基因诊断
第九章基因诊断
基因诊断是通过检测基因的存在状态或缺陷对疾病作出诊断的方法。
基因诊断的主要技术：
1、核酸分子杂交
2、聚合酶链反应（PCR）
3、基因芯片技术
第一节核酸分子杂交技术
核酸杂交（Nucleic acid hybridization）是指具有一定同源性的两条单链核酸在一定条件下，按碱基互补的原则重新配对形成双链的过程。
一、核酸杂交的基本原理
DNA的变性和复性：
在一定的条件（如适当的温度、有机溶剂存在等）下，DNA的双链可解开成为单链，这一过程称为DNA的变性（Denaturatioin）。高温、低盐和有机溶剂促进DNA变性。
Tm值是反映DNA的热稳定性的一个参数，称为DNA的熔化温度，系指一半的双链DNA解离成为单链时的温度。
DNA的热稳定性或Tm值直接与其碱基组成特别是GC碱基对含量有关，GC碱基对含量越高，Tm值也越高。
DNA的杂交即复性（Renaturation）是变性的单链DNA在一定的条件下（低于Tm的温度下）与其互补序列退火形成双链的过程，因此杂交与Tm值相关。
影响杂交的主要因素：
温度：一般在低于Tm约15至２５度的温度下杂交速率最快。
盐浓度：钠离子增加杂交分子的稳定性，降低钠离子浓度强烈地影响Tm值和复性速率。但当钠离子浓度超过0.4M时，对复性速度和Tm值影响不大。
甲酰胺：有机溶剂如甲酰胺能减少双链核酸的稳定性。每增加1%的甲酰胺，DNA/DNA或DNA/RNA双链的Tm值减少0.72℃。常用50%甲酰胺
硫酸葡聚糖：使杂交速率增加，但有时可能增加杂交本底。
二、核酸探针的选择和标记
核酸探针是指能与待检测的靶核酸序列互补杂交的某种已知核酸片段，它必须具有高度的特异性，并且带有某种适当的标记以便被检测。
（一）核酸探针的类型
1、克隆的DNA片段，常用cDNA探针。
2、RNA探针（Riboprobe）
RNA探针的优点是特异性高；杂交效率(灵敏度)更高。适合于Northen杂交、原位杂交等。主要缺点是不稳定，易被降解，另外其制备较困难。
3、寡核苷酸探针可用化学方法人工合成，制备较方便，但灵敏度稍差。
4、聚合酶链反应扩增产物是很好的探针来源，其优点是制备和标记相对容易。（二）核酸标记的类型
放射性同位素目前应用最广，优点是灵敏度高，特别适用于单拷贝基因或低丰度mRNA检测，缺点是易造成放射性污染以及半衰期短，使用不便。
核酸探针标记常用的同位素有以下几种：
１、３２P：其放射性强，自显影时间短，灵敏度较高，缺点是半衰期短（14.3天），放射线散射较严重，因此对分辩率有影响。
２、35S ：放射性较低，半衰期长（87.1天），灵敏度较高；低散射，因此在用Ｘ－光片自显影时分辩率高，特别适用于核酸序列分析和原位杂交等
实验。
３、33P ：是一种较理想的同位素，它的放射性较低，灵敏度高，分辩率好，半衰期也较长(25.4天)，适用范围较广。但价格偏高。
非同位素标记：常用地高辛或生物素系统。
优点：无放射性污染，较稳定；缺点：灵敏度、特异性稍差。
（三）核酸探针的标记
1、随机引物法（Random priming）
随机引物是人工合成的含有各种可能的排列顺序的六核苷酸片段的混合物，因此可以与任何核酸片段杂交，并作为聚合酶反应的引物。
标记酶：大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的大片段－klenow片段。
特点：所得探针的放射性比活较高，适用于大多数杂交。
2、缺刻平移法(Nick translation0
标记酶：大肠杆菌DNaseⅠ（极微量）和DNA聚合酶Ⅰ。
用缺刻平移法制备的探针较短，较适合于原位杂交。
3、RNA探针的制备和标记
RNA探针可用RNA聚合酶体外转录法制备。该方法的合成效率高，所得产物大小均一，有较高的比活，特异适合于Northern杂交和原位杂交。
4、聚合酶链反应标记DNA探针
利用Taq DNA聚合酶和标记的dNTP,sk 以少量的起始模板合成高比活的c 双链或单链DNA探针。
5、寡核苷酸探针的标记
5’-端标记：T4多核苷酸激酶标记法，一般用于制备DNA序列分析时用的5’-标记的寡苷酸引物。
3’-端标记：末端转移酶法，32P-dNTP或ddNTP。
6、非同位素核酸探针标记：地高辛或生物素标记的核酸探针的制备方法和同位素探针相似。但是不能用多核苷酸激酶标记法直接对5’-端进行非同位素标记。
三、常用核酸杂交技术
滤膜杂交
固相杂交
核酸杂交原位杂交
液相杂交
滤膜杂交是指先将待检测的核酸序列结合到适当的固相支持物如尼龙膜上，然后与存在于溶液中的已标记探针进行杂交的过程。
滤膜杂交的基本过程为：
1、核酸探针的制备和标记；
2、核酸片段的凝胶电泳分离；
3、将凝胶中的核酸片段通过印迹（blot）转移到某种固相支持物上；
4、用标记的探针与被固定的靶核酸序列杂交（通过还包括预杂交）；
5、洗膜（除去未杂交的游离探针等）；
6、检测带标记的杂交分子（放射自显影或酶联反应）。
（一）斑点／狭缝印迹（Dot/slot blot）杂交：DNA或RNA样品经变性后直接点样于尼龙膜上，然后进行杂交和检测。其优点是简单、迅速，可同时做多
个样品；缺点是特异性不好，有一定比例的假阳性，此外，靶核酸的分子
大小难于判断。
（二）Southern印迹：指将经过电泳分离的DNA片断转移到一定的固相支持物的过程。
Southern印迹杂交的步骤如下：
1、用限制性内切酶消化大分子DNA;
2、用琼脂糖凝胶电泳对DNAa片段按分子量大小分离；
3、将DNA片段在琼脂糖凝胶电泳中变性成单链后，再转移到适当的固相支
持物上并与之结合；
４、探针与膜上的DNA杂交；
５、检测。
Southern印迹杂交主要用于基因组结构分析、基因组DNA的定性和定量分析以及利用限制性片段长度多态性进行基因突变分析等。
（三）Northern印迹：是指RNA经变性凝胶电泳后，将其转移到固相支持物上，以便用杂交反应检测特定的mRNA分子的含量与大小。是基因表达研究分析的标准方法。
Nothern印迹的基本过程包括：
1、RNA的提取；
2、RNA变性电泳；
3、RNA转移和固定；
4、杂交；
5、检测。
除RNA的提取和变性胶电泳与DNA不同外，其余基本与Southern印迹相同，关键是减少实验中的RNA酶污染。
（四）核酸杂交在基因诊断中的应用
通过核酸杂交技术，可以利用带有某种标记的已知核酸片段作为探针，去检测未知核酸序列。因此，核酸杂交可用于基因鉴定和基因突变分析等领域。
1、限制性片段长度多态性（RFLP）分析
多态性（polymorphism）指基因组中特定基因座位（DNA序列）存在两种或两种以上状态（等位基因），并且其中任何一个等位基因在人群中的频率不低于1%。
限制性片段长度多态性（RFLP）是由于DNA变异（产生新的酶切位点或消除原有的酶切位点）导致在限制性核酸内切酶酶切时产生不同长度的片段。可借助southern blotting或PCR 的方法进行检测
RFLP分析与遗传病基因诊断。
人类染色体VNTR序列的RFLP分析图谱：DNA fingerprinting。
2、等位基因特异性寡核苷酸（ASO）探针杂交
寡核苷酸中的碱基错配会大大影响杂交分子的稳定性，因此可用人工合成的针对正常和突变等位基因的特异性寡核苷酸探针进行杂交，检测点突变。
3、基因表达分析
常用Northern blotting或原位杂交分析。
第二节聚合酶链反应（PCR）技术
一、PCR的基本原理
（一）PCR的基本过程
PCR是一种体外扩增特异DNA片段的技术。它包括下列三个基本步骤：
1、变性（Denaturation）：待扩增的DNA模板加热变性成单链；
2、退火（Annealing）：降低温度，使单链靶序列与寡核苷酸引物退火；
3、延伸（Extension）：在适当条件下，利用DNA聚合酶使引物延伸，产生新的双链。上述变性、退火、延伸步骤的重复循环，导致特异的靶序列的指数扩增。
PCR产物是介于引物的5’端之间的双链DNA片段。
（二）PCR体系中的主要成份
1、Taq DNA 聚合酶是一种耐热的DNA聚合酶，具有5’-3’DNA聚合酶活性，一般有5’-3外切酶活性，有或无3’-5’外切酶活性（校对活性），无校对活性的酶在PCR中错掺率较高。
PCR中 Taq 酶的用量一般为0.5-2.5U，过多易造成非特异性扩增，过少可能灵敏度不够。
2、寡核苷酸引物是决定PCR扩增特异性的关键。
设计PCR引物时的几条原则：
①引物长度一般15-30 碱基，过短则特异性低；
②避免内部二级结构；
③ G/C和A/T碱基均匀分布，G/C含量在45%-55% 之间；
④两个引物（特别是3’端）间不能发生互补，以免形成引物引物二聚体；
⑤引物的3’-端碱基一般应与模板严格配对，并且3’端为G、C或T时引发效
率较高；
⑥引物的5’-端可添加与模板无关的序列（如限制性内切酶的识别位点、ATG
起始密码子或启动子序列等）
PCR中所用引物浓度一般在0.1-0.5uM太高的引物浓度易造成非特异性扩增，太低会降低合成效率。
3、MgCl2 Mg2+浓度除影响Taq酶活性外，还影响双链DNA的Tm值，因而影响PCR的特异性和扩增效率。
PCR中的最适MgCl2浓度一般为1.5-2.5mM(注意游离Mg2+浓度还与能结合Mg2+的化合物如dNTP、EDTA 等的浓度有关。
4、脱氧核苷三磷酸（dNTP）一般采用均衡的dNTP浓度，4 种dNTP各为200umol/L,dNTP可减少游离Mg2+，因此影响聚合酶活性和引物退火。
5、模板单、双链DNA，以及RNA经逆转录合成的cDNA。
PCR样品可以是粗制品，但不应含有核酸酶和蛋白酶及其它干扰Taq酶活性的抑制剂。
引物/模板的比率影响PCR的特异性。
(三)PCR循环参数
1、预变性（Initial denaturation）．
模板DNA完全变性对PCR能否成功至关重要，一般95℃加热3-5分钟。
2、引物退火（Primer annealing）
退火温度一般需要凭实验（经验）决定。
退火温度对PCR的特异性有较大影响。
3、引物延伸
引物延伸一般在72℃进行（Taq酶最适温度）。
延伸时间随扩增片段长短而定。
4、循环中的变性步骤
循环中一般95℃，30秒足以使各种靶DNA序列完全变性：
变性时间过长损害酶活性，过短靶序列变性不彻底，易造成扩增失败。5、循环数
大多数PCR含25-35循环，过多易产生非特异扩增。
6、最后延伸
在最后一个循环后，反应在72℃维持5-15分钟．使引物延伸完全，并使单链产物退火成双链。
（四）PCR中的污染和假阳性
PCR中污染主要来自
1、样品间交叉污染；
2、先前PCR产物遗留（carry-over）
二、几种常用特殊PCR技术
（一）逆转录PCR（Reverse transcription－PCR,RT-PCR）
RNA经逆转录后可作为PCR的模板.逆转录PCR（RT－PCR）常用于基因表达研究（定量PCR）和逆病毒检测．
设计RT－PCR引物时，应使引物分别位于不同的外显子中，以便区别cDNA 和gDNA扩增产物。
（二）多重PCR（Multiple PCR）
在同一PCR反应体系中用多对引物（覆盖不同长度的靶序列）同时扩增。
例如用多重PCR进行DNA缺失筛选
(三) 套式PCR（nested PCR）
用第一次PCR扩增区域内部的第二对（套式）引物对第一次PCR产物再次扩增,可以增加特异性和灵敏度。
(四)非对称PCR（asymmetric PCR）
在PCR反应体系中，限制引物之一的浓度（50－100:1）进行扩增，可得到单链PCR产物,可用于制备单链测序模板或单链DNA杂交探针。
三、PCR与突变检测
通过PCR扩增片段的多态性分析有助于检测各种突变。
PCR扩增产物的多态性可分为三种类型：
1、限制性片段长度多态性（Restriction fragment length polymorphism-RFLP）;
2、序列多态性(Sequence polymorphism);
3、长度多态性(Length polymorphism)
（一）PCR-RFLP分析
设计适当的扩增引物，使扩增片段包括某一或数个多态性的限制性内切酶识别序列，在PCR扩增后用该限制酶切割PCR产物，根据电泳后酶切片段长度变化，即可作出诊断，该方法主要用于检测各种已知突变。
（二）PCR结合ASO探针杂交分析
ASO（Allele specific oligonucleotide）探针：等位基因特异性寡核苷酸探针，指针对各种正常和突变靶序列设计的特异性寡核苷酸探针。
1、PCR产物变性后斑点印迹至膜上，用一系列AS0探针杂交，严格控制杂交和洗膜条件、确保正常ASO探针只与正常靶序列条交，而突变ASO只与含相应突变碱基的靶序列杂交。
2、另一种方法是将ASO探针固定在膜上，然后与生物素标记的PCR产物杂交-反向斑点杂交（reverse dot－blot），这样一次杂交可完成多个探针检测。
上述方法适用于基因组中某些固定位点上的已知序列差异的检测，如癌细胞中的ras突变，HLA typing等。
（三）等位基因特异性扩增（A11eles specific amplification，ASA）-又称扩增
阻碍突变系统(Amplification refractory mutation system，ARMS)
利用PCR引物的3’端末位碱基必须与其模板DNA互补才能有效扩增的原理，设计等位基因特异性PCR扩增引物，在严格的条件下，只有在引物3’碱
基与模板配对时才能出现PCR扩增带，从而检测出突变，该法省去了探针杂交
操作。
（四）PCR-SSCP分析
单链DNA在中性条件下，由于碱基配对等分子内相互作用而具有复杂的折
叠构象，在聚丙烯酰胺凝胶电泳中，其迁移率除与长度有关外，还与其构象有关。DNA的突变造成DNA片段中碱基序列不同，变性为单链后在中性聚丙烯
酰胺凝胶中的构象不同—单链构象多态性（Single strand conformation polymorphism，SSCP），利用迁移率的差别可使各种序列不同的单链得以分离。
PCR一SSCP的步骤：PCR扩增→产物热变性成单链→非变性PAGE→显示（放射自显影或银染等）
PCR－SSCP是检测点突变的简便灵敏方法，已用于多种遗传病、肿瘤中原癌基因和抑癌基因的突变分析，对＜200bp片段其灵敏度较好，靶序列增长时其灵敏度下降（一般175-345nt）。
（五）扩增片段长度多态性（Amp-FLP）
VNTR、STR等重复序列，因重复单位数目的不同而呈现高度多态。因此利用重复序列两侧的特异性引物进行PCR扩增，所得扩增片段具有高度多态性，这些不同长度的等位片段可用PAGE分离。
（六）PCR直接测序
DNA序列分析是检测基因突变最直接最可信的方法，它不仅可确定突变的部位，还可确定突变的性质。PCR直接测序是指对PCR产物直接进行序列分析，而不是先将DNA待测片段克隆于测序载体上，这可大大的简化操作步骤。PCR产物测序常采用循环测序法（cycle sequencing）：在PCR反应体系中同时将ddNTP加入，并利用同位素或荧光素标记的引物引导扩增，使模板的扩增与测序同时进行。应用PCR测序有以下优点：模板需要量小；方法简便，易自动化；
测序效率高。
四、PCR在基因诊断中的应用
（一）遗传病的基因诊断
目前已有近百种遗传病可用PCR技术进行诊断和产前诊断。用PCR对遗传病进行诊断的前提是对致病基因的结构必须部分或全部清楚。
.如利用PCR-RFLP或Amp-FLP对遗传病家系进行连锁分析，进而作出基因诊断。
（二）传染病诊断
PCR已应用于多种病原体的特异性检测和鉴定
1、病毒：如HBV，HCV，HIV，HPV等。
2、致病菌：如淋球菌、结核杆菌、军团菌、幽门螺杆菌、肺炎支原体等；（三）肿瘤基因诊断
1、原癌基因和抑癌基因突变，如ras,p53；癌基因扩增和表达分析。
2、利用微卫星不稳定性，直接诊断肿瘤，如膀胱癌等；
3、分析白血病（如CML）中异常染色体易位，检测微小残留病变（Minimal residual disease，MDR）
4、肿瘤多药耐药性（multi-drug resistance,MDR）检测
5、端粒酶活性检测
第三节基因芯片技术
基因芯片（Gene chip/DNA chip）又称为DNA微矩阵（DNA Microarray），是包被在固相载体上的高密度DNA的微阵列。
一、基因芯片的类型：
1、寡核苷酸芯片：采用固相原位合成技术制备的，或用传统方法合成后再固定
于芯片上的寡核苷酸探针阵列（Genechip, Affymatrix,Inc）。
2、DNA微矩阵（DNA Microarray）：将DNA探针通过自动化点样技术固定于特定
的固相支持物如玻璃表面，然后再与靶序列杂交。
二、基因芯片技术的原理
DNA芯片技术是将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段有规律地排列固定于支持物（如膜、硅片或玻璃片）上，然后通过类似核酸杂交的的方法与待测的标记样品按碱基配对原则进行杂交，再通过检测系统对其进行扫描，并用相应软件对信号进行比较和检测，得到所需的生物信息。其特点是可进行基因的高通量、大规模、平行化、集约化的信息处理和功能研究。
用DNA微矩阵进行基因表达分析的步骤
1、分离（待比较的）不同组织或细胞的mRNA,逆转录法制备带不同荧光标记的cDNA探针；
2、混合探针，并与microarray杂交，洗涤除去未结合探针。
3、用特有波长的激光扫描芯片，并用共聚焦显微镜检测各探针的荧光，各
element的相对荧光强度反映特异mRNA的相对丰度。
三、基因芯片技术的应用
1、疾病诊断（遗传病、肿瘤和病原体诊断）
2、新药筛选和毒理学研究
3、突变/多态性检测
单核苷酸的多态性( single nucleotide polymorphism, SNP)。
4、基因表达分析
5、发现新基因
四、表达谱基因芯片的特点及其应用
利用基因芯片可进行高通量基因表达平行分析，是基因功能研究的重要手段。对来源于不同个体（正常人与患者）、不同组织、不同细胞周期、不同发育和分化阶段、不同病变、不同刺激（包括不同诱导、不同治疗阶段）下的细胞内的mRNA或逆转录后产生的cDNA与表达谱基因芯片进行杂交，可以对这些基因表达的个体特异性、组织特异性、发育阶段特异性、分化阶段特异性、病变特异性、刺激特异性进行综合的分析和判断，迅速将某个或几个基因与疾病联系起来，极大地加快这些基因功能的确立，同时进一步研究基因与基因间相互作用的关系。
采用表达谱基因芯片研究基因表达与传统的Northern Blot相比有许多重要的优点：
1、检测系统的微型化，对样品等需要量非常小
2、同时研究上万个基因的表达变化，研究效率明显提高
3、能更多地揭示基因之间表达变化的相互关系，从而研究基因与基因之间内在的作用关系
4、检测基因表达变化的灵敏度高，可检测丰度相差几个数量级的表达情况
5、节约费用和时间
Further Readings
1.Ekins R. and Chu F.W. Microarrays: their origins and applications. Trends in Biotechnolology,
1999, 17, 217-218.
2.Sinclair, B. Everything's Great When It Sits on a Chip - A bright future for DNA arrays, The
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It's a collection of more than 10 reviews (60 pages) on different aspects of microarray analysis.
All the reviews are freely available online.
4.Schena, M., Heller, R.A., Theriault, T.P., Konrad, K., Lachenmeier, E., and Davis, R.W.
Microarrays: biotechnology's discovery platform for functional genomics. Trends in Biotechnology1998, 16, 301-306.
5.Service, R.F. Microchip arrays put DNA on the spot. Science 1998, 282(5388), 396-399.
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7.Marshall, A.; Hodgson, J. DNA chips - an array of possibilities.Nature Biotechnology1998,
16(1), 27-31.
基因诊断试题
基因诊断试题
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:
(一）选择题 A型题 １．判定基因结构异常最直接的方法是 A．PCR法 B．核酸分子杂交 C．DNＡ序列测定 Ｄ．RFLP分析 E．ＳSCP分析 2．不符合基因诊断特点的是 A.特异性强 B．灵敏度高 C.易于做出早期诊断 Ｄ．样品获取便利 E．检测对象仅为自体基因 ３．遗传病基因诊断的最重要的前提是 A.了解患者的家族史 B.疾病表型与基因型关系已被阐明 C.了解相关基因的染色体定位 Ｄ．了解相关的基因克隆和功能分析等知识 E.进行个体的基因分型 ４.若要采用Soutｈern或Ｎｏrthern印迹方法分析某特定基因及其表达产物,需要 A．制备固定在支持物上的组织或细胞
B.收集组织或细胞样品，然后从中提取总DNA或ＲNＡ Ｃ．利用PCＲ技术直接从标本中扩增出待分析的片段Ｄ．收集组织或细胞样品,然后从中提取蛋白质 Ｅ.收集培养细胞的上清液 5．目前基因诊断常用的分子杂交技术不包括哪一项A．Sｏuthern印迹 B.Wｅsterｎ印迹 Ｃ.Noｒthern印迹 D．ＤＮA芯片技术 E．等位基因特异性寡核苷酸分子杂交 6.SNP的实质是 Ａ．碱基缺失 B.碱基插入 C.碱基替换 D．移码突变 E．转录异常 ７.DNＡ指纹的遗传学基础是 Ａ.连锁不平衡 B.DNA的多态性 Ｃ.串联重复序列 D．MHC的限制性 E．ＭHC的多样性
8．在对临床病例进行基因诊断时，若遇到不能检测出已知类型突变的情况，如果表型明确指向某种疾病,适用下列哪一类筛查技术 A．PCR法 B．AＳO分子杂交 Ｃ.反向点杂交 D．变性高效液相色谱(DＨPLC） E．ＳTR拷贝异常的诊断 9.生殖细胞若发生基因结构突变可引起哪种疾病 A.肿瘤 Ｂ．高血压 Ｃ．糖尿病 D．遗传病 Ｅ．传染病 10.PCR技术容易出现 Ａ.假阴性结果 B．假阳性结果 C.灵敏度不高 D．适用不广 Ｅ．操作繁冗 1１．目前检测血清中乙肝病毒最敏感的方法是 A.斑点杂交试验 B.等位基因特异性寡核苷酸分子杂交 C．Sｏutｈern印迹
基因突变的检测方法
基因突变的检测方法 基因突变的研已成为当今生命科学研究的热点之一，检测方法也随之迅速发展。人类细胞癌基因的突变类型已如上所述，对于基因突变的检测，1985以前，利用Southern印迹法，可以筛选出基因的缺失、插入和移码重组等突变形式。对于用该法法不能检测的突变，只能应用复杂费时的DNA序列测定分析法。多聚酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）技术是突变研究中的最重大进展，使基因突变检测技术有了长足的发展，目前几乎所有的基因突变检测的分子诊断技术都是建立于PCR的基础之上，并且由PCR衍生出的新方法不断出现，目前已达二十余种，自动化程度也愈来愈高，分析时间大大缩短，分析结果的准确性也有很大很提高。其中包括单链构象多态性（single-strand comformational polymorphism,SSCP）和异源双链分析法（heteroduplex analysis,HA）。下面分别介绍几种PCR衍生技术及经典突变检测方法，可根据检测目的和实验室条件选择时参考。 PCR-SSCP法 PCR-SSCP法是在非这性聚丙烯酰胺凝胶上，短的单链DNA和RNA分子依其大街基序列不同而形成不同构象，一个碱基的改变将影响其构象而导致其在凝胶上的移动速度改变。其基本原理为单链DNA在中性条件下会形成二级结构，这种二级结构依赖于其碱基组成，即使一个碱基的不同，也会形成不同的二级结构而出刺同的迁移率。由于该法简单快速，因而被广泛用于未知基因突变的检测。用PCR-SSCP法检测小于200bp的PCR产物时，突变检出率可达70％-95％，片段大于400bp时，检出率仅为50％左右，该法可能会存在1％的假阳性率。应用PCR-SSCP法应注意电泳的最佳条件，一般突变类型对检测的灵敏度无大的影响，同时该法不能测定突变的准确位点，还需通过序列分析来确定。Sarkar等认为对于大于200bp的片段，用其RNA分子来做SSCP会提高其录敏度。应用PCR-SSCP检测点突变已见报道于人类大部分的肿瘤组织或细胞，如乳腺癌、食管癌、肺癌、胃癌、肝癌、胰腺癌等。检测的基因包括多种癌基因及抑癌基因，也是检测抑癌基因p53突变最常用的方法，仅检测第5-8外显子即可发现85％以上的p53基因突变。由于该法简便快速，特别适合大样本基因突变研究的筛选工作。 异源双链分析法（HA） HA法直接在变性凝胶上分离杂交的突变型一野生型DNA双链。由于突变和野生型DNA形成的异源杂合双链DNA在其错配处会形成一突起，在非变性凝胶中电泳时，会产生与相应的同源双DNA不同的迁移率。该法与SSCP相似，所不同的是SSCP分离的是单链DNA，HA法分离的是双链DNA，也只适合于小片段的分析。但HA对一些不能用SSCP 检出的突变有互补作用，两者结合使用，可使突变检出率提高到近100％。
基因诊断与治疗
基因诊断和治疗的最新应用与发展 摘要 基因诊断与基因治疗是现在能够在较短时间从理论变为现实。主要利用分子生物学的理论及技术方法，使人们可以在实验室构建各种载体，克隆及分析目的基因。所以对疾病能够深入到分子水平的研究并已取得了重大的进展。因此在20世纪70年代诞生了基因诊断，随后于1990在美国实施了第一基因治疗的临床试验方案，可见机芯诊断和基因治疗是现代分子生物的理论和技术与医学想结合。 关键词 基因诊断、基因治疗 1.基因诊断的原理与方法 基因诊断的原理 疾病的发生不仅与基因结构的变异有关，而且与基因功能异常有关。基因诊断的基本原理就是检测相关基因的结构及其表达功能，特别是RNA产物是否正常。由于DNA的突变、缺失、插入、倒位和基因融合等，均可造成相关基因结构变异，采用特异的DNA探针与靶基因进行分子杂交，可以直接检测上述的变化。 基因诊断的方法 基因诊断是以核算分子杂交和聚合酶链反应（PCR）为核心发展起来的多种方法，同时配合DNA序列分析，近年新兴的基因芯片可能会发展成为一种很有用的基因诊断方法。 2、DNA诊断 常用检测治病基因结构异常的方法有下列几种 （1）斑点杂交：根据待测DNA样本与标记的DNA探针杂交的图谱，可以判断目标基因或相关的DNA片段是否存在，根据杂交点的强度可以了解待测基因的数量。 （2）等位基因特异的寡核苷酸探针杂交：是一种检测基因点突变的方法，根据点突变位点上下游核苷酸序列，人工合成约19个核苷酸长度的片段，突变的碱基位于当中，经放射性核素或地高辛标记后刻作为探针，在严格杂交条件下，只有该点突变的DNA样本，才出现杂交点，即使只有一个碱基不配对，也不可能形成杂交点。一般尚合成正常基因同一序列，同一大小的寡核苷酸片段作为正常探针。如果受检的DNA样本只能与突变ASO探针，不与正
基因诊断与基因治疗
第二十一章基因诊断与基因治疗 基因诊断与基因治疗能够在比较短的时间从理论设想变为现实，主要是由于分子生物学的理论及技术方法，特别是重组DNA技术的迅速发展，使人们可以在实验室构建各种载体、克隆及分析目标基因。所以对疾病能够深入至分子水平的研究，并已取得了重大的进展。因此在20世纪70年代末诞生了基因诊断(gene diagnosis)；随后于1990年美国实施了第一个基因治疗(gene therapy)的临床试验方案。可见，基因诊断和基因治疗是现代分子生物学的理论和技术与医学相结合的范例。 第一节基因诊断 一. 基因诊断的含义 传统对疾病的诊断主要是以疾病的表型改变为依据，如患者的症状、血尿各项指标的变化，或物理检查的异常结果，然而表型的改变在许多情况下不是特异的，而且是在疾病发生的一定时间后才出现，因此常不能及时作出明确的诊断。现知各种表型的改变是由基因异常造成的，也就是说基因的改变是引起疾病的根本原因。基因诊断是指采用分子生物学的技术方法来分析受检者的某一特定基因的结构（DNA水平）或功能（RNA水平）是否异常，以此来对相应的疾病进行诊断。基因诊断有时也称为分子诊断或DNA诊断(DNA diagnosis)。基因诊断是病因的诊断，既特异又灵敏，可以揭示尚未出现症状时与疾病相关的基因状态，从而可以对表型正常的携带者及某种疾病的易感者作出诊断和预测，特别对确定有遗传疾病家族史的个体或产前的胎儿是否携带致病基因的检测具有指导意义。 二. 基因诊断的原理及方法
（一）基因诊断的原理 疾病的发生不仅与基因结构的变异有关，而且与其表达功能异常有关。基因诊断的基本原理就是检测相关基因的结构及其表达功能特别是RNA产物是否正常。由于DNA的突变、缺失、插入、倒位和基因融合等均可造成相关基因结构变异，因此，可以直接检测上述的变化或利用连锁方法进行分析，这就是DNA诊断。 对表达产物mRNA质和量变化的分析为RNA诊断(RNA diagnosis)。 （二）基因诊断的方法 基因诊断是以核酸分子杂交(nucleic acid molecular hybridization)和聚合酶链反应（PCR）为核心发展起来的多种方法，同时配合DNA序列分析，近年新兴的基因芯片可能会发展成为一种很有用的基因诊断方法。 1.DNA诊断 常用检测致病基因结构异常的方法有下列几种。 ⑴斑点杂交：根据待测DNA 样本与标记的DNA探针杂交的图谱，可以判断目标基因或相关的DNA片段是否存在，根据杂交点的强度可以了解待测基因的数量。 ⑵等位基因特异的寡核苷酸探针（allele-specific oligonucleotide probe, ASO probe）杂交：是一种检测基因点突变的方法，根据点突变位点上下游核苷酸序列，人工合成约19个核苷酸长度的片段，突变的碱基位于当中，经放射性核素或地高辛标记后可作为探针，在严格杂交条件下，只有该点突变的DNA样本，才出现杂交点，即使只有一个碱基不配对，也不可能形成杂交点。一般尚合成正常基因同一序列，同一大小的寡核苷酸片段作为正常探针。如果受检的DNA样本只能与突变ASO探针，不与正常ASO探针杂交，说明受检二条染色体上的基因都发生这种突变，为突变纯合子；如果既能与突变ASO探针又能与正常ASO探针杂交，
基因测序技术的优缺点及应用
基因测序技术的优缺点及应用 随着人类基因组计划的完成,人类对自身遗传信息的了解和掌握有了前所未有的进步。与此同时,分子水平的基因检测技术平台不断发展和完善,使得基因检测技术得到了迅猛发展,基因检测效率不断提高。从最初第一代以 Sanger 测序为代表的直接检测技术和以连锁分析为代表的间接测序技术,到 2005 年,以Illumina 公司的 Solexa技术和 ABI 公司的 SOLiD 技术为标志的新一代测序 (next-generation sequencing,NGS) 的相继出现,测序效率明显提升,时间明显缩短,费用明显降低,基因检测手段有了革命性的变化。其技术正向着大规模、工业化的方向发展,极大地提高了基因检测的检出率,并扩展了疾病在基因水平的研究范围。2009 年 3 月,约翰霍普金斯大学的研究人员在《Science》杂志上发表了通过 NGS外显子测序技术,发现了一个新的遗传性胰腺癌的致病基因PALB2,标志着 NGS 测序技术成功应用于致病基因的鉴定研究。同年,《Nature》发表了采用 NGS 技术发现罕见弗里曼谢尔登综合征MYH3 致病基因突变和《Nat Genet》发表了遗传疾病米勒综合征致病基因。此后,通过 NGS 技术,与遗传相关的致病基因不断被发现,NGS 技术已成为里程碑式的进步。2010 年,《Science》杂志将这一技术评选为当年“十大科学进展”。 近两年,基因检测成为临床诊断和科学研究的热点,得到了突飞猛进和日新月异的发展,越来越多的临床和科研成果不断涌现出来。同时,基因检测已经从单一的遗传疾病专业范畴扩展到复杂疾病和个体化应用更加广阔的领域,其临床检测范围包括高危疾病的新生儿筛查、遗传疾病的诊断和基因携带的检测以及基因药物检测用于指导个体化用药剂量、选择和药物反应等诸多方面的研究。目前,基因检测在临床诊断和医学研究的应用正越来越受到医生的普遍重视和引起研究人员的极大的兴趣。 本文介绍了几种 DNA 水平基因检测常见的方法,比较其优缺点和在临床诊断和科学研究中的应用,对指导研究生和临床医生课外学习,推进临床科研工作和提升科研教学水平有着指导意义。 1、第一代测序 1.1 Sanger 测序采用的是直接测序法。1977年,Frederick Sanger 等发明了双脱氧链末端终止法,这一技术随后成为最为常用的基因测序技术。2001 年,Allan Maxam 和 Walter Gibert 发明了 Sanger 测序法,并在此后的 10 年里成为基因检测的金标准。其基本原理即双脱氧核苷三磷酸(dideoxyribonucleoside triphosphate,ddNTP) 缺乏PCR 延伸所需的 3'-OH,因此每当 DNA 链加入分子 ddNTP,延伸便终止。每一次 DNA 测序是由 4个独立的反应组成,将模板、引物和 4 种含有不同的放射性同位素标记的核苷酸的ddNTP 分别与DNA 聚合酶混合形成长短不一的片段,大量起始点相同、终止点不同的 DNA 片段存在于反应体系中,具有单个碱基差别的 DNA 序列可以被聚丙烯酰胺变性凝胶电泳分离出来,得到放射性同位素自显影条带。依据电泳条带读取DNA 双链的碱基序列。 人类基因组的测序正是基于该技术完成的。Sanger 测序这种直接测序方法具有高度的准确性和简单、快捷等特点。目前,依然对于一些临床上小样本遗传疾病基因的鉴定具有很高的实用价值。例如,临床上采用 Sanger 直接测序 FGFR 2 基因证实单基因 Apert 综合征和直接测序 TCOF1 基因可以检出多达 90% 的
基因表达的检测的几种方法
基因表达检测的最终技术目标是能确定所关注的任何组织、细胞的 RNA的绝对表达量。可以先从样本中抽提RNA，再标记RNA， 然后将这些标记物作探针与芯片杂交，就可得出原始样本中不同 RNA的量。然而用于杂交的某个特定基因的RNA的量与在一个 相应杂交反应中的信号强度之间的关系十分复杂，它取决于多种 因素，包括标记方法、杂交条件、目的基因的特征和序列。所以 芯片的方法最好用于检验两个或多个样本中的某种RNA的相对 表达量。样本之间某个基因表达的差异性（包括表达的时间、空 间特性及受干扰时的改变）是基因表达最重要的，而了解RNA 的绝对表达丰度只为进一步的应用或多或少地起一些作用。 基因表达的检测有几种方法。经典的方法（仍然重要）是根据在 细胞或生物体中所观察到的生物化学或表型的变化来决定某一 特定基因是否表达。随着大分子分离技术的进步使得特异的基因 产物或蛋白分子的识别和分离成为可能。随着重组DNA技术的 运用，现在有可能检测．分析任何基因的转录产物。目前有好几 种方法广泛应用于于研究特定RNA分子。这些方法包括原位杂交．NORTHERN凝胶分析．打点或印迹打点．S－1核酸酶分 析和RNA酶保护研究。这里描述RT-PCR从RNA水平上检查 基因表达的应用。8 f3 f- |2 L) K) b7 ]- ~- | RT-PCR检测基因表达的问题讨论
关于RT-PCR技术方法的描述参见PCR技术应用进展，在此主要讨论它在应用中的问题。理论上1μL细胞质总RNA对稀有mRNA扩增是足够了（每个细胞有1个或几个拷贝）。1μL差不多相当于50－100，000个典型哺乳动物细胞的细胞质中所含RNA的数量，靶分子的数量通常大于50，000，因此扩增是很容易的。该方法所能检测的最低靶分子的数量可能与通常的DNAPCR相同；例如它能检测出单个RNA分子。当已知量的转录RNA（用T7RNA聚合酶体外合成）经一系列稀释，实验结果表明通过PCR的方法可检测出10个分子或低于10个分子，这是反映其灵敏度的一个实例。用此技术现已从不到1个philadelphia染色体阳性细胞株K562中检测到了白血病特异的MRNA的转录子。因此没必要分离polyA+RNA，RNA/PCR法有足够的灵敏度来满足绝大多数实验条件的需要。 7 H+ F& _* S6 W( a8 p: [, @- d, { 将PCR缓冲液同时用于反转录酶反应和PCR反应，可简化实验步骤。我们发现整个反应过程皆用PCR缓冲液的结果相当于或优于先用反转录缓冲液合成CDNA，然后PCR缓冲液进行PCR扩增循环。当然，值得注意的是PCR缓冲液并不最适合第一条DNA链的合成。我们对不同的缓冲液用于大片段DNA 合成是否成功还没有进行过严格的研究。
基因诊断和治疗的医学应用
基因诊断和治疗的医学应用 郭龙飞 （保山学院资源环境学院云南保山678000） 摘要：各种癌症和恶性肿瘤是目前危害人类健康最为严重的疾病之一，且死亡率很高，现在还没有一种有效的治疗方法。传统的手术、放疗和化疗等方法对中晚期的患者治疗疗效已经明显不足。因此。找到一种新的治疗癌症和恶性肿瘤的治疗方法对人类健康发展是意义重大的。而基因治疗则是用各种手段从基因水平上来治疗各种疾病。于是，基因治疗为众多患者提供了希望，成为了现在医学界的热门话题。本文就是依据前人的研究成果，以基因治疗癌症和恶性肿瘤为主来论述基因治疗在医学上的应用。 关键词：基因诊断基因治疗癌症恶性肿瘤 1基因治疗概述 基因治疗的基本含义是通过遗传或分子生物学技术在基因水平上治疗各种疾病[1]。它是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞,以纠正基因缺陷或者发挥治疗作用,从而达到治疗疾病的目的。广义的基因治疗是指利用基因药物的治疗,而通常所称狭义的基因治疗是指用完整的基因进行基因替代治疗,一般用DNA序列[2]。它是运用基因工程技术直接纠正肿肿瘤细胞基因的结构及（或）功能缺陷，或者间接通过增强宿主对肿瘤的杀伤力和机体的防御功能来治疗肿瘤。通过外源基因的导入，激活机体抗瘤免疫，增强对肿瘤细胞的识别能力、抑制或阻断肿瘤相关基因的异常表达或增加肿瘤细胞对药物的敏感性，这些基因主要包括细胞因子基因、抗肿瘤基因、肿瘤药物相关基因和病毒基因等[3]。 目前基因治疗的方式(type of gene therapy)主要有3种：①基因矫正或置换：即对缺陷基因的异常序列进行矫正，对缺陷基因精确地原位修复，或以正常基因原位置换异常基因，因此不涉及基因组的任何改变。②基因增补：不去除异常基因，而是通过外源基因的导人，使其表达正常产物，从而补偿缺陷基因的功能。③基因封闭：有些基因异常过度表达，如癌基因或病毒基因可导致疾病，可用反义核酸技术、核酶或诱饵转录因子来封闭或消除这些有害基因的表达[4]。 2基因诊断应用 2.1基因诊断新生儿脊髓性肌萎缩 目前报道有一些较严重的SMA I型患儿会出现关节挛缩、骨折、呼吸困难和感觉神经元受损的表现，但机制还不清楚，可能与5ql3缺失大小有关。SMA尚无特异的治疗方法，临床主要是对症治疗，如早期发现SMA患儿呼吸系统受累并干预性通气治疗可以延长疾病的病程、改善患儿生活质量、减少肺部继发性感染及呼吸衰竭发生。本例患儿经抗炎、吸氧、吸痰、补充维生素、给予丙种球蛋白等对症治疗和支持治疗，呼吸困难逐渐缓解，双肺痰鸣音减少，但最终家长考虑远期预后不良而放弃治疗[5]。 最近，在体外实验研究中发现丁酸纳、丙戊酸和Htra—ISl的调节因子可以增加SMN2基蛋白的作用，而且对细胞几乎没有毒性作用，但研究工作还处于动物实验阶段，没有正式应用于临床，该类药物可能为SMA的治疗开辟了新的途径[5]。 2.2早期胰腺藩的基因诊断 近年来，胰腺癌的发病率和死亡率呈逐渐上升趋势，每年有新发病例约20万人，占全部恶性肿瘤发病的2％。其发病匿，早期缺乏特异表现，恶性程度高，极易出现转移，80％-90％的胰腺癌病人就诊时，已经到了晚期，手术切除率只有15％，年生存率为1％-5％。而早期胰腺癌的手术切除率为90-100％，5年生存率可达70％- 100％。另有研究表明，肿瘤的大小是重要的生存率预测因子，如果直径 基因诊断与基因治疗 基因诊断与基因治疗能够在比较短的时刻从理论设想变为现实，要紧是由于分子生物学的理论及技术方法，专门是重组DNA技术的迅速进展，使人们能够在实验室构建各种载体、克隆及分析目标基因。因此对疾病能够深入至分子水平的研究，并已取得了重大的进展。因此在20世纪70年代末产生了基因诊断(gene diagnosis)；随后于1990年美国实施了第一个基因治疗(gene therapy)的临床试验方案。可见，基因诊断和基因治疗是现代分子生物学的理论和技术与医学相结合的范例。 ?基因诊断 o基因诊断的含义 传统对疾病的诊断要紧是以疾病的表型改变为依据，如患者的症状、血尿各项指标的变化，或物理检查的专门结果，然而表型的改变在许多情形下不是特异的，而且是在疾病发生的一定时刻后才显现，因此常不能及时作出明确的诊断。现知各种表型的改变是由基因专门造成的，也确实是讲基因的改变是引起疾病的全然缘故。基因诊断是指采纳分子生物学的技术方法来分析受检者的某一特定基因的结构（DNA水平）或功能（RNA水平）是否专门，以此来对相应的疾病进行诊断。基因诊断有时也称为分子诊断或DNA诊断(DNA diagnosis)。基因诊断是病因的诊断，既特异又灵敏，能够揭示尚未显现症状时与疾病有关的基因状态，从而能够对表型正常的携带者及某种疾病的易感者作出诊断和推测，专门对确定有遗传疾病家族史的个体或产前的胎儿是否携带致病基因的检测具有指导意义。 o基因诊断的原理及方法 （一）基因诊断的原理 疾病的发生不仅与基因结构的变异有关，而且与其表达功能专门有关。基因诊断的差不多原理确实是检测有关基因的结构及其表达功能专门是RNA产物是否正常。由于DNA的突变、缺失、插入、倒位和基因融合等均可造成有关基因结构变异，因此，能够直截了当检测上述的变化或利用连锁方法进行分析，这确实是DNA诊断。 对表达产物mRNA质和量变化的分析为RNA诊断(RNA diagnosis)。 （二）基因诊断的方法 基因诊断是以核酸分子杂交(nucleic acid molecular hybridization)和聚合酶链反应（PCR）为核心进展起来的多种方法，同时配合DNA序列分析，近年新兴的基因芯片可能会进展成为一种专门有用的基因诊断方法。 ?DNA诊断 第2节基因诊断与基因治疗 (时间：30分钟满分：50分) 难度及题号 考查知识点及角度 基础中档稍难 基因诊断 2 1 基因芯片3、7 4 基因治疗5、6 8 一、选择题(共6小题，每小题4分，共24分) 1．用DNA探针诊断疾病的具体方法是()。 A．与被测样品的DNA碱基序列做比较 B．与被测样品的DNA分子重组 C．与被测样品的DNA分子杂交 D．A、B、C三种方法均可 解析基因诊断是指用标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理， 与待测样品DNA杂交，从而推测待测DNA序列。 答案 C 2．对某些传染性疾病(例如SARS)的诊断的困难在于病原体数量在初期极少，因此稳定、可靠而快捷的检测手段是()。 A．病毒的大量培养B．患者体内相关抗体的检测 C．PCR技术扩增D．临床症状确诊 解析对于病原体数量极少的待测样本，可利用PCR技术，对待测核酸进行 PCR技术扩增，获得大量核酸。 答案 C 3．基因芯片()。 A．是计算机上的微处理器 B．只能少量地对DNA分子的碱基序列进行测定和定量分析 C．是将少量DNA片段有序地固定在尼龙膜、玻片或硅片上 D．是一种高密度的DNA阵列 解析基因芯片是将大量特定序列的DNA片段(探针)有序地固定在尼龙膜、 玻片或硅片上，从而能大量、快速、平行地对DNA分子的碱基序列进行测 定和定量分析。基因芯片实际上是一种高密度的DNA阵列。 答案 D 4．下列对基因芯片的叙述中，错误的是()。 A．基因芯片可直接检测样品DNA和RNA B．基因芯片技术依据DNA分子杂交原理 C．基因芯片技术有助于发现不同个体对疾病易感性的差异 D．基因芯片技术不会造成社会负面效应 解析基因芯片技术也会造成负面效应，如基因歧视所引发的社会问题；婚姻、就业、保险等方面受到不公平的待遇；侵犯隐私权；对自己的心理、生活带来许多压力等。 答案 D 5．基因治疗的步骤是()。 ①治疗基因的表达②选择治疗基因③将治疗基因转入患者体内④选择 运输治疗基因的载体 A．②③①④B．②③④① C．③④②①D．②④③① 解析基因治疗的步骤包括选择治疗基因、选择运输治疗基因的载体、将治疗基因转入患者体内、治疗基因的表达。 答案 D 6．对基因治疗安全性的问题叙述不当的是()。 A．基因治疗中最常用的载体是病毒，它们能自我复制 B．在基因治疗中，科学家抑制逆转录病毒的某种活动防止它们引起疾病，使之能被安全地使用 C．使用病毒载体运载基因，它们可能更多地改变目标细胞 D．目的基因插入载体DNA的位置可能出现错误，导致癌症和其他损伤的产生解析基因治疗中最常用的载体为病毒，大多数基因治疗临床实验用小鼠逆转录病毒运送目的基因，其他病毒载体还包括腺病毒、痘病毒和疱疹病毒等。 基因诊断的概念 一、基本概念： 1．人类的绝大多数疾病都与基因有关，基因变异引起疾病两种类型： ①内源基因变异：由于先天遗传和后天内外环境因素的影响，人类的基因结构及表达的各个环节都可发生异常，从而导致疾病。分基因结构突变和表达异常。 ②外源基因的入侵：各种病原体感染人体后，其特异的基因被带入人体并在体内增殖引起各种疾病。基因改变引起各种表型改变，从而引起疾病，从基因水平探测分析病因和疾病的发病机制，并采用针对性的手段矫正疾病是近年基础和临床的方向。 ２．基因诊断：利用现代生物学和分子遗传学的技术方法，直接检测基因结构及表达水平是否正常，从而对疾病作出诊断的方法。 二、基因诊断的特点： 1．以基因做检查材料和检查目标针对性强； 2．分子杂交选用特定基因序列作探针，故特异性强； 3．分子杂交和PCR具有放大效应，故有较大的灵敏度； 4．适用性强，诊断范围广。 基因诊断的常用技术 一、核酸分子杂交： 核酸杂交是从核酸分子混合液中检测特定大小的核酸分子的传统方法。其原理是核酸变性和复性理论。即双链的核酸分子在某些理化因素作用下双链解开，而在条件恢复后又可依碱基配对规律形成双链结构。杂交通常在一支持膜上进行，因此又称为核酸印迹杂交。根据检测样品的不同又被分为DNA印迹杂交（Southern blot hybridization ）和RNA印迹杂交（Northern blot hybridization）。 （一）核酸分子杂交的基本过程： ①DNA或RNA的制备：将待测样品用一定方法提取DNA或RNA。 ②制备探针； ③杂交； ④检测。 1．DNA或RNA的制备：将待测样品用一定方法提取DNA或RNA。 2．基因探针的概念： ①基因探针（probe）就是一段与目的基因或DNA互补的特异核苷酸序列，它可以包括整个基因，也可以仅仅是/基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之转录而来的RNA。 ②探针的来源： DNA探针根据其来源有3种：一种来自基因组中有关的基因本身，称为基因组探针（genomic probe）；另一种是从相应的基因转录获得了mRNA，再通过逆转录得到的探针，称为cDNA 探针（cDNA probe）。与基因组探针不同的是，cDNA探针不含有内含子序列。此外，还可在体外人工合成碱基数不多的与基因序列互补的DNA片段，称为寡核苷酸探针。 ③探针的制备： 进行分子突变需要大量的探针拷贝，后者一般是通过分子克隆（molecular cloning）获得的。克隆是指用无性繁殖方法获得同一个体、细胞或分子的大量复制品。当制备基因组DNA探针进，应先制备基因组文库，即把基因组DNA打断，或用限制性酶作不完全水解，得到许多大小不等的随机片段，将这些片段体外重组到运载体（噬菌体、质粒等）中去，再将后者转染适当的宿主细胞如大肠杆菌，这时在固体培养基上可以得到许多携带有不同DNA片段的克隆噬菌斑，通过原位杂交，从中可筛出含有目的基因片段的克隆，然后通过细胞扩增，制备出大量的探针。 为了制备cDNA 探针，首先需分离纯化相应mRNA，这从含有大量mRNA的组织、细胞中比较容易做到，如从造血细胞中制备α或β珠蛋白mRNA。有了mRNA作模板后，在逆转录酶的作用下，就可以合成与之互补的DNA(即cDNA)，cDNA与待测基因的编码区有完全相同的碱基顺序，但内含子已在加工过程中切除。 寡核苷酸探针是人工合成的，与已知基因DNA互补的，长度可从十几到几十个核苷酸的片段。如仅知蛋白质的氨基酸顺序量，也可以按氨基酸的密码推导出核苷酸序列，并用化学方法合成。 ④探针的标记： 第三代试管婴儿 P G S P G D基因筛查诊断 技术 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128） 第三代试管婴儿PGS/PGD基因筛查诊断技术 第三代试管婴儿PGS/PGD基因筛查诊断技术的出现，为众多有家族遗传病史的患者带来了希望，第三代试管婴儿先进的基因筛查诊断技术不仅可以对家族遗传病筛查，也可以为大龄夫妇诊断染色体是否有异常，。第三代试管婴儿技术的好处在于，能为各种原因引起的染色体异常提供精确的检测，从根源上防止了宝宝先天性疾病的发生，现在第三代试管婴儿技术已经得到较广泛的应用，但是值得一提的是，第三代试管婴儿技术最先进的是美国，例如在美国梦美（HRC）生 殖医疗中心，可以筛查出125种遗传病，这是其他国家的水平所达不到的。 为了解决这一社会难题，一直工作在不孕不育和试管婴儿领域的专家们，在原有的第一代常规试管婴儿(IVF-ET)和第二代单精子注射技术(ICSI)的基础上拓展了试管婴儿的应用领域：第三代试管婴儿胚胎植入前遗传学筛查诊断(PGS/PGD)应运而生。看到这里，您是否有“千呼万唤始出来”的感觉，但它并不是“犹抱琵琶半遮面”。PGS/PGD基因筛查诊断在保证宝宝出生后健康方面上成效是巨大的。美国梦美（HRC）能对125种遗传学疾病做出最准确的判断。 试管婴儿助孕技术简单地说就是把精子和卵子取出体外，在体外使精卵结合形成受精卵，把受精卵培养至第五天对胚胎进行PGS/PGD遗传学疾病筛查诊断，该数据会帮助医生选择染色体数目和结构正常的胚胎移植到母体内，淘汰遗传学非正常胚胎。然后将健康的胚胎移植到女性子宫内着床、妊娠，并发育成胎儿，怀孕十月，最后成功分娩。那么，试管婴儿PGS/PGD遗传病筛查诊断是怎么做到鉴定胚胎的健康与否的呢? 美国梦美（HRC）专家说，一个健康的卵细胞含有46个染色体，排列成23对，但在卵细胞受精之前，先要进行一次减数分裂，每对染色体一分为二，其中 基因多态性的检测方法 多态性（polymorphism）是指处于随机婚配的群体中，同一基因位点可存在2种以上的基因型。在人群中，个体间基因的核苷酸序列存在着差异性称为基因（DNA）的多态性(gene polymorphism)。这种多态性可以分为两类，即DNA位点多态性(site polymorphism)和长度多态性(longth polymorphism)。 基因多态性的主要检测方法简述如下： 1．限制性片段长度多态性（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP）：由DNA 的多态性，致使DNA 分子的限制酶切位点及数目发生改变，用限制酶切割基因组时，所产生的片段数目和每个片段的长度就不同，即所谓的限制性片段长度多态性，导致限制片段长度发生改变的酶切位点，又称为多态性位点。最早是用Southern Blot/RFLP方法检测，后来采用聚合酶链反应（PCR）与限制酶酶切相结合的方法。现在多采用PCR-RFLP法进行研究基因的限制性片段长度多态性。 2．单链构象多态性（SSCP）：是一种基于单链DNA构象差别的点突变检测方法。相同长度的单链DNA如果顺序不同，甚至单个碱基不同，就会形成不同的构象。在电泳时泳动的速度不同。将PCR产物经变性后，进行单链DNA凝胶电泳时，靶DNA中若发生单个碱基替换等改变时，就会出现泳动变位（mobility shift），多用于鉴定是否存在突变及诊断未知突变。 3．PCR-ASO探针法（PCR-allele specific oligonucleotide, ASO）：即等位基因特异性寡核苷酸探针法。在PCR扩增DNA片段后，直接与相应的寡核苷酸探杂交，即可明确诊断是否有突变及突变是纯合子还是杂合子。其原理是：用PCR扩增后，产物进行斑点杂交或狭缝杂交，针对每种突变分别合成一对寡核苷酸片段作为探针，其中一个具有正常序列，另一个则具有突变碱基。突变碱基及对应的正常碱基匀位于寡核苷酸片段的中央，严格控制杂交及洗脱条件，使只有与探针序列完全互补的等位基因片段才显示杂交信号，而与探针中央碱基不同的等位基因片段不显示杂交信号，如果正常和突变探针都可杂交，说明突变基因是杂合子，如只有突变探针可以杂交，说明突变基因为纯合子，若不能与含有突变序列的寡核苷探针杂交，但能与相应的正常的寡核苷探针杂交，则表示受检者不存在这种突变基因。若与已知的突变基因的寡核苷探针匀不能杂交，提示可能为一种新的突变类型。 4. PCR-SSO法：SSO技术即是顺序特异寡核苷酸法（Sequence Specific Oligonucleotide, SSO）。原理是PCR基因片段扩增后利用序列特异性寡核苷酸探针，通过杂交的方法进行 第九章基因诊断 基因诊断是通过检测基因的存在状态或缺陷对疾病作出诊断的方法。 基因诊断的主要技术： 1、核酸分子杂交 2、聚合酶链反应（PCR） 3、基因芯片技术 第一节核酸分子杂交技术 核酸杂交（Nucleic acid hybridization）是指具有一定同源性的两条单链核酸在一定条件下，按碱基互补的原则重新配对形成双链的过程。 一、核酸杂交的基本原理 DNA的变性和复性： 在一定的条件（如适当的温度、有机溶剂存在等）下，DNA的双链可解开成为单链，这一过程称为DNA的变性（Denaturatioin）。高温、低盐和有机溶剂促进DNA变性。 Tm值是反映DNA的热稳定性的一个参数，称为DNA的熔化温度，系指一半的双链DNA解离成为单链时的温度。 DNA的热稳定性或Tm值直接与其碱基组成特别是GC碱基对含量有关，GC碱基对含量越高，Tm值也越高。 DNA的杂交即复性（Renaturation）是变性的单链DNA在一定的条件下（低于Tm的温度下）与其互补序列退火形成双链的过程，因此杂交与Tm值相关。 影响杂交的主要因素： 温度：一般在低于Tm约15至２５度的温度下杂交速率最快。 盐浓度：钠离子增加杂交分子的稳定性，降低钠离子浓度强烈地影响Tm值和复性速率。但当钠离子浓度超过0.4M时，对复性速度和Tm值影响不大。 甲酰胺：有机溶剂如甲酰胺能减少双链核酸的稳定性。每增加1%的甲酰胺，DNA/DNA或DNA/RNA双链的Tm值减少0.72℃。常用50%甲酰胺 硫酸葡聚糖：使杂交速率增加，但有时可能增加杂交本底。 二、核酸探针的选择和标记 核酸探针是指能与待检测的靶核酸序列互补杂交的某种已知核酸片段，它必须具有高度的特异性，并且带有某种适当的标记以便被检测。 （一）核酸探针的类型 1、克隆的DNA片段，常用cDNA探针。 2、RNA探针（Riboprobe） RNA探针的优点是特异性高；杂交效率(灵敏度)更高。适合于Northen杂交、原位杂交等。主要缺点是不稳定，易被降解，另外其制备较困难。 3、寡核苷酸探针可用化学方法人工合成，制备较方便，但灵敏度稍差。 4、聚合酶链反应扩增产物是很好的探针来源，其优点是制备和标记相对容易。（二）核酸标记的类型 放射性同位素目前应用最广，优点是灵敏度高，特别适用于单拷贝基因或低丰度mRNA检测，缺点是易造成放射性污染以及半衰期短，使用不便。 核酸探针标记常用的同位素有以下几种： １、３２P：其放射性强，自显影时间短，灵敏度较高，缺点是半衰期短（14.3天），放射线散射较严重，因此对分辩率有影响。 ２、35S ：放射性较低，半衰期长（87.1天），灵敏度较高；低散射，因此在用Ｘ－光片自显影时分辩率高，特别适用于核酸序列分析和原位杂交等 实验。 ３、33P ：是一种较理想的同位素，它的放射性较低，灵敏度高，分辩率好，半衰期也较长(25.4天)，适用范围较广。但价格偏高。 非同位素标记：常用地高辛或生物素系统。 优点：无放射性污染，较稳定；缺点：灵敏度、特异性稍差。 （三）核酸探针的标记 1、随机引物法（Random priming） 随机引物是人工合成的含有各种可能的排列顺序的六核苷酸片段的混合物，因此可以与任何核酸片段杂交，并作为聚合酶反应的引物。 标记酶：大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的大片段－klenow片段。 关于基因检测方法 一、Southern印迹法（Southern blot） 基本原理是：硝酸纤维膜或尼龙滤膜对单链DNA的吸附能力很强，当电泳后凝胶经过DNA 变性处理，覆以上述滤膜，再于其上方压上多层干燥的吸水纸，借助它对深盐溶液的上吸作用，凝胶上的单链DNA将转移到滤膜上。转移是原位的，即DNA片段的位置保持不变。转移结束后，经过80℃烘烤的DNA，将原位地固定于膜上。 当含有特定基因片段已原位转移到膜上后，即可与同位素标记了的探针进行杂交，并将杂交的信号显示出来。杂交通常在塑料袋中进行，袋内放置上述杂交滤膜，加入含有变性后探针的杂交溶液后，在一定温度下让单链探针DNA与固定于膜上的单链基因DNA分子按碱基到互补原理充分结合。结合是特异的，例如只有β珠蛋白基因DNA才能结合上β珠蛋白的探针。杂交后，洗去膜上的未组合的探针，将Ⅹ线胶片覆于膜上，在暗盒中日光进行放射自显影。结合了同位素标记探针的DNA片段所在部位将显示黑色的杂交带，基因的缺失或突变则可能导致带的缺失或位置改变。 二、聚合酶链反应 近年来，基因分析和基因工程技术有了革命性的突破，这主要归功于聚合酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）的发展和应用。应用PCR技术可以使特定的基因或DNA 片段在短短的2－3小时内体外扩增数十万至百万倍。扩增的片段可以直接通过电泳观察，也可用于进一步的分析。这样，少量的单拷贝基因不需通过同位素提高其敏感性来观察，而通过扩增至百万倍后直接观察到，而且原先需要一、二周才能作出的诊断可以缩短至数小时。 三、扩增片段长度多态性 小卫星DNA和微卫星DNA的长度多态性可以通过PCR扩增后电泳来检出，并用于致病基因的连锁分析，这种诊断方法称为扩增片段长度多态性（amplified fragment length polymorphism,Amp-FLP）连锁分析法。PCR扩增后，产物即等位片段之间的差别有时只有几个核苷酸，故需用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离鉴定。此法多用于突变性质不明的连锁分析. 四、等位基因的特异寡核苷酸探针诊断法 当基因的突变部位和性质已完全明了时，可以合成等基因特异的寡核苷酸探针（allele-specific oligonucleotide,ASO）用同位素或非同位素标记进行诊断。探针通常为长20bp左右的核苷酸。用于探测点突变时一般需要合成两种探针，与正常基因序列完全一致，能与之稳定地杂交，但不能与突变基因序列杂交；另一种与突变基因序列一致，能与突变基因序列稳定杂交，但不能与正常基因序列稳定杂交，这样，就可以把只有一个碱基发生了突变的基因区别开来. PCR可结合ASO，即PCR－ASO技术，即先将含有突变点的基因有关片段进行体外扩增，然后再与ASO探针作点杂交，这样大大简化了方法，节约了时间，而且只要极少量的基因组DNA就可进行。 五、单链构象多态性诊断法 单链构象多态性（signle strand conformation polymorphism,SSCP）是指单链DNA由于碱基序列的不同可引起构象差异，这种差异将造成相同或相近长度的单链DNA电泳迁移率不同，从而可用于DNA中单个碱基的替代、微小的缺失或手稿的检测。用SSCP法检查基因突变时，通常在疑有突变的DNA片段附近设计一对引物进行PCR扩增，然后将扩增物用甲酰胺等变性，并在聚丙烯酰胺凝胶中电泳，突变所引起的DNA构象差异将表现为电泳带位置的差异，从而可据之作出诊断。 基因及基因检测方法 基因就是一整条DNA链当中的一段携带有遗传信息的功能片断，当然并不是随随便便截取一段DNA都可以被称为基因，我们的基因必须满足下列的条件，即这段DNA可以通过它的碱基序列行使功能，最终起到决定人体某种生命现象的作用。只有这样的DNA片断才叫做基因。所以，在我们的DNA链上，基因是间隔排布的，就像一条长长的线上面每隔一段距离就被打上一个节，这些节就是我们的基因，是它们决定了人体生老病死等一切的生命现象。 简而言之，基因是生命的基本因子；基因是人类生老病死之因；是健康、亮丽、长寿之因；基因是生命的操纵者和调控者，基因是生命之源，生命之本，基因主宰生命。一切生命的存在或衰亡形式都是由基因决定的。比如您的长相、身高、体重、肤色、性格等均与基因有关。 基因测序、基因分型技术（snp）、酶切电泳方法、基因芯片等方法中基因测序方法为国际公认的最标准、最准确的方法。基因分型技术（ＳＮＰ）以超高通量检测而著名，基因芯片也有高通量的好处，但由于目前还没有统一标准，各实验室由于硬件、软件以及操作人员的不同，往往造成结果重复率不高。碱基往往会出现片段性的丢失、替代等现象，SNP技术此时也就无能为力了。 因此，要达到科学的、负责任的疾病易感基因检测就要根 据情况采用多种方法，如基因分型技术（SNP）,测序等共同完成。 现代医学研究成果表明：大多数疾病是多种环境因素和遗传体质共同作用的结果；对健康不利的遗传体质所对应的就是一些与疾病发生相关的基因型，我们就叫做疾病易感基因。 我们知道，人体其实是由无数个细胞组成的，可以说细胞是组成人体的基本单位。仔细分析这些千千万万的细胞，我们可以发现其实每一个细胞都具有相似的结构，在它内部都存在一个被称作细胞核的区域，而来源于我们双亲父母的染色体即所谓的人类遗传物质就存在于细胞核当中。为了可以看得更加仔细，让我们将高度卷缩的染色体拉开发现它们是由两条长长的脱氧核糖核酸链--也就是我们常说的DNA--盘旋、折叠、卷曲形成的。当我们抽取其中的一条DNA，我们不难发现在它上面有按照特定的次序排列着的A、T、C、G四种碱基，这些碱基就构成了人体的遗传密码。因为每一个细胞中的DNA都是相同的，所以它们的碱基的排布次序也是相同的。而又由于每个人的碱基存在着细微的差别，结果就决定了我们人既具有普遍意义上的相似性，又具有个体的独特性。 我们现在知道了，DNA上面有很多不同的“节”--基因，每一个基因都有着与众不同的特定的功能，比如说，有些基因是决定我们的身高，而有些基因决定了我们的肤色等等。随着对基因研究的深入，科学家们发现，有些基因是跟人类疾病有关系的，于是把这些基因统称为疾病相关基因。基因诊断与基因治疗
最新高中生物(人教版)同步习题：1-2基因诊断与基因治疗(选修2)及答案解析
基因诊断常用技术与应用
第三代试管婴儿PGSPGD基因筛查诊断技术
基因多态性的检测方法
第九章 基因诊断[1]
关于基因检测方法
基因及基因检测方法