分子生物学在微生物检验中的应用课件

1、分子生物学在微生物检验中的应用,分子诊断学,分子诊断学是以分子生物学理论为基础，利用分子生物学的技术和方法研究人体内源性或外源性生物大分子和大分子体系的存在、结构或表达调控的变化，为疾病的预防、预测、诊断、治疗和转归提供信息和决策依据。,分子生物学在微生物检验中的应用,分子诊断学三个阶段,3个阶段： （1）利用DNA分子杂交技术进行遗传病的基因诊断； （2）以PCR技术为基础的DNA诊断，特别是定量PCR和实时PCR的应用，不仅可以检测存在于宿主的多种DNA和RNA病原体载量，还可检测多基因遗传病细胞中mRNA的表达量； （3）以生物芯片（biochip）技术为代表的高通量密集型检测技术，生物

2、芯片技术包括基因芯片，蛋白质芯片，组织芯片等。,分子生物学在微生物检验中的应用,荧光定量 PCR（real-time PCR) 通过荧光染料或荧光标记的特异性的探针,对PCR产物进行标 记跟踪,实时在线监控反应过程,结合相应的软件可以对结果进行分析,计算待测样品的初始模板量。 荧光定量 PCR仪 光定量PCR仪是一种带有激发光源和荧光信号检测系统的PCR仪,通常配有电脑系统及相应的分析软件。,分子生物学在微生物检验中的应用,荧光定量PCR标记方法 内掺式染料 SYBR Green I 序列特异性探针 Taqman Molecular Beacons Dual Probes(FRET) 引物特异

3、性探针 Amplifluor (Intergen),分子生物学在微生物检验中的应用,SYBR-Green I,分子生物学在微生物检验中的应用,Oligo 1: Fluorescein,Oligo 2: LC Red 640,荧光共振能量传递（FRET Probe）,分子生物学在微生物检验中的应用,双标记探针（Taqman Probe）,分子生物学在微生物检验中的应用,Taqman探针3端Q荧光分子能够吸收5端R荧光分子发出的荧光,因此,正常情况下该探针检测不到5端荧光分子发出的荧光,只能检测到3端荧光分子的荧光信号,但当溶液中有PCR 产物(模板) 时,探针与模板退火,即产生了适合于核酸外切酶

4、活性的底物,从而激活Taq 酶的5外切酶活性,将探针5端连接的R荧光分子从探针上切割下来,破坏了两个荧光分子间的FRET ,从而发出荧光,切割的R荧光分子数与PCR 产物的数量成比例,因此,根据PCR 反应液的荧光强度即可计算出初始模板的数量,荧光能量传递技术(fluorescence resonance energy transfer , FRET),分子生物学在微生物检验中的应用,X,分子信标（Molecular Beacon Probe）,分子生物学在微生物检验中的应用,引物特异性探针（Amplisenor Probe）,分子生物学在微生物检验中的应用,引物特异性探针（Amplifluo

5、r Probe）,分子生物学在微生物检验中的应用,荧光定量实时PCR与普通PCR的比较 实时在线监控 对样品扩增的整个过程进行实时监控,能够实时地观察到产物的增加,直观地看到反应的对数期 降低反应的非特异性 使用引物和荧光探针同时与模板特异性结合,提高了PCR反应的特异性 增加定量的精确性 全程监控,准确的算法进行定量 结果分析更加快捷方便,无需跑胶,分子生物学在微生物检验中的应用,基因和蛋白质芯片,原理 基因芯片(gene chip)也称为DNA微距阵(DNA microarray)、DNA芯片(DNA chip)等。它是指 将大量靶基因或寡核苷酸片段有序地高密度地 排列固定于玻片、硅片等固

6、相载体上，然后与 待测的标记样品的基因按碱基互补配对原理进 行杂交，通过激光共聚焦荧光检测系统等对芯 片进行扫描，再经计算机软件处理，从而获取 大量的信息。,分子生物学在微生物检验中的应用,基因微阵列技术优势,基因微阵列技术作为一种高通量的检测 新技术,可以同时检测数以万计的生物分 子，现在已经广泛应用于各个方面，其 中包括病原生物的监控和诊断。 发现未知病原体。例如确定SARS-CoV应 用了基因微阵列技术。,分子生物学在微生物检验中的应用,目前国内外蛋白质芯片或基因芯片产品的进展情况,国外: 赛弗吉生物系统公司（纳斯达克代码：CIPH）的蛋白质芯片系统 已经通过了中国国家食品药品监督管理局

7、（SFDA）的医疗设备审 批。这也是广谱仪器第一次在中国被批准作为一种医疗设备使用。 affymetrix 公司开发出测P53基因是否有突变以判断患癌症可能 性的P53芯片，能诊断药物代谢缺乏症的细胞色素P450芯片. 在 病原体的检测方面, 成功的例子有HBV、丙型肝炎病毒HCV、甲型 肝炎病毒（HAV）、庚型肝炎病毒（HGV）、巨细胞病毒（CMV）、 梅毒、弓形虫、结核杆菌等多种病原体的诊断基因芯片. 另外血 液RD 等25 种红细胞抗体系统以及高血压病因, 血管内皮细胞生 长因子（VEGF）和人促黄体生成激素（hLH）等也都有了诊断基 因芯片。在肿瘤方面,蛋白质芯片已成功地应用于诊断白血

8、病、 乳腺癌、心力衰竭等疾病的诊断,诊断用的抗体芯片有霍乱毒素、 葡萄球菌内毒素B、蓖麻蛋白和枯草杆菌球体的诊断. 最近， siemens公司、fraunhofer硅工艺研究院和infineon公司正在开 发电化学生物芯片诊断系统.,分子生物学在微生物检验中的应用,国内: 上海数康生物科技有限公司研制开发的“多肿瘤标志物蛋白 质芯片诊断系统”于2001年12月获得国家卫生行政部门颁发的 新药证书和试生产批文。本实验室采用该诊断系统对12种肿 瘤标志物甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)、糖原199(CA199)、 糖原242(CA242)、糖原(CA125)、糖原153(CA153)、神经元

9、特 异性烯醇化酶(NSE)、前列腺特异抗原(PSA)、游离前列腺特 异抗原(f-PSA)、铁蛋白(FER)、-人绒毛膜促性腺激素(- HCG)，人生长激素(HGH)含量进行定量分析, 测定9种肿瘤(如 卵巢肿瘤, 肝癌等).,分子生物学在微生物检验中的应用, 由上海裕隆生物科技有限公司及曲阜裕隆生物科技有限 公司研发丙型肝炎病毒分片段抗体检测试剂盒（蛋白芯片） 能够同时检测血清或血浆中抗HCVCore、抗HCVNS3、抗HCVNS4、 抗HCVNS5以及上述四种抗体的总抗体5项指标，突破了传统的 丙型肝炎酶联免疫吸附（ELISA）法检测试剂盒一次只能检 测初筛指标抗HCV总的局限，而采血量仅为

10、ELISA法的1/5， 具有丙型肝炎感染初筛和确诊的双重功能，并能反映丙型肝 炎感染、治疗和愈后状况。此外，该试剂盒还具有检测特异 性强、灵敏度高、平行性好、成本低、操作简单快速、自动 化程度高等优点。2004年6月24日获国家食品药品监管局颁 发的新药证书。这标志着我国生物芯片技术向临床免疫检测 领域的又一次成功突破。 瑞芯生物科技有限公司已成功开发出乙型肝炎基因多态性 检测芯片、丙型肝炎基因分型检测芯片、结核分支杆菌耐药 性检测芯片、地中海贫血症检测芯片等产品.,分子生物学在微生物检验中的应用,建立基因芯片技术平台,探针设计 探针制备 探针点片 样本处理 杂交条件 标记方法 结果分析 平行

11、比较,分子生物学在微生物检验中的应用,等温扩增技术, RCA (Rolling Circle Amplification) LAMP (loop-mediated isothermal amplification ) NASBA (Nucleic acid sequence-based amplification，NASBA),分子生物学在微生物检验中的应用,未知病原体检测新技术, 高通量测序 DNA再（重）测序芯片 多重PCR和质谱联用,分子生物学在微生物检验中的应用,未知病原体检测-高通量测序I,ROCHE购买了454 GS 2.0 ，GS FLX 454生命科学公司在测序过程中采用了纳米

12、材料，使测序速度 提高了100倍。该生命科学公司利用皮升（picolitre）级反应器 进行测序，虽然这种新的测序方法单个反应的读取碱基数和准 确率都不及毛细管电泳法，但是由于一次反应数量巨大，所以 总体上取得了高速的突破。 150-200bp (GS 2.0 ) , 0.1GB 300-500bp (GS FLX ) 1GB 每小时600Mbp (100倍Sanger法) 一个人一台机器100天内轻松地完成30亿bp(3G),分子生物学在微生物检验中的应用,ILLUMINA买了SOLEXA; Solexa技术: Illumina Genome Analyzer测序仪 基本原理：可逆性末端终结反应 四种碱基分别标记四种不同荧光，每个碱基末端被保护基团 封闭，单次反应只能加入一个碱基，经过扫描，读取该次反 应颜色后，该保护基团被除去，下一个反应可继续进行，如 此反复，得出碱基的精确序列 1735bp的序列 1GB,分子生物学在微生物检验中的应用,ABI买了AGENCOURT Solid 系统 寡核苷酸连接和检测原理 60bp 4GB,分子生物学在微生物检验中的应用,未知病原体检测新技术-Affymetrix基因芯片技术,A