2019诺奖化学奖会给生物学家这种DNA验证技术呼声高

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-10-09 作者:责任编辑NO。姜敏0568

科技日报记者 张佳星

诺贝尔生理或医学奖已然揭晓,但生物学家们还有时机。

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果。以仍记忆犹新的2017和2018年为例,别离颁给了创造冷冻电镜(结构生物学之“重器”,能够看到生物大分子蛋白质的结构)和对活性蛋白质的定向进化研讨。

被称为诺贝尔风向标的引文桂冠奖,本年的化学奖中也有两项与生命科学密切相关,当看到Southern(直译“南边”)的鼎鼎大名时,小记当即决议“押宝”这个无处不在的DNA验证技能。

埃德温·萨瑟恩

Southern印迹法由埃德温·萨瑟恩(EdwinSouthern)在英国医学研讨理事会从事科学研讨时创造,相关论文初次宣布时他只是35岁,他创造的DNA印迹技能以他的姓名命名。

Southern印迹法可用于确认特定DNA序列,并判别其功用、是否变异、图谱方位等,他后续还创造了DNA芯片等技能。引文桂冠奖称他的创造是高通量核酸剖析作业、基因图谱、确诊和筛查的初步,也是当今个性化医疗的根底。

从一道高考题说起

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印迹试验后取得的图画,请学生判别不同的条带说明晰什么生命科学含义。

单基因遗传病能够经过核酸杂交技能(Southern印迹法)进行前期确诊。镰刀型细胞贫血症是一种在地中海区域发病率较高的单基因遗传病。已知红细胞正常个别的基因型为BB、Bb,镰刀型细胞贫血症患者的基因型为bb。有一对配偶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,每次妊娠前期都进行产前确诊。

下图为其产前核酸分子杂交(Southern印迹法)确诊和成果示意图。

依据凝胶电泳带谱剖析能够确认胎儿是否患有镰刀型细胞贫血症。(以上摘自南开中学邹杨教师的相关论文)其间说到的B和b体现在DNA上的差异只是是一个碱基的差异,怎么能够将其区别开来呢?Southern印迹法做到了。

它的原理能够形象理解为“垂钓法律”和“打出原形”两步。

B和b因为一个碱基的不同因而在不同的酶切反响中就会反响不同,经过特定酶的“垂钓法律”,两种基因“你向左,我向右”,但在外表还看不出来,这时候“锁住原形”(转移到尼龙膜等能锁住DNA的膜上)经过可显影的放射性同位素等做符号,让探针DNA把锁住的原形出现出来,完成“可视化”。由此,经过Southern印迹法,些微的DNA骤变能够被检测出来。

标题中提及的镰刀型细胞贫血症的基因根底,正是萨瑟恩1978年运用该办法发现的。与此同时,萨瑟恩决议运用分子生物学办法对人类基因组进行作图。为了这个方案傍边大规模序列剖析的需求,萨瑟恩进行了多项技能革新,包含运用凝胶电泳对经限制性内切酶切开后的片段精确分子量的确认,依据凝胶成果对DNA序列进行主动读取等。

“南”者为大,“号令”四方

因为有了Southern(南边的)Blotting,随后才有了Northern(北方的)、Western(西方的)……

当待剖析的物质由DNA转变为RNA时,“南”变成了“北”。

军事医学科学院根底医学研讨所蔡仕英等在介绍《电泳的原理、使用及开展》中提道:在电流效果下,萨瑟恩成功地将DNA片段从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维膜上进行分子杂交剖析,因而称为Southern Blotting。

后来,Alwine用相似办法也成功地将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能为Alwine-Blotting,而是称之为Northern Blotting,以便与Southern Blotting相对应。

1981年Burette又成功地将SDS-PAGE胶中的蛋白质转印到膜上进行免疫学剖析(如抗原抗体结合、蛋白质与配基结合等),继Alwine之后,Burette称这一技能为Western Blotting。蛋白印迹法是一项广泛用于检测细胞或安排提取物中蛋白表达水平的技能。这项技能凭借抗体与意图蛋白的结合效果,丈量生物样品中的蛋白质水平。

这样一来,在印迹电泳这个宗族中,就有了Southern Blotting,Northern Blotting和WesternBlotting,只是缺一个Eastern Blotting。

后来有人提议将IEF胶(即等电聚集电泳)中的蛋白质转印到膜上的技能称为Eastern Blotting,但这一主张并未被广泛承受。

Eastern Blotting是一种检测蛋白质翻译后润饰的技能,其检测方针是蛋白质上特定的润饰基团或部位,如脂肪酸链、糖基、磷酸化的氨基酸等等。在EasternBlotting的试验中,一般要先用2D电泳将蛋白质别离,然后转到膜上,再用特异的探针去检测。蛋白质的翻译后润饰是蛋白质履行功用过程中普遍存在的调控手法。

海南大学校长谭世贵、副校长林强与Edwin Southern教授、吕亦晨教授合影

在印迹电泳技能中,萨瑟恩作为开创者、先行者创造的技能,衍生出人们关于DNA、RNA、蛋白质等生命活动的根本分子物质的快速、精确、活络的检测办法,引领了“‘南’者为大,‘号令’四方”的研讨探究次第和格式。

不仅如此,人们还触类旁通,完成了菌落上的定位检测。用相似的办法将生长在琼脂培养基上的菌落做成仿制皿后再转移到硝酸纤维纸上变性并与特定的放射符号的探针杂交,能够筛选出带有特定DNA片段的菌落,这种技能称为菌落杂交,又称原位杂交。

菌落杂交,是因为生长在培养基平板上的菌落或噬菌斑依照其本来的方位不变地转移到滤膜上,并在原位发作溶菌、DNA变性和杂交效果。这种办法关于从不计其数的菌落或噬菌斑中判定出含有重组体分子的菌落或噬菌斑具有特别的实用价值。

常青不衰,继续奉献

诺贝尔奖的颁发是为了赞誉对人类做出最重大奉献的人,迄今为止,Southern杂交技能仍旧活泼在生命科学研讨的最前沿,并逐步走出试验室,逐步走进临床,用于疾病的确诊和检测。

最新的研讨论文显现,科研人员运用Southern杂交技能对人类的线粒体DNA进行定量。在单个细胞中线粒体DNA基因组是全体基因组的“九牛一毛”,这使得定量检测好不容易。

量少却至关重要,线粒体DNA的缺失或骤变往往是丧命的,例如,在某些核苷类逆转录酶抑制剂医治的人类免疫缺点病毒感染患者中,线粒体毒性和线粒体DNA缺失也已报导。

因而,进一步开展的Southern印迹法来估量人类基因组DNA样品中的线粒体DNA含量十分重要。

迄今为止,Southern杂交技能仍旧是在统筹稳、准、快的不行代替的DNA检测技能。“Southern杂交技能已成为检测特定DNA片段的经典办法之一。此法快速、精确、活络,现在现已广泛地使用于医学、病毒学、转基因动植物判定、动物疾病确诊以及DNA指纹剖析等方面的研讨。”新疆大学生命科学与技能学院教授马正海等在相关技能的改善方面做了探究总结的作业,使得该技能的完成愈加便当。

Southern的常青不衰还体现在萨瑟恩自己不间断的科研生计中。

材料显现,在创造了闻名的Southern印迹杂交之后,萨瑟恩从英国医学研讨理事会(MRC)来到牛津大学,在特别的玻璃外表经过有用的组合化学办法合成了特定寡核苷酸序列,该办法终究开展成为DNA芯片。

1996年,萨瑟恩建立了牛津基因技能公司(OxfordGeneTechnology,OGT),首要进行高通量的核酸剖析作业。

DNA芯片技能现已称为现代生命科学仪器设备绕不开的必备组件,使得检测功率完成了千万倍的提高,也使得基因测序、精准医疗的本钱大大下降,有望普惠群众。

来历:科技日报 文中图片均来自网络

修改:刘义阳

审阅:朱丽

阅读推荐