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1、食品安全快速检测技术7分子杂交技术,1,分子杂交技术,一、分子杂交种类 二、分子杂交的一般程序 三、杂交样品膜的制备 四、标记探针的制备 五、分子杂交与结果检测 六、核酸分子杂交实验因素的优化,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,2,分子杂交技术,分子生物学中用于检测生物样本中是否含有特定的生物分子的一门技术。,分 子 杂 交 流 程 图,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,3,核酸分子杂交,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,4,一. 分子杂交种类,1. 按其分子种类划分 1） DNA杂交探针为DNA或RNA 2） RNA杂交探针为DNA或cDNA 3） 蛋白质免疫分析探针为抗体,食品安全快
2、速检测技术7分子杂交技术,5,2. 按样品制备过程划分 1） 原位杂交(in situ hybridization) i. 原位菌落杂交 ii. 原位噬菌斑杂交 iii. 原位细胞杂交 iv. 原位组织块杂交 原位裂解细胞，不需要分离DNA，RNA或蛋白质样品，可同时处理大量样品，常用于目的基因的筛选或检测某类细胞或组织中是否存在某一特定的DNA、RNA或蛋白质序列。,一. 分子杂交种类,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,6,3）印迹转移杂交(blotting hybridization) 先纯化样品，然后使不同大小的分子在凝胶上分离，转移到固体基质上，与探针杂交。该法可检测出感兴趣分子的分
3、子量。用于转移的方法有： i. 扩散法 ii. 毛细管法 iii. 电泳转移法 iv. 真空转移法。 根据转移对象的不同分为Southern印记法（DNA）、Northern印迹法（RNA）和Western 印迹法（蛋白质）。,一. 分子杂交种类,2）斑点杂交(dot hybridization) 先分离DNA，RNA或蛋白质，然后将样品液直接点在固体基质上进行杂交，放射自显影后，判断是否有杂交及其杂交强度，主要用于基因缺失或拷贝数改变的检测，半定量分析。,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,7,它利用两种探针与待测DNA结合，先将不带标记的探针固定在基质上，然后用待测样品与之杂交，洗去非特异
4、性结合后，再与第二种带标记的探针杂交。这种方法可用于粗制DNA样品，可检测出0.2ng的DNA样品,4) 夹心杂交法(sandwich hybridization),一. 分子杂交种类,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,8,1) DNA和RNA的杂交 制备DNA或RNA样品与固定基质结合80真空固定预杂交加入标记探针杂交洗涤放射自显影或显色反应。 2）蛋白质的免疫分析 制备蛋白质样品与固定基质结合常温空气中固定封闭剂封闭 一抗反应洗涤二抗-酶偶联物反应洗涤显色反应（EIA） 或 一抗放射标记物洗涤放射自显影（RIA）,二、 分子杂交的一般程序,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,9,1. 固
5、定基质的种类与特性 1）硝酸纤维素滤膜(Nitrocellulose filter, NCF) 可与三类大分子的结合，其机理不清楚，可能为被动吸附。 NCF不能结 合小分子DNA，RNA和蛋白质（20,000） 优点：i. 用于DNA，RNA杂交分析时结果可靠，灵敏，本底低。 ii. 用于蛋白质分析时，容量大（80g/cm2)；可直接染色；分辨率高； 不需要预激活；易于操作 缺点： 结合低分子蛋白质不稳定，反复使用探针次数有限（2-3次） 2）重氮化纸：DBM纸与DPT纤维素纸 最大特点是能结合小分子的DNA，RNA和蛋白质，共价结合，可用不同 探针进行多次杂交分析。该类基质结合生物大分子的能
6、力差，需要激活，分析蛋白质时最好用放射性标记物。这类基质对生物大分子是主动吸附。,三、 杂交样品膜的制备,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,10,3) 尼龙膜 i. 阳离子尼龙膜 i) 容量大, 蛋白质可结合480g/cm2 ii) 可结合不同大小的DNA，RNA和蛋白质。 iii) 韧性好 iv) 可用于电转移 v) 可进行反复多次杂交试验 vi) 广泛的化学耐受性和可高温消毒 *不能用于蛋白质的直接染色。 ii. 尼龙66 广泛用于核酸印迹分析，静电荷可从pH4时阳离子状态转变为pH7时阴离子状态，电转移时要注意。 4）离子膜 i. DEAE-纤维素纸 ii. CM-纤维素纸,三、 杂交
7、样品膜的制备,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,11,2. 固定基质的选择依据 1）强度，耐久性，操作简便 2）高信噪比（低本底高信号） 3）生物大分子的结合容量和稳定性 4）重现性好,三、 杂交样品膜的制备,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,12,3. 各种杂交样品膜的制备 1）原位杂交样品膜的制备 i. 原位菌落杂交样品膜,(1) 在含有选择性抗生素的琼脂平板上放一张硝酸纤维素滤膜。 (2) 用无菌牙签将各个菌落先转移至滤膜上,再转移至含有选择性抗生素但未放滤膜的琼脂主平板上。应按一定的格子进行划线接种(或打点)。每菌落应分别划线于两个平板的相同位置上。最后，在滤膜和主平板上同时划一个
8、含有非重组质粒（如pBR322)的菌落。 (3) 倒置平板,于37培养至划线的细菌菌落生长到0.5-1.0mm的宽度。 (4) 用已装防水黑色绘图墨水的注射器针头穿透滤膜直至琼脂,在3个以上的不对称位置作标记。在主平板大致相同的位置上也作上标记。 (5) 用Parafilm膜封好主平板,倒置贮放于4,直至获得杂交反应的结果。 (6) 裂解细菌,按下述方法,使释放的DNA结合于硝酸纤维素滤膜。,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,13,i) 细胞培养（高密度，几百十万个菌落或低密度，几百个以下） ii) 细菌细胞原位裂解与DNA变性 ii. 原位噬菌斑杂交样品膜 i) 细胞感染和噬菌斑形成（10
9、,000-20,000/平板） ii) 噬菌体转移用NCF作影印 iii) DNA变性与固定（与上同）,三、 杂交样品膜的制备,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,14,2） 斑点杂交样品膜的制备 制备样品点样固定（可用斑点杂交仪或直接点样）,三、 杂交样品膜的制备,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,15,3）转移杂交样品膜的制备 i. 扩散法（Difusion blotting method ),简单但不能定量转移，与电转比较只能转移25-50%的蛋白质。,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,16,ii. 毛细管法 (Capillary blotting method ) 毛细管转移法借助
10、吸水纸吸收转移缓冲液时所产生的牵引力量将DNA或RNA自胶体转移至膜上。要转印完全，起码需要作用6 h以上。 虽然所需花费的时间比较长，以其不须要特别的仪器设备，毛细管转移法目前仍被普遍采用。,Southern、 Northern 印迹,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,17,iii. 电转移法 (electro blotting ) ：半干法和湿法电转。,iv. 真空转移法 (Vaccum bllotting ) 转移速度与凝胶的厚度成反比，在相同转移率（50%）时，真空法比毛细管法快13倍，其损失仅6%，而毛细管法损失率20%。,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,18,v. 各种转移方
11、法的比较 i) 扩散法和毛细管法：操作简便，不需要特殊转移仪器，但转移效率低,（扩散法为70%，毛细管法80%）耗时多。 ii) 电转移法：效率高，耗时少，需特殊转移仪，对转移条件要求较严。 iii) 真空转移法：效率高，耗时最少，需特殊真空转移仪。,vi. 转移的最佳条件 i) 固定基质的选择 ii) 转移前预处理：DNA和RNA分子变性，蛋白质则需除去凝胶中的SDS。 iii)大分子的转移 对于分子量较大的DNA片段，必须进行原位断裂后再进行转移，断裂DNA分子最佳长度为1-2kb。,其步骤是： 0.25M HCl处理凝胶两次（每次15分钟）水洗0.5M NaOH/1M NaCl两次，每次
12、15分钟转移。 对于大分子蛋白质，可采用下述三种方法之一： 解偶联剂使凝胶解聚；蛋白酶作用；转移缓冲液中加入SDS。,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,19,四. 标记探针的制备,1. 标记化合物的种类 1）放射性同位素标记物,125I，3H，14C用于蛋白质标记；32P，3H，35S用于核酸标记，其中32P和35S使用频率高。32P标记核苷酸的位或位，35S则是标记核苷酸的位.,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,20,2) 非放射性标记物 i. 生物素 分离自蛋黄的水溶性维生素，它可以和分离自蛋清中的一种碱性蛋白抗生物素蛋白牢固地结合。每个抗生物素蛋白可结合4个生物素分子。此外，链霉菌抗
13、生蛋白与生物素结合更牢固，可大大提高其灵敏度。 生物素可以经过化学法与不同的化合物结合形成标记化合物。 ii. 半抗原 包括汞，2-乙酰胺二苯丙茂，地高辛配体和金属铕。 地高辛配体是一种脂质半抗原，可将其连在dUTP（脱氧尿三磷酸）上，然后用酶将其掺入新合成链中。检测上述标记物的方法是利用二抗-酶偶联物反应和显色反应。,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,21,iii. 蛋白质检测标记物 i) 酶偶联二抗（0.05ng） ii) 蛋白质A（来自金黄色葡萄球菌）。可作用于大多数哺乳动物的IgG（免疫球蛋白），灵敏度较低（5ng） iii) 免疫金（immunogold） 0.1-0.5ng 3)
14、 两类标记化合物的比较 i. 灵敏度 i ) 检测蛋白质，两种方法差不多。 ii) 检测核酸，放射法比酶法敏感。 ii. 稳定性 酶法探针可在4保存一年，放射性标记需每次制备。 iii. 安全性 非放射性标记安全。 iv. 效率 非放射性标记所需时间短。,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,22,2. 标记探针的制备方法 1）链标记法 2) 末端标记 3) 标记化合物的纯化,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,23,1）链标记法 i. 切口移位法 ds-DNA+DNase I+DNApol I+dNTP(32P-dCTP) ii. 随机DNA引物延伸法 ds-DNAss-DNA-(6n,t)K
15、lenow片段+dNTP(32P),iii. 反转录法 mRNA+dNTP(32P) cDNA（标记） iv. 转录法 含有待标记DNA片段的重组质粒+NTP(32P)RNA（标记） SP6聚合酶 v. 引物延伸法 含待标记DNA的单链DNA分子(M13mp系列)+引物(15-17n.t)+dNTP(32P)待标记DNA链 vi. T4 DNA聚合酶法 ds-DNAT4 DNA聚合酶, 无dNTP3-5外切酶活性加入dNTP和标记核苷酸新合成链（32P）,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,24,2) 末端标记 i. 5-末端标记 ss-和ds-DNA, RNA脱磷酸化反应 (CIP) T4D
16、NA连接酶(-32P )ATP ii. 3-末端标记 i) TdT加尾反应，用于dsDNA,ii) 补齐反应,iii) T4 RNA连接酶反应 RNA-OH+*pNp（3-5-二磷酸核苷）+ATPRNA-*pNPp+pA+ppi 3) 标记化合物的纯化 i. 柱层析 利用Sephadex G-50，前峰-标记物，后峰-核苷酸 ii. 旋转柱层析 快速，简便, 可同时纯化多个样品。,下一节,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,25,双链DNA标记法一切口移位法 （Nick Translation）,原理及过程：反应体系中DNA酶I随机在探针DNA上打开缺口，然后利用DNA聚合酶I 5 3外切酶活性，在缺口处按5 3方向切除单核苷酸；在切除的同时DNA聚合酶I有5 3的聚合酶活性，在缺口处3端链接底物中的单核苷酸，弥补缺口处的核苷酸链。随着反应的进行，缺口平移，并且底物中被标记的单核苷酸被随机掺入。DNA聚合酶I的两种作用交替进行，探针即被标记。,Nick Translation,返回,食品安全快速检测技术7分子杂交技术,26,双链DNA标记法二随机引物法（6核苷酸引物标记法）,原理及过程
