聚焦分子診斷技術 qPCR探針法

2023-07-26 15:28:33 字數 4855 閱讀 3894

中國分子診斷市場起步晚、增速快,正從產業匯入期步入成長期。從市場規模來看,我國分子診斷行業市場規模由2023年的50億元增長到2023年的85億元,年復合增長率達29%左右。2023年受新冠疫情影響,分子診斷市場規模迅速增長,達到230億元左右。2023年增速放緩,市場規模約175億元,預計在2023年中國分子診斷市場規模將達到180億元左右。從分子診斷細分技術結構看,pcr技術是應用最為廣泛的分子診斷技術,佔整體市場的40%,其次是分子雜交、生物晶元及其他,佔比分別為%。

多樣的技術路徑為分子診斷提供了廣泛的應用場景。因為**和對於疾病的深入程度不足限制了診斷技術的推廣,除pcr外,其他三種診斷仍處於開發拓展的時期。pcr的使用成本最低,特異性較強,並且技術比較簡便,成為當下應用最為廣泛的分子診斷技術。qpcr(實時螢光定量pcr)是在傳統pcr基礎上加入螢光訊號,實時pcr擴增進行檢測。它不僅繼承了傳統pcr高靈敏度和操作簡便的特點,而且實現了對樣本的定量檢測,重要的是,qpcr降低了系統的檢測最低限,使其比普通pcr的靈敏度高出1-2個數量級。根據訊號基團的不同,qpcr可以分為染料法和探針法。非特異的染料法成本較低,但會出現類似於普通pcr擴增產物干擾的假陽性情況。探針法利用螢光探針實時監測pcr反應過程中的dna合成情況,定量檢測樣品中的目標序列,可以很好地解決染料法中存在的非特異性問題。當下,有多種型別的探針可用於qpcr,不同的探針通過使用不同的螢光基團能發出不同波長的螢光。常見的探針包括taqman探針、雙雜交探針、分子信標、mgb探針、蠍形探針、雙淬滅探針和lna探針等

taqman探針是一種雙標記的水解探針,包括乙個序列特定的寡核苷酸、5’端標記螢光基團(如fam、hex),3’端標記螢光淬滅基團(如tamra、bhq)。探針完整時,淬滅基團會抑制螢光訊號。在目標擴增過程中,taq酶會裂解結合目標序列的探針,從而使得螢光基團與淬滅基團分離,釋放螢光訊號。taqman探針因為其特異性好、結果可靠、成本低廉,成為qpcr中,最常用的探針型別。

與taqman探針不同,雙雜交探針的供體基團和受體基團分別在兩個探針上,兩個探針都可以與擴增產物雜交,雜交位置不同但非常接近。反應過程中,兩個探針在擴增產物上雜交探針螢光,一頭一尾。雜交後兩組距離在10 nm以內(一般為1-5個鹼基)。這時受體基團會發出螢光。由於兩個不同的探針必須雜交到正確的靶序列時,才能檢測到螢光。因此,該方法的特異性較taqman探針更強。

分子信標是在taqman探針的基礎上改良的。在taqman探針寡核苷酸與基團的連線處,各增加了5-6個互補鹼基,形成乙個發卡結構,使螢光基團與淬滅基團靠近並淬滅螢光訊號。當探針與目標序列結合時,發卡結構開啟,螢光基團與淬滅基團遠離,從而產生螢光訊號。相比較於普通探針,分子信標特異性更強,能夠準確區分靶標序列,檢測單鹼基突變,是遺傳篩選、snp檢測和藥物遺傳學應用的診斷測定的理想探針

mgb(小凹槽結合劑)探針和taqman探針一樣,在兩端有螢光基團和淬滅基團。不同的是,在淬滅基團附近有乙個mgb,在探針未結合目標序列的情況下,mgb探針隨機地盤繞,使螢光基團接近。探針結合目標序列時,mgb幫助探針線性化,螢光基團發光。mgb的結合一方面可以很大程度上提高探針的tm值,增加雜交反應的特異性,另一方面能夠消除傳統淬滅探針產生的螢光背景,提高訊雜比,從而提高檢測靈敏度。這些特性決定了mgb探針非常適合單鹼基突變的檢測(snp分型)。

蠍形探針的探針部分與分子信標探針相似,也是5’端標記螢光基團,3’端標記螢光淬滅基團,並且形成發卡結構。與之不同的是,蠍形探針帶有一段與引物結合位點下游和擴增子內區域相匹配的序列,並且其3’端通過pcr blocker(乙個非擴增的單體,防止探針退火後延伸)與pcr引物相連。反應變性階段發卡結構開啟,退火時引物與模板結合並延伸,發卡區與新合成的目的基因的互補區域結合。pcr得到的產物和蠍形探針是乙個分子,探針的雜交是在分子內,沒有兩個分子的參與,從而使雜交反應更迅速有效。蠍形探針適用多種核酸檢測領域。如基因突變檢測、病毒rna/dna檢測和細胞診斷等。

雙淬滅探針與普通探針基本工作原理一致,主要區別是在探針內部額外新增第二個淬滅基團。隨著探針長度的增加,單淬滅探針的淬滅效果逐漸變差,雙淬滅探針應運而生。內部淬滅基團減少了螢光“洩露”現象,在實驗中可獲得更低的螢光背景訊號。因此,雙淬滅探針適合替換長度大於25 nt的普通探針,或背景訊號高的qpcr試驗。

lna(鎖核酸)是一類經過修飾、含有亞甲基橋的修飾核苷酸,能夠限制核醣結構的靈活性。由於lna與dna/rna在結構上具有相同的磷酸鹽骨架,故其對dna、rna有很好的識別能力和強大的親和力。在探針序列中加入lna可以提高探針的特異性,便於使用較短的qpcr探針,適合一些特殊序列。多樣的探針型別可以滿足不同的需求。在乙個具體qpcr反應中,挑選探針時主要考慮以下幾點因素成本考慮降低成本的情況,水解探針和蠍形探針是很好的選擇。與目前市面上所有的螢光探針相比,水解探針是目前市場上可靠,而且便宜的一種,如taqman和mgb探針。蠍形探針由於引物的發卡結構,不需要開發和購買單獨的探頭,成為乙個方便且具成本效益的選擇。時間考慮時間的情況,蠍形探針是優選解決方案。不僅引物和探針存在於乙個發卡結構分子上,而且可以在快速迴圈條件下工作。水解探針也是理想的,因為它們非常可靠,問題發生頻次最低。這些往往被廣泛用於高通量擴增分析。特異性如果目標序列很少,可以考慮分子信標探針和雙雜交探針。當結合到目標時,分子信標探針發射的螢光量通常比在自由溶液中釋放的光量大100倍。雙雜交探針有兩個探針與擴增產物雜交,可以有更高的特異性。高質量的探針可顯著提高實驗效率和檢測準確性。泓迅科技深耕於螢光探針合成,優化探索生產工藝,公升級多重質檢標準,提供定製化探針設計與合成服務。可根據您的需求,在5’端或3’端或指定位置標記不同的螢光基團。泓迅科技在qpcr探針設計及檢測上積累了豐富的經驗,能夠幫助您快速獲得高質量的qpcr探針,是您值得信賴的合作夥伴。

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