分子信標(biāo)（Molecularbeacon）是一種熒光標(biāo)記的寡核苷酸鏈。一般有三部分組成：①環(huán)狀區(qū)：由15～30個(gè)可以與靶分子特異結(jié)合的核苷酸組成；②莖干區(qū)：一般由5～8個(gè)可發(fā)生可逆性解離的堿基對(duì)組成；③熒光基團(tuán)和淬滅基團(tuán)：分子信標(biāo)的兩個(gè)末端分別標(biāo)記熒光基團(tuán)和淬滅基團(tuán)。如圖1-13所示，沒有靶分子的時(shí)候，分子信標(biāo)的熒光和淬滅基團(tuán)靠得很近，熒光被淬滅。與靶分子結(jié)合后，分子信標(biāo)的空間構(gòu)型發(fā)生改變，導(dǎo)致熒光恢復(fù)。因?yàn)榉肿有艠?biāo)技術(shù)具有極高的特異性和靈敏度，所以在臨床診斷、基因檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、活細(xì)胞成像、基因芯片與生物傳感等方面得到了廣泛應(yīng)用。最近幾年，為了提高檢測(cè)目標(biāo)分子的靈敏度，循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)在分子信標(biāo)中的應(yīng)用成為了研究熱點(diǎn)，并廣泛地應(yīng)用于了各類目標(biāo)分子的檢測(cè)中去。

中文名

分子信標(biāo)

外文名

molecular beacon

提出者

Tyagi

不足

穩(wěn)定性差

分類

標(biāo)記分子信標(biāo)

特點(diǎn)

靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)成本低

發(fā)明時(shí)間

1996

簡(jiǎn)介

分子信標(biāo)

分子信標(biāo)的莖環(huán)結(jié)構(gòu)中，環(huán)一般為15-30個(gè)核苷酸長(zhǎng)，并與目標(biāo)序列互補(bǔ)；莖一般5-7個(gè)核苷酸長(zhǎng)，并相互配對(duì)形成莖的結(jié)構(gòu)。

分類：

標(biāo)記分子信標(biāo)：

標(biāo)記分子信標(biāo)的熒光基團(tuán)標(biāo)記在探針的一端，而淬滅劑則標(biāo)記在另一端。在復(fù)性溫度下，因?yàn)槟０宀淮嬖跁r(shí)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，當(dāng)加熱變性會(huì)互補(bǔ)配對(duì)的莖環(huán)雙鏈解開，如果有模板存在環(huán)序列將與模板配對(duì)。與模板配對(duì)后，分子信標(biāo)將成鏈狀而非發(fā)夾狀，使得熒光基團(tuán)與淬滅劑分開。當(dāng)熒光基團(tuán)被激發(fā)時(shí)，因淬滅作用被解除，發(fā)出激發(fā)光子。熒光強(qiáng)度與溶液中模板的量呈正比。所以可以用與PCR定量分析。由于是酶切作用的存在，分子信標(biāo)也是積累熒光。常用的熒光基團(tuán)：FAM，TexasRed，TAMRA。

免標(biāo)記分子信標(biāo)：

特點(diǎn)

：靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)成本低。

不足

：雜交時(shí)探針不能肯定完全與模板結(jié)合，所以穩(wěn)定性差，

分子信標(biāo)技術(shù)結(jié)合不同于熒光標(biāo)記，可用于基因多突變位點(diǎn)同時(shí)分析

和結(jié)核桿菌耐藥基因rpoB的耐藥分析不足

結(jié)構(gòu)

分子信標(biāo)的設(shè)計(jì)一般包括三個(gè)部分：

（1）環(huán)狀區(qū)：一般為長(zhǎng)度15～30堿基的序列，能與目標(biāo)分子特異結(jié)合；

（2）信標(biāo)莖干區(qū)：通常為長(zhǎng)度5～8個(gè)堿基的互補(bǔ)序列，莖干區(qū)與雜交后環(huán)狀區(qū)-目標(biāo)分子的雙鏈結(jié)構(gòu)之間的熱力學(xué)平衡關(guān)系，使分子信標(biāo)的雜交特異性明顯高于常規(guī)的線狀探針；

（3）熒光基團(tuán)和淬滅基團(tuán)，熒光基團(tuán)一般聯(lián)接在信標(biāo)分子的5端；淬滅基團(tuán)聯(lián)接在3’端。圖1為經(jīng)典的分子信標(biāo)結(jié)構(gòu)，其中1—氨基萘—8—羧酸(EDANS)為熒光素，二甲氨基偶氮苯甲酰(DABSYL)為淬滅劑。分子信標(biāo)中常用4—(4’—二甲基氨基偶氮苯基)苯甲酸(DABCYL)作為淬滅基團(tuán)，德克薩斯紅(TexasRed)、熒光素(Fluoresein)等作為熒光基團(tuán)。

原理

對(duì)于標(biāo)記分子信標(biāo)來說，自由狀態(tài)時(shí)，發(fā)夾結(jié)構(gòu)的兩個(gè)末端，使熒光分子與猝滅分子靠近(約為7—10nm)。此時(shí)發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移，使熒光分子發(fā)出的熒光被猝滅分子吸收并以熱的形式散發(fā)，熒光幾乎完全被猝滅，熒光本底極低。當(dāng)分子信標(biāo)與序列完全互補(bǔ)的靶標(biāo)分子結(jié)合形成雙鏈雜交體時(shí)，信標(biāo)莖桿互補(bǔ)區(qū)被拉開，熒光分子和猝滅分子距離增大。根據(jù)Foerster理論,中心熒光能量轉(zhuǎn)移效率與兩者距離的6次方成反比。雜交后，信標(biāo)分子的熒光幾乎100%恢復(fù)。且所檢測(cè)到的熒光強(qiáng)度與溶液中靶標(biāo)的量成正比。

免標(biāo)記分子信標(biāo)是通過反應(yīng)后分子信標(biāo)被打開，原本封閉在莖部的特定的能與染料結(jié)合的DNA序列被釋放出來并與染料結(jié)合，造成檢測(cè)信號(hào)的變化，對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)信號(hào)通常有比色和熒光兩種。

應(yīng)用

（1）核酸檢測(cè)分析

（2）分子信標(biāo)用于研究DNA—蛋白質(zhì)的相互作用

（3）分子信標(biāo)用作生物芯片和生物傳感器的探針

（4）分子信標(biāo)用作酶動(dòng)力學(xué)研究以及小分子藥物的篩選

（5）分子信標(biāo)用于重金屬有毒物質(zhì)的定量檢測(cè)

（6）分子信標(biāo)用于有毒殘留抗生素等物質(zhì)的研究

（7）分子信標(biāo)用于腫瘤標(biāo)志物的研究，如：miRNA

展望

近年來，分子信標(biāo)因具有靈敏度高，特異結(jié)合性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和生物分析領(lǐng)域。在注重功能基因研究的后基因組時(shí)期，分子信標(biāo)將會(huì)被更多地應(yīng)用于基因突變引起的疾病的研究、活細(xì)胞中RNA的檢測(cè)、蛋白質(zhì)的檢測(cè)及生物芯片研究等。隨著分子信標(biāo)技術(shù)的發(fā)展和新型分子信標(biāo)的不斷出現(xiàn)，分子信標(biāo)將會(huì)在基因診斷、基因治療以及新藥的研制開發(fā)等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。