素材：生物探針的種類及應(yīng)用2021-2022學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

生物探針的種類及應(yīng)用高中生物學(xué)選擇性必修三多處提及了生物探針，近年生物學(xué)選考試題也屢屢涉及。那么，生物探針有哪些？具體有哪些應(yīng)用呢？常見核酸分子探針及其應(yīng)用

核酸探針分子雜交是指具有一定同源性的兩條核酸單鏈在一定條件下（適宜的溫度及離子強(qiáng)度等）可按堿基互補(bǔ)原則形成雙鏈，此雜交過程是高度特異的。雜交的雙方是待測核酸及探針。一、DNA探針DNA探針是最常用的核酸探針，指長度在幾百堿基對以上的雙鏈DNA或單鏈DNA探針。現(xiàn)已獲的DNA探針種類很多，有細(xì)菌、病毒、原蟲、真菌、動物和人類細(xì)胞DNA探針，這類探針多為某一基因的全部或部分序列，或某一非編碼序列。

DNA探針（包括cDNA探針）有三大優(yōu)點(diǎn)：第一，這類探針多克隆在質(zhì)粒載體中，可以無限繁殖，取之不盡，制備方法簡便。其次，DNA探針不易降解（相對RNA而言），一般能有效抑制DNA酶活性。第三，DNA探針的標(biāo)記方法較成熟，有多種方法可供選擇，如缺口平移法、隨機(jī)引物法、PCR標(biāo)記法等，能用于同位素和非同位素標(biāo)記。二、cDNA探針cDNA是指互補(bǔ)于mRNA的DNA分子。cDNA是由RNA經(jīng)一種稱為逆轉(zhuǎn)錄酶的DNA聚合酶催化產(chǎn)生的。攜帶逆轉(zhuǎn)錄酶的病毒侵入宿主細(xì)胞后，病毒RNA在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下轉(zhuǎn)化成雙鏈cDNA，并進(jìn)而整合入宿主細(xì)胞染色體DNA分子，隨宿主細(xì)胞DNA復(fù)制同時復(fù)制，這種整合的病毒基因組稱為原病毒。在靜止?fàn)顟B(tài)下，可被復(fù)制多代，但不被表達(dá)，故無毒性，一旦因某種因素刺激而被活化，則該病毒大量復(fù)制。如其帶有癌基因，還可能誘發(fā)細(xì)胞癌變。三、RNA探針RNA探針是一類很有前途的核酸探針，由于RNA是單鏈分子，所以它與靶序列的雜交反應(yīng)效率極高。早期采用的RNA探針是細(xì)胞mRNA探針和病毒RNA探針，這些RNA是在細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄或病毒復(fù)制過程中得到標(biāo)記的，標(biāo)記效率往往不高，且受多種因素的制約。這類RNA探針主要用于研究目的，而不是用于檢測。四、寡核苷酸探針前述三種探針均是可克隆的，一般情況下，只要有克隆的探針，就不用寡核苷酸探針。合成的寡核苷酸探針具有以下特點(diǎn)：第一，由于鏈短，其序列復(fù)雜度低，分子量小，所以和等量靶位點(diǎn)完全雜交的時間比克隆探針短。第二，寡核苷酸探針可識別靶序列內(nèi)一個堿基的變化，因?yàn)槎烫结樦袎A基錯配能大幅度降低雜交體的Tm值。第三，一次可大量合成寡核苷酸探針，使得這種探針價格低廉，與克隆探針一樣，寡核苷酸探針能夠用酶學(xué)或化學(xué)方法修飾以進(jìn)行非放射性標(biāo)記物的標(biāo)記。最常用的寡核苷酸探針長18-40個堿基，目前的合成可有效地合成至少50個堿基的探針。利用核酸探針雜交技術(shù)比用免疫學(xué)抗原抗體技術(shù)有更高的特異性和敏感性等優(yōu)點(diǎn)，已顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。許多核酸（基因）探針已直接用于基因檢測，疾病診斷和病因研究。正在迅速發(fā)展的基因診斷更需要制作各種基因探針。

抗體探針及其應(yīng)用抗體探針又稱蛋白質(zhì)探針，能和與之相對應(yīng)的抗原蛋白發(fā)生特異結(jié)合?？贵w探針檢測法是一種，以抗體探針為基礎(chǔ)的免疫學(xué)檢測方法。在抗體與抗原識別后，通過對標(biāo)記物的定性和定量檢測而達(dá)到對抗原(或抗體）檢測的目的。傳統(tǒng)的免疫標(biāo)記物包括放射性同位素、酶和有機(jī)熒光染料分子等。

單克隆抗體只與抗原分子上某一個表位(即抗原決定簇)相結(jié)合，利用這一特性就可把它作為研究工作中的探針。

此時，可以從分子、細(xì)胞和器官的不同水平上，研究抗原物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，進(jìn)而并可從理論上闡明其機(jī)理。如用熒光物質(zhì)標(biāo)記單抗作為探針，能方便地確定與其結(jié)合的相應(yīng)生物大分子(蛋白質(zhì)、核酸、酶等)在細(xì)胞中的位置和分布。單克隆抗體作為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)試劑，更能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。單克隆抗體的特異性強(qiáng)，大大提高了抗原—抗體反應(yīng)的特異性，減少了和其它物質(zhì)發(fā)生交叉反應(yīng)的可能性，使試驗(yàn)結(jié)果可信度更大。單抗的均一性和生物活性的單一性，使抗原－抗體區(qū)應(yīng)結(jié)果便于控制，利于標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

單克隆抗體的制備示意圖單克隆抗體探針篩選目的基因用單克隆抗體（單抗）探針篩選目的基因是重組DNA技術(shù)中的一項(xiàng)新方法，目前已在多個領(lǐng)域中得到應(yīng)用。1．為了獲得某個特定基因，可以先提取mRNA，然后通過特定的單克隆抗體所識別的mRNA體外翻譯系統(tǒng)的產(chǎn)物來確定特定的mRNA，然后反轉(zhuǎn)錄cDNA并克隆，得到單克隆抗體所識別蛋白的基因。2．克隆的DNA與被單克隆抗體通過體外翻譯系統(tǒng)確定了的mRNA雜交，目的基因的DNA由于與單克隆抗體所確定的mRNA互補(bǔ)，其轉(zhuǎn)錄mRNA的作用被抑制，因而被抑制轉(zhuǎn)錄功能的基因，即為所篩選的基因。3．用單克隆抗體提純抗原，以分析抗原的全部或部分氨基酸序列，再推導(dǎo)出相應(yīng)的DNA堿基序列，根據(jù)DNA序列可以人工合成寡聚核苷酸探針，用此探針在基因組文庫或cDNA文庫中篩選單克隆抗體所識別抗原的基因。例、(2022年1月浙江生物學(xué)選考試題)我國在新冠疫情防控方面取得了顯著的成績，但全球疫情形勢仍然非常嚴(yán)峻，尤其是病毒出現(xiàn)了新變異株——德爾塔、奧密克戎，更是威脅著全人類的生命健康。（1）新冠病毒核酸定性檢測原理是：以新冠病毒的單鏈RNA為模板，利用

酶合成DNA，經(jīng)PCR擴(kuò)增，然后在擴(kuò)增產(chǎn)物中加入特異的

，如果檢測到特異的雜交分子則核酸檢測為陽性。（2）接種疫苗是遏制新冠疫情蔓延的重要手段。腺病毒疫苗的制備技術(shù)要點(diǎn)是：將腺病毒的復(fù)制基因敲除；以新冠病毒的

基因?yàn)槟０搴铣傻腄NA插入腺病毒基因組，構(gòu)建重組腺病毒。重組腺病毒在人體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)產(chǎn)生新冠病毒抗原，從而引發(fā)特異性免疫反應(yīng)。在此過程中，腺病毒的作用是作為基因工程中目的基因的

。將腺病毒復(fù)制基因敲除的目的是

。（3）單克隆抗體有望用于治療新冠肺炎。單克隆抗體的制備原理是：取免疫陽性小鼠的

細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞混合培養(yǎng)，使其融合，最后篩選出能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細(xì)胞。與植物組織培養(yǎng)相比，雜交瘤細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)需要特殊的成分，如胰島素和

。答案：（1）逆轉(zhuǎn)錄

核酸探針

（2）抗原

載體

使腺病毒失去復(fù)制能力（3）脾

動物血清解析：本試題考查疫苗的研制和單克隆抗體的制備。（1）以新冠病毒的單鏈RNA為模板，利用逆轉(zhuǎn)錄酶合成DNA，經(jīng)PCR擴(kuò)增，然后在擴(kuò)增產(chǎn)物中加入特異的核酸探針，如果檢測到特異的雜交分子則核酸檢測為陽性。（2）腺病毒疫苗的制備技術(shù)要點(diǎn)是：將腺病毒的復(fù)制基因敲除；以新冠病毒的抗原基因?yàn)槟０搴铣傻腄NA插入腺病毒基因組，構(gòu)建重組腺病毒。重組腺病毒在人體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)產(chǎn)生新冠病毒抗原，從而引發(fā)特異性免疫反應(yīng)。在此過程中，腺病