基于纳米材料的高灵敏核酸检测及高稳定可视化SNP分析方法研究

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我国乙肝表面抗原携带者约占总人口的7.18%,乙肝病毒(hepatitis B virus,HBV)携带者约占总人口的10%。乙肝患者或乙肝病毒携带者,其日常的生活、工作和活动等都受到了不同程度的干扰甚至歧视。然而,临床上HBV-DNA检测为阴性并不能肯定此时患者体内没有乙肝病毒的存在。若能够在乙肝等传染性疾病感染的初期针对低丰度样本实现高灵敏稳定检测,无疑为患者后续的治疗和康复提供了极大的帮助。因而开发一种针对低丰度样本高灵敏稳定的核酸检测方法具有重大的临床意义。然而,由于个体对药物和疾病易感性的不同,即使同种疾病在不同人群其表现型可能存在一定差异;另外,由于病毒亚型之间基因序列的细微差别,其致病性和耐药性往往也存在一定的差异。而这些现象都与相关基因单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)有关。因此建立一种稳定可靠的SNP分型方法对临床诊断和治疗有着重要的指导意义。本研究拟通过纳米技术,在完成核酸快速而高质量提取的基础上,建立低丰度HBV-DNA的高灵敏检测方法,及PreC区G1896A位点(该位点的突变有利于病毒DNA复制和逃避免疫清除)高稳定性和可视化的SNP基因分型方法。  本研究主要内容包括:⑴磁性纳米颗粒由于其独特的性质,已经广泛地应用于生物检测领域。我们通过实验条件的优化和控制,制备了粒径分布分别为170 nm-230 nm、270 nm-350nm、380 nm-450 nm、420 nm-550 nm、540 nm-700 nm和1μm-2μm的6种高分散性Fe3O4磁珠,同时对六种磁珠进行了表面SiO2包覆处理。实验结果表明,所有磁珠都近似为球形,且分散性良好、磁响应时间短,磁珠表面成功地包覆了约20 nm-30 nm厚的SiO2层,满足了后续研究中核酸提取、化学发光检测和磁珠在位SNP分型的需求。⑵核酸提取是所有以核酸为研究对象的检测诊断方案的前提,因而如何在较短的时间内有效地得到高纯度的核酸是极为关键的一步,也是保证最终检测结果准确可靠的第一步。本研究以Fe3O4磁珠为核酸载体,研发了通用型磁珠法核酸提取试剂盒,并对其性能进行了验证。该试剂盒适用于全血、HBV、HCV和HIV等病毒,也适合于E.coli等细菌样本的核酸提取,核酸得率>90%;大粒径SiO2包覆的Fe3O4磁珠更适合作为核酸载体;通过对试剂配方和裂解时间等条件的控制和优化,整个核酸提取流程能够在30 min内完成,且得到的核酸具有很高的纯度,完全满足后续检测的需求;试剂盒能够从一种样本或者多种样本中同时提取DNA和RNA。⑶乙肝病毒一直威胁着人类的健康,如果能够实现在感染初期针对低丰度HBV-DNA的有效检测,对于乙肝病毒携带-者或者乙肝患者的筛查和治疗都有着积极的作用。本研究在前面核酸高质量提取的基础上,结合一步法巢式PCR和化学发光检测技术,建立了低丰度HBV-DNA高灵敏检测方法,并对该方法进行了条件优化。结果表明,外引物的退火温度为57℃,内引物的退火温度为50℃,内外引物的比例为100∶1,外引物的热循环数为18 cycles,磁珠表面探针浓度的理论值为0.2 nmol/毫克,MB@Probe与待检靶序列的杂交温度为52℃,MB@Probe与待检靶序列的杂交时间为20 min,最适合用于化学发光检测的功能化磁珠粒径为300 nm。与常规PCR扩增相比,一步法巢式PCR能够更有效地从<500拷贝/mL的HBV血清样本中稳定地扩增获得待检靶序列,保证了检测结果的准确可靠。灵敏度实验结果表明,该方法可实现10个拷贝以下HBV的稳定检测。⑷HBV PreC区nt1896的变异,是HBV中最常见的变异。该位点的突变(G-A)有利于HBV-DNA的复制和病毒逃避免疫清除,从而导致肝炎重症化或暴发性肝炎。因而,针对HBV PreC区G1896A位点的基因分型有着重要的临床意义。本研究优化了基于磁分离和单碱基延伸技术的高稳定SNP分型方法,并完成了HBV PreC区G1896A位点的基因分型。实验结果表明,粒径为300 nm的功能化磁珠在荧光信号获取过程中遮蔽效应最低;单碱基延伸热循环的退火温度为58℃时,每毫克磁珠表面探针浓度的理论值为0.3 nmol时具有最高的SNP分型荧光强度和信噪比。同时,完成了14个HBV血清样本PreC区G1896A位的基因分型。结果表明,14个HBV样本均很好地完成了SNP基因分型,其中5个样本在PreC区G1896A位点为野生型,其余9个为突变型;每个HBV样本SNP分型均都获得了较强的荧光信号强度,且具有很好的信噪比(野生型的信噪比均>12,突变型的信噪比均<0.085);经过测序验证,该方法的基因分型结果完全与测序结果一致。⑸SNP分型主要通过特殊仪器对检测结果荧光信号强度和种类的区分进行基因型的判定,不仅检测价格不菲,且需要昂贵的特殊仪器辅助。因而开发一种简单、快速、检测成本低、可视化的SNP基因分型方法具有重要的研究价值。
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