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第六章 基于分子工程的核酸分子探针 生命的本质是一系列可自主 调控的化学、物理过程，但主角 不是简单的化合物而是复杂的生 物大分子。核酸与蛋白质是生命 发生、发展和繁衍中最重要的两 类物质，正是它们之间复杂、精 巧而协调的相互作用演绎出神奇、 千变万化、令人叹为观止的生命 现象。 因此，在分子水平上研究核 酸、蛋白质等生物大分子及其相 互作用是我们深入理解生命现象、 揭示生命奥秘最为关键的内容之 一。 红细胞:6,000-9, 000nm 白细胞:10,000nm 一般细菌: 1,000 – 10,000 nm 研究人员需要一些合适的分析工具和 手段，在分子水平上，最好是在活体内， 一般病毒:75 – 100 nm 将生物分子的成分、结构、相互作用等信 蛋白质5 – 50 nm 息转变为易于检测的光、电信号变化，非 常灵敏、准确地反映出来。 DNA (双链宽) 2 nm 以体系的功能为导向，在分子水平上设计所需结构，并定向合 成功能分子，是分子工程的重要特征。通过在分子水平上研究生物 分子间的相互作用，设计、合成和筛选具有特定功能的分子探针并 发展其生物医学应用，是分子工程的前沿研究领域之一。 核酸分子探针是一种重要的分子生物学研究手段。它非常巧妙 地利用了核酸的结构及其识别能力上的特点，例如核酸的杂交、立 体构象转变、与蛋白质、寡聚高分子甚至金属离子的特异性结合 等，结合分子水平的信号传导机制，将相关的生命信息转变为易于 检测的信号，例如拉曼、荧光、化学发光、电流、放射性等。随着 其他相关学科如化学、材料科学的发展，核酸分子探针的合成、标 记和检测技术取得了长足的进展，已经能在单个活细胞，甚至单分 子水平上观测分子的行为。与荧光蛋白技术相比，核酸分子探针一 般不需要对目标细胞预先进行基因操作，不仅更能反映生命活动的 真实状况，而且也便于直接研究临床样品。 核酸分子探针的进展， 已经能在单个活细胞，甚 至单分子水平上观测分子 的行为，为细胞信号转导 核酸适体用于肿瘤 分子信标用于果蝇卵母 的活体、实时、在线研究 细胞的识别 细胞内mRNA成像 PNAS , 2006, 113, 11838 PNAS, 2003, 100, 13308 提供了条件。 核酸分子探针的发展 • CRE-decoy aptamer 治疗乳腺癌 不仅促进了检测手段的变 的效果要显著地优于tamoxifen。 • 抗VEGF aptamer (Macugen) 已 革，还带来了巨大的经济 被用于老年性黄斑变性的临床治 和社会效益。 疗。 核酸荧光探针 核酸荧光探针 TaqMan探针 Quench auto-ligation探针 TaqMan探针 Quench auto-ligation探针 蝎形引物探针 相邻探针 蝎形引物探针 相邻探针 阴阳探针 核酶探针 阴阳探针