骤。这主要是因为SNP将提供一个强有力的工具,用于高危群体的发现、疾病相关基因的鉴定、药物的设计和测试以及生物学的基础研究等。SNP在基因组中分布相当广泛,近来的研究表明在人类基因组中每300碱基对就出现一次。大量存在的SNP位点,使人们有机会发现与各种疾病,包括肿瘤相关的基因组突变;从实验操作来看,通过SNP发现疾病相关基因突变要比通过家系来得容易;有些SNP并不直接导致疾病基因的表达,但由于它与某些疾病基因相邻,而成为重要的标记。

    (八)基因芯片技术:(又称DNA芯片、生物芯片),基因芯片的测序原理是杂交测序方法,即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法,在一块基片表面固定了序列已知的靶核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列TATGCAATCTAG,与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时,通过确定荧光强度最强的探针位置,获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列。然而 , 怎样去研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能就成了全世界生命科学工作者共同的课题。为此,建立新型杂交和测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要了。基因芯片(又称 DNA 芯片、生物芯片)技术就是顺应这一科学发展要求的产物,它的出现为解决此类问题提供了光辉的前景。该技术系指将大量(通常每平方厘米点阵密度高于 400 )探针分子固定于支持物上后与标记的样品分子进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。通俗地说,就是通过微加工技术 ,将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段(基因探针),有规律地排列固定于2cm2的硅片、玻片等支持物上,构成的一个二维DNA探针阵列,与计算机的电子芯片十分相似,所以被称为基因芯片。基因芯片被广泛应用于优生、疾病诊断、器官移植、病原体诊断、过敏性疾病的环境监测、法医学等方面。

    二、基因诊断的临床应用:

    1、用于遗传疾病的基因诊断;

    2、用于感染性疾病的基因诊断;

    3、用于肿瘤的基因诊断;

    4、用于药物代谢基因诊断;

    5、基因诊断在法医学中的应用。


基因诊断常用技术基因诊断的临床应用

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