素材：生物探针的种类及应用2021-2022学年高二下学期生物人教版选择性必修3

生物探针的种类及应用高中生物学选择性必修三多处提及了生物探针，近年生物学选考试题也屡屡涉及。那么，生物探针有哪些？具体有哪些应用呢？常见核酸分子探针及其应用

核酸探针分子杂交是指具有一定同源性的两条核酸单链在一定条件下（适宜的温度及离子强度等）可按碱基互补原则形成双链，此杂交过程是高度特异的。杂交的双方是待测核酸及探针。一、DNA探针DNA探针是最常用的核酸探针，指长度在几百碱基对以上的双链DNA或单链DNA探针。现已获的DNA探针种类很多，有细菌、病毒、原虫、真菌、动物和人类细胞DNA探针，这类探针多为某一基因的全部或部分序列，或某一非编码序列。

DNA探针（包括cDNA探针）有三大优点：第一，这类探针多克隆在质粒载体中，可以无限繁殖，取之不尽，制备方法简便。其次，DNA探针不易降解（相对RNA而言），一般能有效抑制DNA酶活性。第三，DNA探针的标记方法较成熟，有多种方法可供选择，如缺口平移法、随机引物法、PCR标记法等，能用于同位素和非同位素标记。二、cDNA探针cDNA是指互补于mRNA的DNA分子。cDNA是由RNA经一种称为逆转录酶的DNA聚合酶催化产生的。携带逆转录酶的病毒侵入宿主细胞后，病毒RNA在逆转录酶的催化下转化成双链cDNA，并进而整合入宿主细胞染色体DNA分子，随宿主细胞DNA复制同时复制，这种整合的病毒基因组称为原病毒。在静止状态下，可被复制多代，但不被表达，故无毒性，一旦因某种因素刺激而被活化，则该病毒大量复制。如其带有癌基因，还可能诱发细胞癌变。三、RNA探针RNA探针是一类很有前途的核酸探针，由于RNA是单链分子，所以它与靶序列的杂交反应效率极高。早期采用的RNA探针是细胞mRNA探针和病毒RNA探针，这些RNA是在细胞基因转录或病毒复制过程中得到标记的，标记效率往往不高，且受多种因素的制约。这类RNA探针主要用于研究目的，而不是用于检测。四、寡核苷酸探针前述三种探针均是可克隆的，一般情况下，只要有克隆的探针，就不用寡核苷酸探针。合成的寡核苷酸探针具有以下特点：第一，由于链短，其序列复杂度低，分子量小，所以和等量靶位点完全杂交的时间比克隆探针短。第二，寡核苷酸探针可识别靶序列内一个碱基的变化，因为短探针中碱基错配能大幅度降低杂交体的Tm值。第三，一次可大量合成寡核苷酸探针，使得这种探针价格低廉，与克隆探针一样，寡核苷酸探针能够用酶学或化学方法修饰以进行非放射性标记物的标记。最常用的寡核苷酸探针长18-40个碱基，目前的合成可有效地合成至少50个碱基的探针。利用核酸探针杂交技术比用免疫学抗原抗体技术有更高的特异性和敏感性等优点，已显示出巨大的发展潜力。许多核酸（基因）探针已直接用于基因检测，疾病诊断和病因研究。正在迅速发展的基因诊断更需要制作各种基因探针。

抗体探针及其应用抗体探针又称蛋白质探针，能和与之相对应的抗原蛋白发生特异结合。抗体探针检测法是一种，以抗体探针为基础的免疫学检测方法。在抗体与抗原识别后，通过对标记物的定性和定量检测而达到对抗原(或抗体）检测的目的。传统的免疫标记物包括放射性同位素、酶和有机荧光染料分子等。

单克隆抗体只与抗原分子上某一个表位(即抗原决定簇)相结合，利用这一特性就可把它作为研究工作中的探针。

此时，可以从分子、细胞和器官的不同水平上，研究抗原物质的结构与功能的关系，进而并可从理论上阐明其机理。如用荧光物质标记单抗作为探针，能方便地确定与其结合的相应生物大分子(蛋白质、核酸、酶等)在细胞中的位置和分布。单克隆抗体作为医学检验试剂，更能充分发挥其优势。单克隆抗体的特异性强，大大提高了抗原—抗体反应的特异性，减少了和其它物质发生交叉反应的可能性，使试验结果可信度更大。单抗的均一性和生物活性的单一性，使抗原－抗体区应结果便于控制，利于标准化和规范化。

单克隆抗体的制备示意图单克隆抗体探针筛选目的基因用单克隆抗体（单抗）探针筛选目的基因是重组DNA技术中的一项新方法，目前已在多个领域中得到应用。1．为了获得某个特定基因，可以先提取mRNA，然后通过特定的单克隆抗体所识别的mRNA体外翻译系统的产物来确定特定的mRNA，然后反转录cDNA并克隆，得到单克隆抗体所识别蛋白的基因。2．克隆的DNA与被单克隆抗体通过体外翻译系统确定了的mRNA杂交，目的基因的DNA由于与单克隆抗体所确定的mRNA互补，其转录mRNA的作用被抑制，因而被抑制转录功能的基因，即为所筛选的基因。3．用单克隆抗体提纯抗原，以分析抗原的全部或部分氨基酸序列，再推导出相应的DNA碱基序列，根据DNA序列可以人工合成寡聚核苷酸探针，用此探针在基因组文库或cDNA文库中筛选单克隆抗体所识别抗原的基因。例、(2022年1月浙江生物学选考试题)我国在新冠疫情防控方面取得了显著的成绩，但全球疫情形势仍然非常严峻，尤其是病毒出现了新变异株——德尔塔、奥密克戎，更是威胁着全人类的生命健康。（1）新冠病毒核酸定性检测原理是：以新冠病毒的单链RNA为模板，利用

酶合成DNA，经PCR扩增，然后在扩增产物中加入特异的

，如果检测到特异的杂交分子则核酸检测为阳性。（2）接种疫苗是遏制新冠疫情蔓延的重要手段。腺病毒疫苗的制备技术要点是：将腺病毒的复制基因敲除；以新冠病毒的

基因为模板合成的DNA插入腺病毒基因组，构建重组腺病毒。重组腺病毒在人体细胞内表达产生新冠病毒抗原，从而引发特异性免疫反应。在此过程中，腺病毒的作用是作为基因工程中目的基因的

。将腺病毒复制基因敲除的目的是

。（3）单克隆抗体有望用于治疗新冠肺炎。单克隆抗体的制备原理是：取免疫阳性小鼠的

细胞与骨髓瘤细胞混合培养，使其融合，最后筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。与植物组织培养相比，杂交瘤细胞扩大培养需要特殊的成分，如胰岛素和

。答案：（1）逆转录

核酸探针

（2）抗原

载体

使腺病毒失去复制能力（3）脾

动物血清解析：本试题考查疫苗的研制和单克隆抗体的制备。（1）以新冠病毒的单链RNA为模板，利用逆转录酶合成DNA，经PCR扩增，然后在扩增产物中加入特异的核酸探针，如果检测到特异的杂交分子则核酸检测为阳性。（2）腺病毒疫苗的制备技术要点是：将腺病毒的复制基因敲除；以新冠病毒的抗原基因为模板合成的DNA插入腺病毒基因组，构建重组腺病毒。重组腺病毒在人体细胞内表达产生新冠病毒抗原，从而引发特异性免疫反应。在此过程中，腺病