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日本科学家建立新式PCR扩增方法,能在常温37℃快速扩增DNA

实验室资讯网时间:2019-07-09 点击: 百度搜索

【导读】PCR技术,即聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)是一种用于扩增目标DNA的重要研究工具,由美国PE Cetus公司的Kary Mullis在1983年(1993年获诺贝尔化学奖)建立。 这项技术可在试管内的经数小时反应就将特定的DNA片段扩增数百万倍,这种迅速获取大量单一核酸片段的技术在分子生物学研究中具有举足轻重......
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PCR技术,即聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)是一种用于扩增目标DNA的重要研究工具,由美国PE Cetus公司的Kary Mullis在1983年(1993年获诺贝尔化学奖)建立。这项技术可在试管内的经数小时反应就将特定的DNA片段扩增数百万倍,这种迅速获取大量单一核酸片段的技术在分子生物学研究中具有举足轻重的意义,极大地推动了生命科学的研究进展。

日本科学家建立新式PCR扩增方法,能在常温37℃快速扩增DNA

PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成:

①模板DNA的变性:模板DNA经加热至94℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应做准备;

②模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;

③引物的延伸:DNA模板--引物结合物在Taq酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA 链互补的半保留复制链。

PCR技术自建立以来,经过不断的优化,已经在生命科学领域得到了广泛的应用,在某些研究和应用领域也是不可获取的一个关键技术。不过,其反应过程中对高温的依赖,也在一定程度上限制了其应用范围,比如在临床、食品和环境检测中的快速应用。

近日,来自东京工业大学、雅培日本以及日本电气通信大学的研究者报道了一种能够在常温(37°C/98.6°F)实现对DNA进行百万倍扩增和杂交的方法。

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该项被称为L-TEAM(Low-TEmperature AMplification)的方法历经科学家五年的研究,相比传统的PCR有多项优势。

凭借其便利的“一步法”设计,L-TEAM有效避免了高温变性和退火的步骤,也无需借助常规PCR所需要的特定仪器。这种高效低成本的方法能够防止蛋白质变性,因此对活体细胞实时分析提供了一种新的路径。

在发表于《有机与生物分子化学》(Organic & Biomolecular Chemistry)杂志,题为“Leak-free million-fold DNA amplification with locked nucleic acid and targeted hybridization in one pot”的研究中,研究者将一种名为锁核酸(locked nucleic acids,LNAs)的合成分子引入到了DNA链,而这种合成分子能够让DNA在杂交过程中变得更加稳定。

另外,加入LNA以后还带来了另一种意外但有益的结果。研究团队观察到DNA非特异性扩增的情况(注:原文是leak DNA amplification,如有更恰当中文表述,欢迎文末留言)有所减少,而这是DNA扩增研究中长期困扰科学家的一个问题。这就意味着,LNA能够减少疾病诊断中的错误也就是假阳性情况的出现。

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东京工业大学副教授Ken Komiya表示:“发现LNA在克服DNA扩增反应中常见的非特异性扩增问题中的新作用,我们很意外。我们计划进一步详细探究非特异性扩增背后的机制,并进一步改善L-TEAM技术的灵敏度和速度。”

预计在不久的未来,该技术也可以用来检测短链核酸如microRNA,以助力医学诊断,尤其是在POCT检测和疾病早期诊断方面将会发挥重要作用。在肿瘤检测领域,microRNA作为非常具有潜力的生物标志物,正日益受到业界的认可。

此外,研究人员也表示,L-TEAM技术也将会被应用于DNA计算和DNA控制分子机器人。最初研究该技术的动力是建立一种新的扩增模式以构建高级分子系统,而这种系统能够让科学家对生物活体运行机制进行研究。

参考资料:

1.Leak-free million-fold DNA amplification with locked nucleic acid and targeted hybridization in one pot

2.A rapid, easy-to-use DNA amplification method at 37 Celcius

(本文来源:医学中文网 )

(责任编辑:子豪)

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