四維核酸雜交技術介紹
四維核酸雜交技術介紹 | 時間: January-6 12:56:58 | 分類:技術欄目
凌儀生物提供高速離心機，美國Bio-rad伯樂電泳，德國eppendorf艾本德移液器，美國ABI基因擴增儀PCR，雅培原位雜交儀，Thermo熱電離心機等實驗室儀器設備，以及Corning康寧，Axygen愛思進，Greiner格瑞拉等耗材要省錢，別錯過哦。
定義
四維核酸雜交技術[ 1 ]（4DH），即在傳統核酸雜交三維空間(XYZ：表征DNA片段的長度、堿基組成和堿基的排列)的基礎上引入溫度作為第四位參數所構成的四維溫度空間平臺上建立的核酸雜交技術。
背景
基因組(genome)是指人類細胞中所有遺傳信息的總和。基因組信息是由脫氧核糖核酸(又稱為DNA)攜帶的。基因組的DNA是一種由4種堿基(A,G,C和T)組成的雙鏈聚合體，這種雙鏈結構的每條單鏈核苷酸鏈都以磷酸核糖為骨架，其堿基順序稱作DNA的一級序列結構?；蚪MDNA的兩條鏈是通過每條鏈上互補堿基間氫鍵的相互作用而連結在一起的。堿基的化學結構顯示，A與T相互作用形成兩對氫鍵（而不與其他任何堿基作用），G與C相互作用形成三對氫鍵（而不與其他任何堿基作用）。DNA固有的內部雙鏈以及堿基對相互作用的精確性在雜交過程中被利用。雜交是兩條互補的單鏈核苷酸鏈之間形成一條穩定的雙股螺旋雙鏈結構的過程。雜交反應可以在溶液中兩個互補單鏈之間發生，也可以一個溶液中的單鏈和固定在固相載體上的互補單鏈之間發生。而DNA芯片分析（或基因芯片分析）是利用了標有熒光的單股核苷酸鏈與DNA芯片上的單股序列鏈的雜交反應，是一種核酸雜交生物化學過程，這是DNA芯片（或基因芯片，也稱DNA微陣列或基因微陣列）的原理基礎，也是PCR技術中引物（寡核苷酸鏈）和樣品靶（核苷酸單鏈）相互作用的基礎。
基因芯片（或稱DNA芯片）技術是基于堿基互補原理，在固體芯片表面（數平方厘米）按一定的排列組合陣列集成大量的DNA探針，通過與待測DNA（或基因）進行雜交反應，進而一次對大量DNA（或基因）進行平行快速分析檢測的技術。
PCR技術是利用人工合成的引物（寡核苷酸鏈）在適當退火溫度（或雜交溫度）下與樣品靶（核苷酸單股鏈）雜交后，由聚合酶在引物
由此可見，核酸的雜交反應（DNA單股之間稱Southern雜交，DNA和RNA單股之間稱Northern雜交）是核酸分子生物學和基因診斷技術的基礎平臺。
問題
傳統的觀念認為核酸的Southern或Northern雜交是絕對特異性一對一堿基配對的，但是，事實上并不是如此較好的。當雜交溫度有偏差時，錯配一、二個堿基或簡并能態的情況同樣可以形成寡核苷酸雜交對。
開發PCR試劑盒都是用純凈單一序列的核酸鏈經優化過程而得出，當遇到包羅萬象的臨床樣品時，由于提取的核酸往往是總核酸，其中只要有與引物探針是同源序列、近源序列（錯一、二個堿基）或簡并能態的部分，就有可能出非特異的假陽性信號。
基因芯片技術是繼PCR技術之后又一個與基因相關的熱門技術?；蛐酒夹g已經發展十幾年，但是，一直無法上臨床。為什么？用臨床診斷檢驗員的話來說，再重復性不好。為什么不好？因為現有基因芯片技術采用的是傳統雜交——即Southern雜交技術，即采用的是單一雜交溫度（常用
正是由于傳統雜交存在一定數量的假陽性信號，也造成在PCR的分析中存在一定數量假陽性信號，在應用傳統雜交的DNA指紋鑒定中也同樣存在一定數量的假陽性信號。這些缺陷都可以利用四維雜交技術（4DH）來克服。
解決方法
由于量子力學方程式無解析解，所以沒有準確公式能夠計算出DNA片段的熔點溫度值（Tmp），近似估算值往往與實際值相差懸殊，實際應用中又必須知道準確值，才能確定較好雜交條件，所以許多廠家和公司開發產品時，不得不通過一個又一個優化實驗來獲得較優條件。四維雜交技術是在四維溫度空間里來考慮基因芯片上各個DNA探針雜交溫度不一致的問題，采用溫度掃描的辦法，測量比較各個點的特征熔點溫度Tmp值，從而給出陰陽信號判定結果。這也就給出了大規模測定寡核苷酸片段熔點溫度(Tmp)的簡便方法，這無論是對科學研究人員，還是對診斷試劑廠家，都帶來了極大的方便和效率。現在的基因診斷試劑都離不開探針和引物（PCR技術離不開引物，現有全自動基因測序儀離不開引物）——這都是寡核苷酸片段，其熔點溫度(Tmp)對基因診斷試劑盒是致關重要的。
采用四維雜交技術，必須使用四維雜交反應試劑[ 2 ]。過去使用的PCR過程結束后立即進行溫度掃描分析熔解曲線的方法，得出的特征熔點溫度Tmp值，單管反應過程的再重復性不好。加入四維雜交反應試劑后，結果穩定，單管反應過程的再重復性非常好。而且可以讓PCR的TaqMan探針模式結果做熔解曲線分析！排除掉假陽性信號。這是因為一般PCR商業試劑盒反應液是針對聚合酶的特異活性優化而來的較好反應條件，這個較好反應只是對聚合酶的擴增反應是較優化的，對核酸雜交反應不一定是較好反應條件！而四維雜交反應試劑是針對核酸雜交反應的特異性而進行較優化后得到的條件，更適合于核酸雜交反應。四維雜交反應試劑用于基因芯片分析，也可以很好解決傳統雜交基因芯片有關再重復性不佳的問題。而依據相關專業設計出的四維基因芯片系統可以不用標記樣品靶鏈，簡化了樣品處理，更適合臨床使用。
傳統三維雜交技術與創新四維雜交技術之間關系
如果將核酸雜交技術比喻成分子生物學的地基或平臺，一點也不為過。如果在傳統三維雜交技術平臺上建筑分子生物學房子，就好象在沙灘上建房子，蓋一層平房甚至二三層樓，可能都是不會有問題。但是，要蓋分子生物學摩天大廈時就不能建立在沙灘這樣的地基上（否則要癱塌），而要建立在堅實的巖石地基上。四維雜交技術就是建筑分子生物學摩天大廈所需要的堅實巖石地基！傳統三維雜交技術只是四維雜交技術的一個特例，但是，四維雜交技術的再重復性要遠遠優于傳統三維雜交技術。這里指的再重復性是指不同時間之間的重復性、不同地點之間的重復性、不同操作者之間的重復性和不同種類反應之間的重復性，而不是單指同一時間、同一地點、同一操作者和同一種反應之間的可重復性，即此處指的再重復性是指客觀規律的可重復性。這就是四維雜交技術的學術和商業價值！一項技術是否成熟，其結果的再重復性是一個極其重要標志。只有實際使用中結果的再重復性非常好，才能將好的科技轉化為工業生產和日常生活中可重復使用的生產力，造福于人類。
