关于基因诊断技术的知识,你知道多少?

摘要

关于基因诊断技术的知识,你知道多少?基因诊断技术可以识别自己携带的癌细胞、预知未来患多种疾病的风险。

基因诊断是指利用分子生物学方法,从DNA或RNA水平检测患者体内基因存在和表达状态,分析基因结构变异情况,进而对疾病作出诊断的方法和过程。基因诊断建立在分子生物学理论和技术高速发展的基础之上,被称之为继临床诊断、生物化学诊断以及免疫学诊断之后的第4代诊断技术。

 

按照检测内容,基因诊断可分为DNA诊断RNA诊断两部分。前者分析基因的结构,如DNA序列的缺失、点突变等;后者分析基因的功能,如mRNA量的变化,外显子的变异和间接加工缺陷等。按照检测策略,基因诊断也可以分为2大类:一类是直接基因诊断,即直接检查致病基因本身的异常。通常使用基因本身或邻近的DNA序列作为探针,或通过PCR扩增产物以探查基因有无点突变、缺失突变等异常及其性质。另一类是间接诊断,当基因结构不清或结构复杂或突变过多而无法逐一检测时,则通过对受检者及其家系进行连锁分析,以推断前者是否获得带有致病基因的染色体。连锁分析是基于紧密连锁的基因或遗传标记通常一起传给子代,因而考察相邻DNA标记是否传给子代,可以间接地判断致病基因是否也传递给子代。

 

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基因诊断中常用的分子生物学技术如下:

1、分子杂交技术

分子杂交技术又被称为核酸分子杂交技术,其基本原理是将具有同源性的两条核酸单链在一定条件下(适当的温度和离子强度等)按碱基互补原则退火形成异质双链。根据检测样品不同可分为DNA印迹杂交、RNA印迹杂交、点杂交(dot杂交)和原位杂交。DNA印迹杂交和RNA印迹杂交具有高度特异性和灵敏性,常用于特定基因的定量和定性检测、基因突变分析以及疾病诊断等。Dot杂交 用于检测样品中是否存在特异的DNA或RNA,可得到半定量结果。原位杂交可确定探针的互补序列在胞内的空间位置,因此具有重要的生物学和病理学意义。此外,原位杂交还可显示病原微生物存在的方式和部位。目前,基于分子杂交技术的原理又发展出多种新技术,如荧光原位杂交、多色荧光原位杂交和比较基因组杂交等。分子杂交技术被广泛应用于对遗传病、癌症及感染性疾病的诊断。

 

2、聚合酶链式反应技术

PCR诞生于1985年,其是一种模拟天然DNA复制过程的体外扩增法。利用PCR技术可将任意目的基因在体外进行特异性扩增。随着PCR技术的不断成熟和发展,在其基础上衍生出多种类型的PCR技术,如热启动PCR、巢式PCR、实时荧光定量PCR等。PCR技术与其他技术的结合使其应用性得到更广泛的发展,如PCR结合特异性寡核苷酸探针斑点杂交(ASO)、PCR产物的限制性片段长度多态性分析(PCR-RFLPs)、PCR结合单链DNA构像多态性(SSCP)、PCR结合变性梯度凝胶电泳(DGGE)、PCR结合异源双链分析法(HA)、多重可扩增探针杂交技术(MAPH)、环介导等温扩增法等。目前,PCR技术主要用于基因缺失或点突变所致疾病的检测以及病原微生物的检测。

 

3、基因芯片

DNA芯片技术是将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针,有规律地排列固定于支持物上,形成储存有大量信息的DNA阵列。然后与待测的荧光标记的样品基因按碱基配对原理进行杂交,再通过激光聚焦荧光检测系统等对芯片进行扫描,通过计算机系统对每一探针上的荧光信号强度分析,对杂交结果进行量化分析,它可在一次反应中进行多种信息平行分析。

基因芯片技术敏感、高效,对于已知的点突变及微缺失/插入可以进行检测,但不适用于未知的点突变检测。随着基因芯片技术的不断进步,该技术在将来有希望用于基因各种类型突变的检测及基因表达分析、多态性分析和DNA测序等方面。

 

4、DNA测序技术

DNA测序技术是进行突变分析最重要、最直接的方法,其不受其他筛选方法敏感性和特异性的限制。如今,DNA测序方法由第一代的化学裂解法、Sanger双脱氧链终止法,经第二代测序的454、Solexa、Hiseq、Solid技术,发展为第三代的SMRT、纳米孔单分子测序技术。其广泛地应用于SNP、染色体结构变异、甲基化分析等诊断领域。是上述其他技术的集大成者,只是由于技术和数据处理水平受限,导致准确性不是很完美,且价格相对较高。

 

目前认为,一切疾病均可以在基因水平找到答案,通过基因诊断技术对相应基因进行检测,可达到早检测、早预防、早发现、早治疗的目的,这是因为其相对于传统诊断技术具有特异性强、灵敏度高、诊断范围广等优点,并且可以进行直接和早期诊断。其在临床上主要应用于遗传性疾病、感染性疾病、癌症疾病、血液病以及器官移植等领域。例如。

 

遗传性疾病最可怕之处在于其可以影响下一代,因而通过基因诊断预测子代的基因状态,在必要时进行干预,避免有重大基因缺陷的胎儿出生。这种针对胎儿进行的诊断又分为产前基因诊断和胚胎植入前遗传学诊断。产前基因诊断主要是针对有生育患儿风险的夫妇的胎儿进行的诊断,采用的标本常为绒毛膜标本和羊水标本。这两种标本的采集方式具有一定的创伤性,对母婴的伤害很难避免。近年来,随着科学技术的发展,孕妇外周血中的胎儿有核细胞或游离胎儿DNA含量已满足检测要求,因此可采用孕妇外周血进行产前基因诊断,有效避免了对母婴的伤害。胚胎植入前遗传学诊断是在受精卵分裂至6-8个细胞的卵裂球阶段,取其中1-2个细胞进行基因诊断,挑选正常胚胎植入母体。

 

癌症的发生和发展主要基于基因的变化,因此基因诊断在癌症中有广阔的应用前景。目前已发现多种与肿瘤发生相关的癌基因和抑癌基因,而且这些基因的突变常发生在临床症状出现之前。因此通过对相关基因的检测可以达到早预防和早治疗的目的。另外,基因诊断可对肿瘤进行分级、分期及判断预后,也可对微小病灶、转移灶及血中残留癌细胞进行识别检测,并对化疗、放疗、药物等各种治疗效果进行评价。

 

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