核酸恒温扩增技术研究进展

核酸恒温扩增技术在生命科学研究及相关诸多领域已经得到了广泛应用。我们对核酸恒温扩增技术的最新进展作一简要综述,包括环介导恒温扩增、链替代扩增、依赖核酸序列的扩增、滚环扩增、切口酶核酸恒温扩增、依赖解旋酶的恒温扩增、转录依赖的扩增、杂交捕获法、转录介导的扩增等的原理、优缺点及应用。     

滚环扩增技术的原理及其应用的研究

滚环扩增是近年来发展起来的一种恒温核酸扩增方法。这种方法不仅可以直接扩增DNA和RNA,还可以实现对靶核酸的信号放大,灵敏度达到一个拷贝的核酸分子,因此,RCA技术在全基因组扩增、单核苷酸多态性、DNA芯片、蛋白质芯片等方面检测中具有很大的应用价值和潜力。     

环介导等温扩增技术的应用进展

环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)是一种新式核酸扩增技术,它依靠一种具有链置换活性的DNA聚合酶与2对特殊设计的引物,在等温条件下即可高效快速地完成扩增反应。相较于传统扩增检测方法,LAMP技术具有特异性强、灵敏度高、操作简单快速等优点,更能在现场快速检测和基层应用中广泛推广,目前LAMP技术已广泛应用于植物病害检测、动物病害检测、食品安全检测等领域。基于此,简要介绍了LAMP技术的基本原理、反应产物的检测方法,重点阐述了LAMP技术的改进与发展,综述了近年来其在科研生产中的应用进展,并对其发展前景进行了展望,以期为LAMP技术的进一步发展提供合理的研究方向。     

多重核酸检测技术研究进展

核酸检测技术因其快速、灵敏、特异、准确等优点,被广泛应用于细菌、真菌、病毒、寄生虫的快速检测和鉴定,以及疾病的早期筛查与诊断中。随着生物检测技术的发展,基于核酸的多重检测技术在核酸诊断领域发挥了越来越重要的作用,主要包括以多重PCR、核酸等温扩增、基因芯片为基础的多重核酸检测技术,这些技术可对多个靶标进行同时检测,具有快速、高通量、样品消耗少等特点。本文扼要介绍这些技术的原理,及其在病原检测、疾病诊断等方面的应用。     

用重组酶介导扩增技术快速扩增核酸

体外核酸快速扩增技术是一种可使微量核酸在体外高效快速扩增的技术, 自问世以来, 被广泛应用于分子生物学、医学和法理鉴定等领域, 并被不断改进, 以使其功能和适应性更为广泛. 重组酶介导扩增法是在现有体外核酸扩增原理的基础上发展起来的恒温体外快速扩增核酸技术. RAA法利用重组酶、单链结合蛋白和DNA聚合酶代替了传统PCR的热循环解链过程, 实现了在37℃恒温下的核酸快速扩增, 无需特殊的辅助仪器, 对操作人员的要求也不高, 具备简单、节能、便携、快速等特点, 有望在不远的将来取代传统的热循环PCR反应.     

体外核酸快速扩增技术的发展和不断创新

利用聚合酶链式反应(PCR)进行的核酸体外扩增是1983年开始发展起来的一项革命性技术,目前已被广泛运用于现代化的农业和医学以及食品工业等领域,特别是在人类认知基因和基因组的过程中,体外核酸扩增技术做出了卓越的贡献。最初,体外核酸扩增技术主要是利用耐高温的DNA聚合酶(Taq酶),这样就使核酸的体外扩增反应可以在热循环中进行。但因需要使用昂贵的设备和消耗大量的电力,其成本和应用范围都受到一定的限制。之后,恒温体外核酸扩增悄然兴起,这改变了传统扩增技术的局限性,使核酸的体外扩增更加简单和方便。重组酶介导扩增(RAA)法是一种最新型的恒温体外核酸扩增技术,该系统的显著优点在于它在常温下就能实现DNA解链并快速扩增(15~30min完成),反应快速、专一性好、灵敏度高,还可用于定时定量的结果分析。     

重组酶聚合酶扩增技术：一种新的核酸扩增策略

重组酶聚合酶扩增 (recombinase polymerase amplification, RPA)是近年来兴起的一种等温核酸扩增技术,它比聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)及其它等温扩增技术更快速、便捷、高效。本文将详细介绍RPA这项新颖的技术,并对其在医疗诊断、农业、食品、生物安全等方面的研究及应用进展进行综述。期望这项技术得到更多的关注,使其发展更加完善,将来在更多的领域充分发挥作用,甚至书写核酸检测历史新篇章。     

等温扩增技术及其结合CRISPR在微生物快速检测中的研究进展

等温扩增技术因其对仪器依赖性低、核酸扩增高效等优势,非常适合于快速检测,已在微生物快速检测领域得到了广泛应用。本文从核酸提取、等温扩增(以环介导等温扩增技术(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)和重组酶聚合酶扩增技术(Recombinase polymerase amplification,RPA)为例)和产物检测角度,就近年来核酸等温扩增技术的发展及其在病原微生物核酸快速检测领域的应用进行综述,并概述了核酸等温扩增技术与CRISPR(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)基因编辑技术相结合的最新研究成果,为这些新兴技术的研究和未来的发展提供新思路。     

环介导等温扩增技术的研究进展

环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)是一种新式核酸扩增技术,它依靠一种具有链置换活性的DNA聚合酶和2对特殊设计的引物,不需要反复的温度循环和昂贵的仪器设备,在等温条件下即可高效快速地完成扩增反应,目前已广泛应用于细菌、病毒、寄生虫等病原体的检测,及动物胚胎性别的鉴定。该文总结了LAMP技术的基本原理、相对于传统核酸检测技术的优点、产物的检测方法及其临床应用,最后指出LAMP目前存在的不足以及采取的相应措施,并对其发展前景进行了展望。     

环介导等温扩增技术的改进及其在现场检测平台上的应用进展

环介导等温扩增技术(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)是一种新型核酸体外扩增技术,具有等温、快速、高特异性和灵敏度、产物检测简便等特点。自建立以来,该技术被广泛应用于病原检测、动物胚胎的性别鉴定、转基因食品检测和肿瘤的基因检测等领域并得到不断改进和完善,主要体现在特异性提高,反应速度加快,样本处理简化,检测方法特异化,多重扩增得以实现。由于LAMP满足现场检测的诸多要求,当前基于LAMP技术的现场检测平台正向着微型化、集成化、自动化方向发展,并呈现出与芯片实验室和数字扩增等技术联合应用的趋势。本文综述了近年来LAMP技术的改进及其在现场检测平台上的应用进展。     

等温核酸扩增技术在病原体检测中的应用

近年来,新型传染病相继爆发,如严重急性呼吸综合征（severe acute respiratory syndrome,SARS）、H7N9禽流感等,严重威胁着人类健康和社会、经济的可持续发展,同时给传染病的防控带来了严峻挑战。病原体检测是传染病防控的重要环节,越来越多的新技术被应用其中。等温核酸扩增技术作为一种快速、灵敏度高的病原体检测技术,已取得了长足发展。对等温核酸扩增技术的原理、重要特性及其在病原体检测中的应用进展进行了较为全面的综述,以期为这一技术的推广和应用提供重要参考。     

Isothermal amplification detection of nucleic acids by a double-nicked beacon

Isothermal and rapid amplification detection of nucleic acids is an important technology in environmental monitoring, foodborne pathogen detection, and point-of-care clinical diagnostics. Here we have developed a novel method of isothermal signal amplification for single-stranded DNA (ssDNA) detection. The ssDNA target could be used as an initiator, coupled with a double-nicked molecular beacon, to originate amplification cycles, achieving cascade signal amplification. In addition, the method showed good specificity and strong anti-jamming capability. Overall, it is a one-pot and isothermal strand displacement amplification method without the requirement of a stepwise procedure, which greatly simplifies the experimental procedure and decreases the probability of contamination of samples. With its advantages, the method would be very useful to detect nucleic acids in point-of-care or field use.     

基于CRISPR/Cas系统的核酸生物传感器

近年来,CRISPR/Cas系统已经成为转录调控和基因组编辑的重要工具。除了在基因编辑领域的贡献,CRISPR/Cas系统独特的靶核酸顺式切割和非特异性单链核酸反式切割能力,在开发核酸检测的新型生物传感器方面展现出巨大潜力。构建基于CRISPR/Cas系统高灵敏度生物传感器的关键通常依赖其与不同信号扩增策略,诸如核酸扩增技术或特定信号转导方法的结合。基于此,本文旨在通过介绍不同类型的CRISPR/Cas系统,全面概述基于该系统的核酸检测生物传感器的研究进展,并重点对结合核酸扩增技术（PCR、LAMP、RCA、RPA和EXPAR）、灵敏的信号转导方法（电化学和表面增强拉曼光谱）和特殊结构设计生物传感的三大类型信号放大策略的CRISPR/Cas生物传感器进行总结和评论。最后,本文对目前的挑战以及未来的前景进行展望。     

Research progress in the detection of common foodborne hazardous substances based on functional nucleic acids biosensors

With the further improvement of food safety requirements, the development of fast, highly sensitive, and portable methods for the determination of foodborne hazardous substances has become a new trend in the food industry. In recent years, biosensors and platforms based on functional nucleic acids, along with a range of signal amplification devices and methods, have been established to enable rapid and sensitive determination of specific substances in samples, opening up a new avenue of analysis and detection. In this paper, functional nucleic acid types including aptamers, deoxyribozymes, and G-quadruplexes which are commonly used in the detection of food source pollutants are introduced. Signal amplification elements include quantum dots, noble metal nanoparticles, magnetic nanoparticles, DNA walkers, and DNA logic gates. Signal amplification technologies including nucleic acid isothermal amplification, hybridization chain reaction, catalytic hairpin assembly, biological barcodes, and microfluidic system are combined with functional nucleic acids sensors and applied to the detection of many foodborne hazardous substances, such as foodborne pathogens, mycotoxins, residual antibiotics, residual pesticides, industrial pollutants, heavy metals, and allergens. Finally, the potential opportunities and broad prospects of functional nucleic acids biosensors in the field of food analysis are discussed.     

重组酶聚合酶扩增技术在植物病毒检测中的应用

随着分子生物学技术的发展,多种核酸等温扩增技术逐渐被开发出来。其中,重组酶聚合酶扩增(recombinase polymerase amplification,RPA)作为一种快速、灵敏的检测技术具有很大的优势。目前,RPA已应用于转基因生物、各类病原物及食品安全检测等多个领域,并作为新兴技术在植物病毒检测领域中快速发展。RPA技术只需一对引物,在恒温条件下(37-42℃)只需30 min左右即可完成反应,具有较高的灵敏度与特异性。因此,该技术正迅速成为一种能够用于条件有限的实验室或现场植物病毒检测的手段。本文介绍了RPA技术的检测原理、引物设计和应用方式,综述了其在植物病毒检测中的最新研究进展及存在的问题,为RPA技术在植物病毒检测中的应用提供参考。     

Rapid detection of human rotavirus using colorimetric nucleic acid sequence-based amplification (NASBA)-enzyme-linked immunosorbent assay in sewage treatment effluent

A colorimetric nucleic acid sequence-based amplification-enzyme-linked immunosorbent assay (NASBA-ELISA) was developed for rapid detection and identification of human rotavirus. Oligonucleotide primers targeting gene 9 encoding a serotype-specific antigen VP7 were selected and used for the amplification of viral RNA by the isothermal NASBA process, resulting in the accumulation of biotinylated RNA amplicons. Amplicons were hybridized with a specific amino-linked oligonucleotide probe covalently immobilized on microtiter plates. The DNA-RNA hybrids were colorimetrically detected by the addition of streptavidin-peroxidase conjugate and tetramethylbenzidine substrate. Using the NASBA-ELISA system, as little as 0.2 PFU (4 x 10(1) PFU ml(-1)) and 15 PFU (3 x 10(3) PFU ml(-1)) of rotavirus were detected within 6 h in spiked MQ water and sewage treatment effluent respectively. No interference was encountered in the amplification and detection of rotavirus in the presence of non-target RNA or DNA. Moreover, the presence of non-target bacteria and virus does not generate any non-specific signal, confirming the specificity of the developed NASBA-ELISA system and its effectiveness in specifically detecting rotavirus. The NASBA-ELISA system offers several advantages in terms of sensitivity, rapidity and simplicity. This technique should be readily adaptable for detection of other RNA viruses in both foods and clinical samples.     

PCR增强剂在核酸体外扩增检测技术的研究进展

在各种高致病性病原体、禽流感病毒、食源性微生物等引起的疾病随时大规模流行的背景下,利用聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）技术对第一例或第一波病例的快速实验室诊断显得尤为重要,同时发展出多种以PCR技术为基础的检测技术以便更加快速、高通量、敏感地对疾病进行诊断、预防或预测。然而,在实际病原体检测中,常常出现灵敏度低、准确性差的结果。PCR增强剂是在PCR及PCR衍生技术中添加的一类物质,其可从产率、特异性、灵敏度等方面提高核酸扩增性能,从而优化核酸检测,解决病原体检测的应用瓶颈,为第一例病原体检出节约宝贵的时间。结合以PCR为基础的核酸体外扩增检测技术对PCR增强剂在其中的应用、优缺点、作用机理进行介绍,以期为病原体核酸检测的实际应用提供一些参考。     

核酸试纸条检测方法研究进展*

凝胶电泳、实时荧光PCR等常规核酸检测方法存在操作繁琐、设备昂贵、反应时间长等局限性。随着核酸检测市场规模的大幅提升,常规检测方法已无法满足临床诊断、检验检疫的需求。核酸试纸条(nucleic acid detection strip,NADS)是一种新兴的核酸检测方法,具有灵敏度高、操作便捷、结果可视化、成本低且耗时短等优势,在基础研究与临床诊断等领域受到广泛关注。综述近年来NADS的检测方法及研究进展,系统总结该技术的原理、应用及临床潜在转化价值,以期为NADS的进一步开发、利用提供借鉴。