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2019诺奖化学奖会给生物学家吗 这种DNA验证技术呼声高

2019-12-01 16:34:35    

这位记者张家星

诺贝尔生理医学奖已经宣布,但是生物学家仍然有机会。

据统计,自1990年以来,已有16项诺贝尔化学奖授予生物成就。例如,2017年和2018年,诺贝尔化学奖授予了冷冻电子显微镜的发明和活性蛋白质的定向进化。

被称为诺贝尔风向标的桂冠奖今年有两个与生命科学密切相关的化学奖项。当看到著名的南方名字时,记者立即决定“打赌”这种无处不在的dna验证技术。

南方印迹是埃德温·南方在英国医学研究委员会从事科学研究时发明的。相关论文首次发表时,他才35岁。以他的名字命名的dna印迹技术可以用来确定特定的dna序列并判断它们的功能,无论它们是否变异,地图定位等。后来他还发明了dna芯片和其他技术。引文奖获得者表示,他的发明是高通量核酸分析、基因定位、诊断和筛选的开端,也是当今个性化医学的基础。

可以检测遗传病中的单基因突变

江苏省2007年高考生物试卷中存在一个关于南方印迹的问题。这个问题给出了southern blotting测试后获得的图像,并要求学生判断不同条带所展示的生命科学意义-

单基因遗传病可以通过核酸杂交(southern blotting)早期诊断。镰状细胞性贫血是地中海地区发病率较高的单基因遗传病。众所周知,红细胞正常的个体基因型是bb,镰状细胞性贫血患者的基因型是bb。一对夫妇被检测为致病基因的携带者。为了生下健康的孩子,每次早孕都进行产前诊断。标题给出了产前核酸分子杂交诊断和结果的示意图。根据凝胶电泳带谱分析,可以确定胎儿是否患有镰状细胞性贫血。

书中提到的B and B只是dna中的一个碱基差异。如何区分它们?南方印迹做了。

其原则可以形象地理解为“钓鱼执法”和“原型”两个步骤——

由于一个碱基的不同,B and B在不同的酶消化反应中会有不同的反应。通过特定酶的“钓鱼执法”,这两个基因“你向左拐,我向右拐”,但从外面看不到它们。此时,“锁定原型”(转移到能够锁定dna的膜,如尼龙膜)被可显影的放射性同位素等标记。,允许探针dna呈现锁定的原型并实现“可视化”。因此,微小的dna突变可以通过southern印迹检测出来。

标题中提到的镰状细胞性贫血的遗传基础是南方在1978年用这种方法发现的。与此同时,南方决定使用分子生物学方法绘制人类基因组。为了满足该计划中大规模序列分析的需要,南方进行了一系列技术创新,包括使用凝胶电泳来确定限制性酶切片段的精确分子量,以及根据凝胶结果自动读取dna序列。

导出了一种用于诸如蛋白质的活分子的检测方法

由于以南方命名的南方印迹法与“南方”英语相同,后来诞生的其他印迹法分别以北方和西方命名。

当待分析的物质从脱氧核糖核酸转化为核糖核酸时,“南”变成“北”。军医学院基础医学研究所的蔡世英等人在《电泳的原理、应用和进展》介绍中提到:在电流的作用下,southern成功地将琼脂糖凝胶中的dna片段转移到硝酸纤维素膜上进行分子杂交分析,因此被称为Southern印迹。后来,艾尔文成功地将rna从电泳凝胶转移到硝酸纤维素膜上,用类似的方法进行分子杂交分析。然而,他没有称这种技术为阿尔文印迹,而是称北方印迹为南方印迹。

1981年,滴定管成功地将蛋白质从sds-page凝胶转移到膜上进行免疫分析(如抗原-抗体结合、蛋白质-配体结合等)。)。继阿尔文之后,滴定管称这种技术为蛋白质印迹法。蛋白质印迹是一种广泛用于检测细胞或组织提取物中蛋白质表达水平的技术。这项技术通过抗体和靶蛋白的结合作用来测量生物样品中的蛋白质水平。

因此,在印迹电泳家族中,只缺少一种东方印迹方法。后来,有人建议将蛋白质从ief凝胶(即等电聚焦电泳)转移到膜上的技术称为东方印迹法(eastern blotting),但这一建议没有被广泛接受。东方印迹是一种检测蛋白质翻译后修饰的技术。其检测目标是蛋白质上特定的修饰基团或位点,如脂肪酸链、糖基、磷酸化氨基酸等。在东方印迹实验中,蛋白质通常通过2d电泳分离,然后转移到膜上并通过特定探针检测。蛋白质翻译后修饰是蛋白质功能过程中常见的调节手段。

在印迹电泳技术中,南方公司作为发起者和先导者发明的技术,导致了一种快速、准确、灵敏的检测生命活动的基本分子物质如脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质等的方法。它引领了“南方最大,顺序为四个方向”的研究探索顺序和格局。

不仅如此,人们还举了一个又一个例子,实现了对殖民地的定位检测。类似的方法用于将琼脂培养基上生长的菌落制成复制皿,然后将其转移到硝酸纤维素纸上进行变性,并与特定的放射性标记探针杂交,以筛选具有特定dna片段的菌落。这种技术被称为菌落杂交,也称为原位杂交。

菌落杂交(Colony hybridization)是因为生长在培养基平板上的菌落或斑块根据其原始位置不变地转移到滤膜上,并且裂解、dna变性和杂交发生在原位。该方法对于从数千个菌落或斑块中鉴定含有重组分子的菌落或斑块具有特殊的实用价值。

Dna芯片将基因测序效率提高数千万倍

诺贝尔奖授予那些对人类做出最重大贡献的人。迄今为止,南方杂交技术仍活跃在生命科学研究的前沿,并已逐步走出实验室进入临床进行疾病的诊断和检测。

最新的研究论文显示,研究人员使用南方杂交来量化人类线粒体dna。线粒体dna基因组是单个细胞中整个基因组的“沧海一粟”,这使得定量检测非常困难。

少量是至关重要的。线粒体dna缺失或突变通常是致命的。例如,在用核苷逆转录酶抑制剂治疗的一些人类免疫缺陷病毒感染患者中也有线粒体毒性和线粒体dna缺失的报道。因此,通过进一步发展southern印迹技术来估计人类基因组dna样品中线粒体dna的含量是非常重要的。迄今为止,southern杂交技术仍然是一种稳定、准确、快速的不可替代的dna检测技术。southern杂交已经成为检测特定dna片段的经典方法之一。该方法快速、准确、灵敏。目前,它已广泛应用于医学、病毒学、转基因动植物鉴定、动物疾病诊断、dna指纹分析等领域。新疆大学生命科学与技术学院教授马正海对相关技术的改进做了一些探索和总结工作,使这项技术的实现更加方便。

南方印迹的长寿也反映在南方不间断的科学研究生涯中。数据显示,在他发明了著名的southern印迹杂交后,他从英国医学研究委员会(mrc)来到牛津大学,通过有效的组合化学方法在特殊玻璃表面合成了特异性寡核苷酸序列,最终发展成为dna芯片。1996年,南方成立了牛津基因技术公司(ogt),主要从事高通量核酸分析。

Dna芯片技术被称为现代生命科学仪器设备中不可或缺的组成部分,它将检测效率提高了一千万倍,大大降低了基因测序和精确医疗的成本,有望造福大众。

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