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1.LAMP引物的設(shè)計(jì)
LAMP引物的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)靶基因的六個(gè)不同的區(qū)域,基于靶基因3’端的F3c、F2c和Flc區(qū)以及5’端的Bl、B2和B3區(qū)等6個(gè)不同的位點(diǎn)設(shè)計(jì)4種引物。
FIP(Forward Inner Primer):上游內(nèi)部引物,由F2區(qū)和F1C區(qū)域組成,F(xiàn)2區(qū)與靶基因3’端的F2c區(qū)域互補(bǔ)F1C區(qū)與靶基因5’端的Flc區(qū)域序列相同。
F3引物:上游外部引物(Forward Outer Primer),由F3區(qū)組成,并與靶基因的F3c區(qū)域互補(bǔ)。
BIP引物:下游內(nèi)部引物(Backward Inner Primer ),由B1C和B2區(qū)域組成,B2區(qū)與靶基因3’ 端的B2c區(qū)域互補(bǔ),B1C域與靶基因5’端的Blc區(qū)域序列相同。
B3引物:下游外部引物(Backward Outer Primer ),由B3區(qū)域組成,和靶基因的B3c區(qū)域互補(bǔ)。
2.?dāng)U增原理
60—65℃是雙鏈DNA復(fù)性及延伸的中間溫度,DNA在65℃左右處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。因此,DNA在此溫度下合成是可能的。利用4種特異引物依靠一種高活性鏈置換DNA聚合酶。使得鏈置換DNA合成在不停地自我循環(huán)。擴(kuò)增分兩個(gè)階段。
第1階段為起始階段,任何一個(gè)引物向雙鏈DNA的互補(bǔ)部位進(jìn)行堿基配對(duì)延伸時(shí),另一條鏈就會(huì)解離,變成單鏈。上游內(nèi)部引物FIP的F2序列首先與模板F2c結(jié)合(如圖B所示),在鏈置換型DNA聚合酶的作用下向前延伸啟動(dòng)鏈置換合成。外部引物F3與模板F3c結(jié)合并延伸,置換出完整的FIP連接的互補(bǔ)單鏈(如圖C所示)。FIP上的F1c與此單鏈上的Fl為互補(bǔ)結(jié)構(gòu)。自我堿基配對(duì)形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)(如圖C所示)。以此鏈為模板。下游引物BIP與B3先后啟動(dòng)類(lèi)似于FIP和F3的合成,形成啞鈴狀結(jié)構(gòu)的單鏈。迅速以3’末端的Fl區(qū)段為起點(diǎn).以自身為模板,進(jìn)行DNA合成延伸形成莖環(huán)狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是LAMP基因擴(kuò)增循環(huán)的起始結(jié)構(gòu)。
第2階段是擴(kuò)增循環(huán)階段。以莖環(huán)狀結(jié)構(gòu)為模板,F(xiàn)IP與莖環(huán)的F2c區(qū)結(jié)合。開(kāi)始鏈置換合成,解離出的單鏈核酸上也會(huì)形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。迅速以3’末端的B1區(qū)段為起點(diǎn),以自身為模板。進(jìn)行DNA合成延伸及鏈置換.形成長(zhǎng)短不一的2條新莖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的DNA,BIP引物上的B2與其雜交。啟動(dòng)新一輪擴(kuò)增。且產(chǎn)物DNA長(zhǎng)度增加一倍。在反應(yīng)體系中添加2條環(huán)狀引物L(fēng)F和LB,它們也分別與莖環(huán)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合啟動(dòng)鏈置換合成,周而復(fù)始。擴(kuò)增的最后產(chǎn)物是具有不同個(gè)數(shù)莖環(huán)結(jié)構(gòu)、不同長(zhǎng)度DNA的混合物。且產(chǎn)物DNA為擴(kuò)增靶序列的交替反向重復(fù)序列。
環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)(loop-mediated <wbr>isothermal <wbr>amplification,LAMP)
3 LAMP的特點(diǎn)
LAMP與以往的核酸擴(kuò)增方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)操作簡(jiǎn)單,LAMP核酸擴(kuò)增是在等溫條件下進(jìn)行,對(duì)于中小醫(yī)院只需要水浴鍋即可,產(chǎn)物檢測(cè)用肉眼觀察或濁度儀檢測(cè)沉淀濁度即可判斷。對(duì)于RNA的擴(kuò)增只需要在反應(yīng)體系中加入逆轉(zhuǎn)錄酶就可同步進(jìn)行(RT.LAMP),不需要特殊的試劑及儀器。
(2)快速高效,因?yàn)椴恍枰A(yù)先的雙鏈DNA熱變性.避免了溫度循環(huán)而造成
的時(shí)間損失.核酸擴(kuò)增在l h內(nèi)均可完成,添加環(huán)狀引物后時(shí)間可以節(jié)省1/2,多數(shù)情況在20。30 rain均可檢測(cè)到擴(kuò)增產(chǎn)物。且產(chǎn)物可以擴(kuò)增至109倍,達(dá)0.5 mg/mL.應(yīng)用專(zhuān)門(mén)的濁度儀可以達(dá)到實(shí)時(shí)定量檢測(cè)。
(3)高特異性,由于是針對(duì)靶序列6個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)的4種特異性引物。6個(gè)區(qū)域中任何區(qū)域與引物不匹配均不能進(jìn)行核酸擴(kuò)增。故其特異性極高。
(4)高靈敏度,對(duì)于病毒擴(kuò)增模板可達(dá)幾個(gè)拷貝,比PCR高出數(shù)量級(jí)的差異。
缺點(diǎn):由于LAMP擴(kuò)增是鏈置換合成,靶序列長(zhǎng)度最好在300 bp以?xún)?nèi)。>500 bp則較難擴(kuò)增。故不能進(jìn)行長(zhǎng)鏈DNA的擴(kuò)增。由于靈敏度高。極易受到污染而產(chǎn)生假陽(yáng)性結(jié)果。故要特別注意嚴(yán)謹(jǐn)操作,以及在產(chǎn)物的回收鑒定、克隆、單鏈分離方面均遜色于傳統(tǒng)的PCR方法。
4 引物設(shè)計(jì)實(shí)例
LAMP引物設(shè)計(jì)的在線(xiàn)網(wǎng)站(http://primerexplorer.jp/e/),只要導(dǎo)入靶基因就能自動(dòng)生成成組引物。
以某一微生物的鞭毛基因?yàn)槔v解一下LAMP相物設(shè)計(jì)的過(guò)程:
首先,單擊瀏覽按鈕選擇靶基因序列文件,靶序列默認(rèn)的是小于2 2 kbp。支持三個(gè)類(lèi)型的文件,普通文本格式(僅含序列), FASTA格式和GenBank 格式文件。
第二,從下面三個(gè)選項(xiàng)中選擇定參數(shù)設(shè)定(引物設(shè)計(jì)條件)條件;贕C含量的自動(dòng)判斷, 起始的參數(shù)是特定的:如果GC含量小于或等于45%.,則選取AT豐度高的區(qū),如果GC含量高于60%,則選取GC豐度高的區(qū),其它情況是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定狀態(tài)。
設(shè)計(jì)合適的引物是進(jìn)行LAMP反應(yīng)的關(guān)鍵,通過(guò)考慮堿基組成,GC含量,二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成,Tm值等因素可以通過(guò)Pimer Explore)(一種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)LAMP引物的軟件)來(lái)設(shè)計(jì)LAMP反應(yīng)的引物。
在進(jìn)行LAMEP引物設(shè)計(jì)的時(shí)候有以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要考慮:
1.引物之間的距離
F2區(qū)段的5’端到B2區(qū)段的5’端(LAMP反應(yīng)擴(kuò)增的區(qū)域)之間的距離建議是120~180bp。 F3區(qū)段的3’端到F2區(qū)段的5’端之間的距離是0~20bp(同理B2和B3之間的距離是0~20bp)。 F2區(qū)段的5’端到F1區(qū)段的5f端(形成環(huán)的部分)之間的距離是40~60bp。
2.引物的Trn值
引物的Tm值采用近鄰分析法(the nearest-neighbor method)來(lái)計(jì)算,這種方法是目前認(rèn)為計(jì)算值最接近真實(shí)值的一種方法。計(jì)算Tm值的時(shí)候會(huì)受到鹽濃度(salt concentration),寡核苷酸的濃度等實(shí)驗(yàn)條件的影響,所以最好是在確定的實(shí)驗(yàn)條件下來(lái)計(jì)算Tm值。
例如:寡核苷酸的濃度為0.1μmol,鈉離子的濃度是50mM,鎂離子的濃度4 mM等。
Tm(退火溫度=△h*1000/[△S+Rln(C/4)]-273.15+16.6log[Na+] 式中,Tm為退火溫度,℃;為摩爾氣體常數(shù),1. 987ca1/℃•rnol ; △H為焓變;△s 為熵變;C為寡聚核苷酸的濃度;[Na+]為鈉離子濃度。
對(duì)于GC含量正;蚴荊C含量富集的引物Tm值為60~65℃,而對(duì)于AT富集的引物Tm值為}55~60℃。在設(shè)計(jì)引物的時(shí)候,F(xiàn)1c和B1c的Tm值大概是65℃(64~66℃), F2,B2, B31的Tm值大概是60℃(59~61℃)。
3.引物末端的穩(wěn)定性
引物的末端作為DNA合成的起點(diǎn)必須有一定的穩(wěn)定性,自由能改變值(△G)是指反應(yīng)物的自由能與產(chǎn)物的自由能之差,反應(yīng)朝著自由能減小的方向運(yùn)行口引物和目的基因之間的退火反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的反應(yīng),自由能改變值(△G)越小,引物與模板之間的退火反應(yīng)越容易發(fā)生。
一般在進(jìn)行引物設(shè)計(jì)的時(shí)候,F(xiàn)2/B2\F3/B3的3’端和F1 c/B1c的5’端的自由能改變值小于或等于-4Kcal/mol。F1C的5’端擴(kuò)增以后相當(dāng)于F1的3’端,所以它的穩(wěn)定性很重要。
4 GC含量
引物在設(shè)計(jì)的時(shí)候使其GC含量介于40%~65%之間,但是當(dāng)引物的GC含量介于50%~60%時(shí),引物的質(zhì)量相對(duì)好一些。
5.二級(jí)結(jié)構(gòu)
引物在設(shè)計(jì)的時(shí)候要防止形成二級(jí)結(jié)構(gòu),這一點(diǎn)是十分重要的,特別是內(nèi)引物。
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lamp反應(yīng)原理圖.jpg
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