核酸杂交：探针与靶核酸结合基础及检测分子类型

核酸杂交：探针与靶核酸结合基础及检测分子类型

梁菊华        右江民族医学院附属医院

在神奇的生命科学领域当中，有一种核酸杂交技术，它打开了生物分子世界的大门，今天我们就和它来认识一下，探针和靶核酸结合的原理是什么？它能检测到哪些生物分子？​
一、核酸杂交技术的“地基”：碱基互补配对原则​
（一）什么是碱基互补配对​
我们知道，核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。在DNA中有四种碱基为:腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）；RNA中胸腺嘧啶被尿嘧啶(U)代替，另外三种碱基保持不变。碱基对之间存在着“默契”：A与T(U)配对，G与C配对，这种配对关系是非常稳定的，正如拼图的两块契合部分，只有特定的形状才能完美拼合在一起。​
（二）互补配对如何让探针与靶核酸“牵手”​
核酸杂交技术，探针是我们特意设计好的一条带有“标记物”的核酸片段，是携带着信号发射器的“侦察兵”，靶核酸就是我们想检测的核酸分子，探针和靶核酸放在一起，并且环境条件合适时(合适的温度、离子强度等)，如果探针的碱基序列和靶核酸的部分序列按照碱基互补配对原则刚好配对，那么两者会相互吸引形成稳定的双链结构，就像两个失散多年的好友，凭着事先约定的暗号，在茫茫的人海中相遇。​
（三）从分子层面看结合过程​
从微观分子层次来讲，碱基之间是通过氢键相连的，A与T(U)之间有2个氢键，G与C之间有3个氢键，这些氢键虽然单个来看都很弱，但是大量的碱基通过互补配对结合在一起就形成一股强大的力量，使得探针与靶核酸的链结构极其稳定。就像很多根细小的绳拧在一起，就形成一根粗绳，强度大大增加。
二、核酸杂交技术能检测的生物分子“宝库”​
（一）DNA分子的检测​
基因克隆的筛选：基因工程中经常需要从大量的基因中筛选出某一个基因，这时候核酸杂交就可以大显身手了，将已知序列的DNA探针与克隆的DNA文库杂交，如果某克隆中的DNA片段与探针上的DNA序列互补，形成杂交双链，检测杂交信号，即可选择出含有目的基因的克隆。这就好像在图书馆中，根据关键字索引，快速找到所需的书。​
基因变异检查：我们每个人的基因都有发生变异的可能，有些变异会导致疾病。核酸杂交技术可以检查出基因的变异。例如，检查一些遗传疾病，科学家了解这种病正常基因序列和变异基因序列的不同之处，将这两种序列分别设计探针，一个探针和正常的序列互补，一个探针和变异序列互补，用这两种探针分别同病人的DNA标本杂交，如果与突变基因探针形成杂交信号，那就说明患者的基因可能存在变异。​
DNA指纹分析：法医领域的核酸分子杂交技术也很重要，每个人的 DNA 都是不同的，就像指纹一样，世界上没有两片相同的指纹，通过对一些特殊的 DNA 区域的核酸杂交分析，可以得出每个人不同的 DNA 指纹图谱，可以用于亲子鉴定，犯罪嫌疑人的身份识别等，例如亲子鉴定，利用小孩和父母的DNA样本与特定探针杂交，通过比对图形，可确定他们是否是亲子关系。​
（二）RNA分子的检测​
基因表达水平研究：基因就像细胞里的一个个“小工厂”，根据细胞需要生产不同的蛋白质，这就是基因的表达，基因表达中的关键“快递员”就是RNA，它负责将基因的指令运输到细胞里蛋白质的生产车间，通过核酸杂交的方法，我们可以用RNA的探针来测细胞里特定RNA的含量，就可以了解基因的表达水平。比如研究肿瘤细胞，检测跟肿瘤生成和演进关系密切的基因对应的RNA的数量，如果数量过高(过低)，就可能说明基因的表达出现了问题，这对于肿瘤的诊断和治疗具有十分重要的意义。
病毒RNA检测：很多病毒的遗传物质是RNA，例如流感病毒、新冠肺炎病毒等，核酸杂交技术也可以帮助我们快速的检测病毒的RNA，科学家设计病毒 RNA 特有的序列，与患者样本中的核酸杂交，若产生杂交信号，则表示患者样本中存在病毒的 RNA，从而诊断患者是否患病。就好像探测器一样，在患者身上寻找病毒的影子，这就是利用核酸杂交检测病毒。​
核酸杂交技术是以碱基互补配对原则为基础，用探针与靶核酸进行配对检测各种生物分子的强大工具，从基因到病源，从法医到病毒，发挥着不可替代的作用，为探索生命的奥秘、守护人类健康提供了有力的技术手段。随着科技的进步，核酸杂交技术也在与时俱进、不断创新和完善，必将继续带给我们更多的惊喜和更大的帮助，让我们攻克更多生命科学的难题。