2019诺奖化学奖会给生物学家吗 这种DNA验证技术呼终于真相了

2019-10-09 19:27栏目:传媒

原题目:2019诺奖化学奖会给生物学家吗 这种DNA验证技术呼声高

2019诺奖化学奖会给生物学家吗 这种DNA验证技术呼终于假相了

视觉中国

本报记者 张佳星

    诺贝尔生理或医学奖未然揭晓,但生物学家们还无机会。

    据统计,1990年以来,有16次诺贝尔化学奖颁给了生物学方面的成就。以2017和2018年为例,诺贝尔化学奖就分别颁给了发明冷冻电镜和对活性蛋白质的定向退化钻研。

    被称为诺贝尔风向标的引文桂冠奖,今年其化学奖也有两项与生命科学密切相干,当看到Southern(直译“北方”)的鼎鼎小名时,记者当即决议“押宝”这个无处不在的DNA验证技术。

    Southern印迹法由埃德温·萨瑟恩(Edwin Southern)在英国医学钻研理事会从事科学钻研时发明,相干论文初次发表时他仅仅35岁,以他名字命名的DNA印迹技术,可用于确定特定DNA序列,并判别其性能、能否变异、图谱地位等,他后续还发明了DNA芯片等技术。引文桂冠奖称他的发明是高通量核酸剖析工作及基因图谱、诊断和筛查的开始,也是当今个性化医疗的基础。

    可检测遗传病中的单基因突变

    2007年江苏省高考生物学试卷中有一道关于Southern印迹法的试题,标题给出Southern印迹实验后取得的图像,请先生判别不同的条带阐明了什么生命科学意义——

    单基因遗传病可能经过核酸杂交技术(Southern印迹法)停止早期诊断。镰刀型细胞贫血症是一种在地中海地区发病率较高的单基因遗传病。已知红细胞失常个体的基因型为BB,镰刀型细胞贫血症患者的基因型为Bb。有一对夫妇被检测出均为该致病基因的携带者,为了能生下健康的孩子,每次妊娠早期都停止产前诊断。标题给出产前核酸分子杂交诊断和后果示用意。依据凝胶电泳带谱剖析可能确定胎儿能否患有镰刀型细胞贫血症。

    其中提到的B和b体如今DNA上仅仅是一个碱基的区别,如何可以将其区来到来呢?Southern印迹法做到了。

    它的原理可能笼统理解为“钓鱼执法”和“打出原形”两步——

    B和b因为一个碱基的不同在不同的酶切反应中就会反应不同,经过特定酶的“钓鱼执法”,两种基因“你向左,我向右”,但在表面还看不进去,这时分“锁住原形”(转移到尼龙膜等能锁住DNA的膜上)经过可显影的喷射性同位素等做标记,让探针DNA把锁住的原形呈现进去,完成“可视化”。由此,经过Southern印迹法,些微的DNA突变可能被检测进去。

    标题中提及的镰刀型细胞贫血症的基因基础,正是萨瑟恩1978年应用该方法发现的。与此同时,萨瑟恩决议利用分子生物学方法对人类基因组停止作图。为了这个计划中大规模序列剖析的需求,萨瑟恩停止了多项技术革新,包括利用凝胶电泳对经限度性内切酶切割后的片段精确分子量确实定、依据凝胶后果对DNA序列停止主动读取等。

    衍生出对蛋白等生命分子的检测方法

    因为以萨瑟恩名字命名的Southern印迹法与“北方的”英文一样,随后诞生的其余印迹法分别以Northern、Western命名。

    当待剖析的物质由DNA转变为RNA时,“南”变成了“北”。军事医学科学院基础医学钻研所蔡仕英等在引见《电泳的原理、运用及进展》中提道:在电流作用下,萨瑟恩胜利地将DNA片段从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维膜上停止分子杂交剖析,因此称为Southern印迹法。起初,艾尔文(Alwine)用类似方法也胜利地将RNA从电泳胶中转印到硝酸纤维膜上作分子杂交剖析,但他并没有称这一技术为Alwine印迹法,而是称之为Northern印迹法,以便与Southern印迹法相对应。

    1981年布瑞特(Burette)又胜利地将SDS-PAGE胶中的蛋白质转印到膜上停止免疫学剖析(如抗原抗体联合、蛋白质与配基联合等),继Alwine之后,Burette称这一技术为Western印迹法。蛋白印迹法是一项宽泛用于检测细胞或组织提取物中蛋白表达程度的技术。这项技术借助抗体与目标蛋白的联合作用,测量生物样品中的蛋白质程度。

    这样一来,在印迹电泳这个家族中,仅缺一个Eastern印迹法。起初有人提议将IEF胶(即等电聚焦电泳)中的蛋白质转印到膜上的技术称为Eastern印迹法,但这一建议并未被宽泛承受。Eastern印迹法是一种检测蛋白质翻译后润色的技术,其检测指标是蛋白质上特定的润色基团或部位,如脂肪酸链、糖基、磷酸化的氨基酸等等。在Eastern印迹法的试验中,通常要先用2D电泳将蛋白质分离,然后转到膜上,再用特异的探针去检测。蛋白质的翻译后润色是蛋白质执行性能过程中普遍存在的调控手腕。

    在印迹电泳技术中,萨瑟恩作为创始者、先行者发明的技术,衍生出人们对于DNA、RNA、蛋白质等生命流动的基本分子物质的疾速、准确、灵便的检测方法,引领了“‘南’者为大、号令四方”的钻研探求秩序和格局。

    不只如此,人们还触类旁通,完成了菌落上的定位检测。用类似的方法将生长在琼脂造就基上的菌落做成复制皿后再转移到硝酸纤维纸上变性并与特定的喷射标记的探针杂交,可能挑选出带有特定DNA片段的菌落,这种技术称为菌落杂交,又称原位杂交。

    菌落杂交,是由于生长在造就基平板上的菌落或噬菌斑依照其原来的地位不变地转移到滤膜上,并在原位发生溶菌、DNA变性和杂交作用。这种方法对于从成千上万的菌落或噬菌斑中鉴定出含有重组体分子的菌落或噬菌斑具备特殊的适用价值。

    DNA芯片使基因测序效率降职千万倍

    诺贝尔奖的授予是为了表彰对人类做出最严重贡献的人,迄今为止,Southern杂交技术照旧活跃在生命科学钻研的最前沿,并逐步走出试验室走进临床,用于疾病的诊断和检测。

    最新的钻研论文显示,科研人员应用Southern杂交技术对人类的线粒体DNA停止定量。在单个细胞中线粒体DNA基因组是全体基因组的“桑田一粟”,这使得定量检测非常艰巨。

    量少却至关重要,线粒体DNA的缺失或突变往往是致命的,,例如,在某些核苷类逆转录酶克服剂治疗的人类免疫毛病病毒感染患者中,线粒体毒性和线粒体DNA缺失也已报道。因此,用进一步发展的Southern印迹法来预计人类基因组DNA样品中的线粒体DNA含量非常重要。迄今为止,Southern杂交技术依旧是统筹稳、准、快的不可替代的DNA检测技术。“Southern杂交技术已成为检测特定DNA片段的经典方法之一。此法疾速、准确、灵便,目前已经宽泛地运用于医学、病毒学、转基因动植物鉴定、动物疾病诊断以及DNA指纹剖析等方面的钻研。”新疆大先生命科学与技术学院传授马正海等在相干技术的改进方面做了探求总结的工作,使得该技术的完成愈加便利。

    Southern印迹法的常青不衰还体如今萨瑟恩自己不连续的科研生涯中。材料显示,在发明了著名的Southern印迹杂交之后,他从英国医学钻研理事会(MRC)离开牛津大学,在特殊的玻璃外表经过有效的组合化学方法合成了特定寡核苷酸序列,该方法最终发展成为DNA芯片。1996年,萨瑟恩建设了牛津基因技术公司(OGT),次要停止高通量的核酸剖析工作。

    DNA芯片技术已经称为古代生命科学仪器设施绕不开的必备组件,使得检测效率完成了千万倍的降职,也使得基因测序、精准医疗的老本大大升高,有望普惠大众。