分子生物学在微生物检验中的应用PPT课件.ppt

分子生物学在微生物检验中的应用 湖南省疾病预防控制中心微生物检验科黄一伟 1 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 2 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 生物芯片技术包括基因芯片 蛋白质芯片 组织芯片等 3 荧光定量PCR real timePCR 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 4 荧光定量PCR标记方法内掺式染料SYBRGreenI序列特异性探针TaqmanMolecularBeaconsDualProbes FRET 引物特异性探针Amplifluor Intergen 5 SYBR GreenI 6 Oligo1 Fluorescein Oligo2 LCRed640 荧光共振能量传递 FRETProbe 7 双标记探针 TaqmanProbe 8 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 fluorescenceresonanceenergytransfer FRET 9 X 分子信标 MolecularBeaconProbe 10 引物特异性探针 AmplisenorProbe 11 引物特异性探针 AmplifluorProbe 12 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 13 基因和蛋白质芯片 原理基因芯片 genechip 也称为DNA微距阵 DNAmicroarray DNA芯片 DNAchip 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 14 2020 2 4 15 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 16 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 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 17 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 18 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 19 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比较 20 等温扩增技术 RCA RollingCircleAmplification LAMP loop mediatedisothermalamplification NASBA Nucleicacidsequence basedamplification NASBA 21 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 22 未知病原体检测 高通量测序I ROCHE购买了454GS2 0 GSFLX454生命科学公司在测序过程中采用了纳米材料 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 GS2 0 0 1GB300 500bp GSFLX 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 23 ILLUMINA买了SOLEXA Solexa技术 IlluminaGenomeAnalyzer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17 35bp的序列1GB 24 ABI买了AGENCOURTSolid系统寡核苷酸连接和检测原理60bp4GB 25 未知病原体检测新技术 Affymetrix基因芯片技术 Affymetrix基因芯片技术是基因芯片领域的国际行业标准 已经为国际生命科学和医学 植物及微生物等基础研究领域广泛认可 利用该基因芯片技术作为主要研究手段之一在国际科学杂志发表的论文近4000篇 仅在Nature Science和Cell等影响因子非常高的杂志发表的论文就数百篇 26 再测序芯片技术用于分子诊断举例 1 劳伦斯伯克利国家实验室和防御科学技术实验室利用AFFY基因芯片技术在9个小时内一次鉴定3200种 微 生物 可以快速分类和定量分析环境样品中的原核和真核 微 生物 2 美国CDC在利用AFFYMETRIX公司开发的天花病毒再测序芯片来鉴定和分类数以百计的天花病毒株系 通过对更多的分离物测序 科学家可以更容易地把病原体亚型和患者结果关连起来 并了解哪个亚型是毒力最强的等问题 3 Affymetrix和英国HealthProtectionAgency HPA 共同开发了区分脑膜炎球菌不同株系的再测序芯片 芯片上代表了不同亚型脑膜炎球菌的基因组序列 可以成功分类以往方法可以分类的45个样品 及把以往方法不能分类的12