荧光原位杂交的认识
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原位杂交和免疫荧光
原位杂交和免疫荧光是两种常见的分子生物学实验方法。
这两种
方法都可以用于研究生物分子的定位和分布情况,进而揭示生物学过
程和功能。
下面我们分别来介绍一下这两种方法。
原位杂交是一种常用的分子生物学技术,主要用于检测和定位细
胞或组织中特定的DNA或RNA序列。
原位杂交的基本步骤包括:制备
探针,标记探针,处理样品,杂交和探针探测。
通常情况下,原位杂
交用于检测单个基因或特定基因家族的成员,可用于研究基因组结构、基因表达和基因型等方面。
该技术在医学诊断和药物开发方面也有广
泛应用。
免疫荧光是一种检测生物分子定位和分布情况的常用方法。
它利
用抗体与标记化学物质(如荧光素)相结合,通过荧光显微镜观察生
物分子的定位和分布情况。
免疫荧光主要应用于研究细胞内的蛋白质
定位和分布,也可用于研究病毒感染等方面。
该技术不仅能够静态观
察生物分子的分布情况,还可以通过时间分辨光学显微镜观察生物分
子的动态行为。
虽然原位杂交和免疫荧光技术各自有其独特的应用范围和特点,
但它们有一个共同的优点,即能够在不破坏组织结构的情况下观察分
子分布及定位情况。
这种特性使得这两种技术成为研究生物分子功能
和生物学过程的重要工具。
总之,原位杂交和免疫荧光技术是分子生物学领域内的两个重要
实验方法。
它们都能够在细胞或组织中观察特定生物分子的定位和分
布情况,为揭示生物学过程和功能提供帮助。
荧光原位杂交技术原理
荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)
是一种用于检测和定位靶标DNA序列的方法。
其原理是利用
荧光标记的DNA探针与靶标DNA特异性结合,通过荧光显
微镜观察细胞核内荧光信号的强度和位置,从而确定目标
DNA序列在细胞核中的位置和数量。
荧光原位杂交技术的步骤包括标记DNA探针、固定细胞样品、使细胞核开放透明化、探针与目标DNA杂交、洗涤去掉无特
异连接的探针、显微镜观察和分析。
在标记DNA探针的过程中,将目标DNA序列特异性引物和
荧光标记的核苷酸引物结合,通过聚合酶链反应使DNA探针
荧光标记。
标记DNA探针可以选择性地与目标DNA序列进
行互补结合。
固定细胞样品后,可以通过化学方法将细胞膜破裂并使细胞核透明化,使DNA探针能够更好地进入细胞核。
随后将标记好
的DNA探针加入样品中,在适当的温度下进行DNA杂交反应。
如果目标DNA序列在细胞核中存在,则DNA探针与目
标DNA序列结合,形成探针-目标DNA复合物。
在杂交反应后,需要进行洗涤步骤以去除无特异连接的DNA
探针。
这样可以提高荧光信号的特异性和强度。
最后,利用荧光显微镜观察样品中的荧光信号。
荧光探针与目标DNA序列结合后会发出特定颜色的荧光信号,可以通过观
察荧光信号的位置和强度来确定目标DNA序列在细胞核中的位置和数量。
荧光原位杂交技术可以应用于医学诊断、基因定位等领域,成为研究细胞遗传学和基因组学的重要工具。
荧光原位杂交操作荧光原位杂交(FISH)是一种基因组学的技术,它使用荧光探针将特定的DNA序列定位在染色体上。
这种技术被广泛用于分析染色体的结构和功能,以及人类基因组变异和疾病的研究。
本文将介绍荧光原位杂交操作的步骤。
步骤1:样品制备FISH技术可以应用于不同种类的样本,如人类细胞、动植物组织等。
对于人类细胞的样本,常用的方法是将细胞分离,制作成染色体悬液。
首先要通过荧光染色法把两种不同的染色体和特定的基因序列染成不同的颜色。
这需要用到已知基因序列的探针,可以从已有的文献中获取。
如果没有,可以通过设计和合成新的探针。
步骤2:制作探针FISH探针是由一段DNA片段制成的。
这个片段可用PCR方法从DNA中扩增出来,或者可以通过化学合成的方法制造。
制造探针时需要注意,探针的长度和序列应该与目标序列相匹配,可以通过BLAST或其他基因数据库检索确认。
通常使用荧光染料标记探针,以便在镜头下观察到探针的定位。
常用的标记分子有荧光素(FITC),荧光素同路胺(rhodamine)和锔(Cy3和Cy5)。
这些分子的选择取决于探针和荧光显微镜系统的兼容性。
在制作FISH探针时,需要注意探针的特异性和灵敏度。
为了达到这一目的,需要经过一系列的标记、纯化和探针肢解操作。
探针一般都是双链DNA,通过加入单链转化酶(S1)或DNA酶I,使双链DNA变成单链DNA,并标记在其5'-末端上。
标记完成后,进行染色体裂解、脱氧核糖核苷酸(dNTP)和DNA聚合酶的反应来进行回收和标记探针,以免对染色体质量产生影响。
对于高复杂度的基因组,可以使用克隆探针阵列,在单个染色体上定位多个序列。
步骤4:染色体固定和前处理将样本固定在载玻片上,这可以是用乙醛和甲醛等固定剂进行固定。
将载玻片上的样本通过逐步浸入水,逐步替换固定样本中的有机溶剂来除去样本中的RNA,然后用类碱/类酸(如乙酸/氯化锂,0.1M Na丙二酸缓冲pH 9.0)进行前处理,以增加荧光探针的穿透率,使其更好地结合DNA的目标序列。
荧光原位杂交技术在基因检测中的应用研究荧光原位杂交技术(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)是一种可以直接观察和检测染色体、基因或基因组序列的分子生物学技术。
该技术利用特异性核酸探针与待检测序列互补配对,并用荧光染料标记探针使其能够在细胞核中发光。
荧光原位杂交技术在基因检测中具有重要的应用价值,可以用于检测染色体结构异常、染色体重排、基因拷贝数变异等遗传变异。
首先,荧光原位杂交技术可以用于检测染色体结构异常。
染色体结构异常是导致许多遗传疾病的原因之一,如唐氏综合征、父本重组不平衡等。
通过使用能够与染色体特定区域互补配对的探针,荧光原位杂交技术可以直接观察染色体的形态和结构,从而发现染色体结构异常。
例如,当染色体发生部分缺失、部分重复或倒位等结构异常时,荧光原位杂交技术可以显示出异常的染色体区域与正常染色体区域之间的变异。
其次,荧光原位杂交技术还可以用于检测染色体重排。
染色体重排是指染色体之间的结构改变,包括互换染色体的片段、删除或重复染色体的片段等。
荧光原位杂交技术可以使用特定的探针,将探针标记在不同染色体的特定区域,从而检测染色体重排事件。
例如,探针可以用来标记染色体上的特定基因或序列,当染色体发生重排事件时,探针可以显示出不同于正常情况的杂交信号,从而揭示重排事件的存在。
此外,荧光原位杂交技术还可以用于检测基因拷贝数变异。
基因拷贝数变异是指基因的拷贝数量在个体间存在差异,是一种常见的遗传变异形式。
荧光原位杂交技术可以使用基因特异性的核酸探针,将其标记在细胞核中的目标基因上,并通过观察荧光信号的强度来检测基因拷贝数的变异。
例如,如果一些基因存在拷贝数增加或减少的变异,荧光原位杂交技术可以显示出相应的增强或减弱的信号。
总而言之,荧光原位杂交技术在基因检测中具有广泛的应用,可以用于检测染色体结构异常、染色体重排、基因拷贝数变异等遗传变异。
这种技术的应用可以提供重要的遗传学信息,并对遗传病的诊断和预测起到重要的作用。
荧光原位杂交探针设计荧光原位杂交探针(Fluorescence in situ hybridization probes)是一种用于检测和定位细胞或组织中特定DNA或RNA序列的方法。
它是一种高度敏感且特异的技术,广泛应用于生物医学研究和临床诊断领域。
本文将介绍荧光原位杂交探针的设计原理和方法,并探讨其在科学研究和医学诊断中的应用。
1. 荧光原位杂交探针的原理荧光原位杂交探针的设计基于亲和性配对原理。
DNA或RNA的序列与其互补的探针序列发生特异性结合,形成稳定的双链结构。
探针序列的标记物(通常是荧光染料)可以通过显微镜观察到,从而确定目标序列的存在和位置。
2. 荧光原位杂交探针的设计方法荧光原位杂交探针的设计通常包括以下步骤:(1)目标序列选择:根据研究目的选择需要检测的DNA或RNA序列。
(2)探针序列设计:根据目标序列设计互补的探针序列,通常长度在20-50个碱基对之间。
(3)标记物选择:选择合适的荧光染料或其他标记物,以便在显微镜下观察到探针序列的信号。
(4)探针合成:利用化学方法合成标记物修饰的探针序列。
(5)杂交反应:将探针与待检测的样品(细胞或组织)进行杂交反应,使探针与目标序列结合。
(6)信号检测:利用荧光显微镜或其他适当的检测方法观察和记录探针信号。
3. 荧光原位杂交探针的应用荧光原位杂交探针在生物医学研究和临床诊断中有广泛的应用,包括:(1)基因定位:可以确定染色体上特定基因的位置和数量,研究基因组结构和功能。
(2)肿瘤诊断:可以检测肿瘤细胞中的染色体异常和基因突变,提供肿瘤分类和预后评估的依据。
(3)细胞遗传学研究:可以观察到细胞中染色体的数目和结构变化,研究细胞遗传学过程。
(4)病原体检测:可以检测病原体的存在和数量,用于感染性疾病的诊断和监测。
荧光原位杂交探针是一种强大的工具,可以帮助科学家和医生了解细胞和基因组的结构与功能,为疾病的诊断和治疗提供重要的信息。
随着技术的不断发展和创新,相信荧光原位杂交探针将在更多领域展现其巨大潜力,并为人类健康做出更大的贡献。
FISH简介荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization, 简称FISH)由于其直观, 快速, 敏感性⾼和⽅便灵活越来越得到⼴泛应⽤, 尤其是在⾎液学领域中. 因为⽩⾎病标本⽐较容易取得和制备, 不同类型的⽩⾎病⼜往往有其特异的染⾊体异常, FISH在⽩⾎病诊断, 治疗监测, 预后估计和微⼩残留病检测等诸⽅⾯都正成为不可缺少的重要⼿段.FISH的基本原理很简单, 就是标记了荧光的单链DNA(探针)和与其互补的DNA(玻⽚上的标本)退⽕杂交, 通过观察荧光信号在染⾊体上的位置来反映相应基因的情况. FISH探针按标记⽅法可分为直接标记和间接标记: ⽤⽣物素(biotin)或地⾼⾟(digoxingenin)标记称为间接标记, 杂交后需要通过免疫荧光抗体检测⽅能看到荧光信号, 因⽽步骤较多, 操作⿇烦, 其优点是在信号较弱或较⼩时可经抗原抗体反应扩⼤; 直接⽤荧光素标记DNA的⽅法称为直接标记. 由于直接标记的探针杂交后可马上观察到荧光信号, 省去了烦琐的免疫荧光反应, 不再需要购买荧光抗体, 也由于近年来荧光互的亮度和抗淬灭性的不断改进和提⾼, 直接标记的荧光探针越来越成为⾸选, 采⽤多种不同颜⾊的荧光, ⽅便在同⼀标本上同时检测多钟异常. 其荧光强度和信号⼤⼩都易于在普通荧光显微镜下观察, 操作过程中也不需要严格避光, 使FISH过程变得简便⽽易于操作. FISH并不能取代传统的⽩⾎病MCI诊断, 但它却能使MIC分型更为准确和深⼊. , MIC即细胞形态学(M), 免疫学和细胞遗传学(C), 三者结合对⽩⾎病进⾏分型诊断, 对不同类型的⽩⾎病采⽤不同治疗⽅案⼿段. 随着⼈们对⽩⾎病的不断认识, 仅进⾏MIC分型不够全⾯, 还要加上对⽩⾎病的分⼦(M)诊断, 成为MICM分型. FISH就是连接细胞遗传学和分⼦⽣物学的桥梁.FISH流程仪器设备1、医⽤微波炉;2、⽔浴锅;3、OLYMPUS BX51荧光显微镜;4、OLYMPUS DP11数字显微照相机。
荧光原位杂交检测比例尺荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization,FISH)是一种常用的细胞遗传学技术,可用于检测基因组中某个特定区域的存在及其相对位置。
而比例尺在荧光原位杂交技术中扮演着重要的角色,它是确保检测结果准确可靠的关键因素。
一、荧光原位杂交简介荧光原位杂交是一种基于细胞核酸序列互补性的技术,主要用于检测细胞或组织中特定的DNA序列。
该技术通过将特异性标记的DNA 探针与待检测样品中的目标序列结合,通过荧光显微镜观察探针与目标序列的匹配程度,从而判断目标序列的存在与定位。
二、荧光原位杂交检测原理1. DNA探针制备:根据待检测的目标序列设计与其互补的DNA探针,可以通过化学合成或PCR扩增等方法获得。
2. 样品固定与预处理:将待检测细胞或组织样品进行固定处理,通常使用福尔马林或乙醚等方法进行细胞膜和核膜修复,以保持细胞结构和染色体的形态完整性。
3. 探针杂交:将已标记的DNA探针溶液滴在固定的样品上,通过退火等方法进行DNA探针与目标序列的杂交。
探针与目标序列之间的互补性使其结合并形成稳定的双链结构。
4. 检测与可视化:利用荧光显微镜观察检测结果,通过荧光染料的激发和发射,可以将目标序列的位置以及数量进行定量和定位分析。
三、比例尺在荧光原位杂交中的意义比例尺在荧光原位杂交技术中起到了至关重要的作用。
通过引入比例尺,我们可以对目标序列的数量和分布进行准确测量和分析,从而为生物学研究提供可靠的数据支持。
同时,比例尺还可以用于校准显微镜系统的放大率,确保显微镜观察到的图像与实际情况相匹配,从而提高实验的准确性和可重复性。
常用的比例尺包括均一染色体带状、核小体、聚集体、粒状物和测序法等。
这些比例尺都具有一定的大小和数量固定特征,并且可以通过荧光显微镜直接观察到。
研究人员可以根据这些比例尺的特征,对目标序列的相对数量和位置进行计算和确定。
四、比例尺的选择与应用在选择比例尺时,需要考虑到目标序列的特点和待测样品的条件。
细胞荧光原位杂交检查
细胞荧光原位杂交(Fluorescence In Situ Hybridization, FISH)是一种用于检测细胞内基因组序列的分子生物学技术。
它通过将特定的DNA或RNA探针与目标序列杂交,并用荧光素标记探针,然后在荧光显微镜下观察杂交信号,从而确定目标序列的位置和数量。
FISH检查可用于研究细胞中基因组序列的改变,如染色体异常、基因扩增、基因缺失等。
它也可用于检测某些基因在特定组织或细胞类型中的表达情况。
下面是FISH检查的一般步骤:
1. 准备探针:根据需要,设计并制备特异性探针,通常为DNA或RNA探针。
2. 制备细胞样品:从组织或细胞培养物中制备样品,一般需要用胰蛋白酶消化、固定等步骤处理细胞。
3. 杂交:将探针与样品中的目标序列进行杂交,一般需要在一定温度和离子强度下进行。
4. 洗涤:去除未结合的探针,减少背景干扰。
5. 荧光素标记:用特定的荧光素标记探针,以便在荧光显微镜下观察。
6. 观察:用荧光显微镜观察杂交信号,并记录目标序列的数量和位置。
FISH检查的优点包括高特异性、高灵敏度、能够准确定位目标序列的位置。
然而,它也存在一些局限性,如需要昂贵的设备和试剂、需要训练有素的技术人员等。
原位杂交和荧光定量
原位杂交是一种将特定标记的已知顺序核酸为探针与细胞或组织切片中核酸进行杂交,从而对特定核酸顺序进行精确定量定位的过程。
基本原理是两条核苷酸单链片段,在适宜的条件下,能过氢键结合,形成DNA-DNA、DNA-RNA或RNA-RNA双键分子的特点,应用带有标记的(放射性同位素、荧光素生物素、地高辛等非放射性物质)DNA或RNA片段作为核酸探针,与组织切片或细胞内待测核酸(RNA或DNA)片段进行杂交,然后可用放射自显影等方法予以显示,在光镜或电镜下观察目的mRNA或DNA 的存在并定位。
荧光定量原位杂交技术则是一种分子遗传学实验技术,将直接与荧光素结合的寡聚核苷酸探针或采用间接法标记的寡聚核苷酸探针与变性后的染色体、细胞或组织中的核酸按照碱基互补配对原则进行杂交,经变性-退火-复性-洗涤后即可形成靶DNA 与核酸探针的杂交体,直接检测或通过免疫荧光系统检测,最后在荧光显微镜下显影,即可对待测DNA进行定性、定量或相对定位分析。
总的来说,原位杂交和荧光定量原位杂交都是一种在细胞或组织切片中定位特定核酸序列的技术,其中荧光定量原位杂交技术可以提供更多的定量和定性信息。
荧光原位杂交的原理嘿,朋友!你有没有想过,在微观的生物世界里,科学家们是怎么像侦探一样精准地找到特定的基因或者染色体片段的呢?这就不得不提到一个超级厉害的技术——荧光原位杂交(FISH)啦。
我给你打个比方吧,你可以把细胞想象成一个巨大的图书馆,里面装满了各种各样的“书籍”,这些“书籍”就是染色体。
每本“书”上都写满了密密麻麻的“文字”,这些“文字”就是基因。
而荧光原位杂交呢,就像是一个超级智能的图书管理员,它能够在这个巨大的图书馆里,准确地找到特定的那本“书”或者那一页“文字”。
那这个技术到底是怎么做到的呢?其实呀,这里面涉及到一些非常巧妙的分子生物学原理。
我们先来说说这个“探针”。
这个探针就像是一把特制的钥匙,它是一小段单链的DNA或者RNA。
这把“钥匙”的设计可是非常有讲究的,它的碱基序列是和我们想要找到的目标基因或者染色体片段的碱基序列互补的。
你可以想象一下,这就像一把钥匙只能开一把锁一样,这个探针只能和特定的目标序列结合。
在进行荧光原位杂交的时候,我们要先把细胞固定在载玻片上,就像把图书馆里的书架固定住,不让里面的“书籍”乱跑。
然后呢,我们要让细胞里的染色体DNA变成单链的形式。
这就好比把“书籍”打开,把里面的“书页”摊开,让那些“文字”都暴露出来。
这个过程有点像我们把紧紧卷在一起的毛线团解开,变成一根根的毛线,这样才能让我们的“钥匙”有地方插进去。
接下来,就到我们的“超级钥匙”——探针出场的时候啦。
我们把带有荧光标记的探针加入到这个细胞的体系里。
这个探针就会在这个微观的世界里到处游动,寻找它的“目标锁”。
一旦它发现了和自己互补的序列,就会紧紧地结合上去。
这就像钥匙插入了锁孔,然后咔哒一声,完美匹配。
这个过程在细胞里是非常神奇的,就像一场微观世界里的精确对接比赛。
比如说,我有一个朋友是做遗传学研究的。
有一次,他就跟我讲他用荧光原位杂交技术来检测一种罕见遗传病的基因。
他当时特别兴奋地说:“你知道吗?这个技术就像在一堆干草里找一根针,但是它真的能找到!”他在实验室里,看着那些细胞在荧光显微镜下发出特定颜色的荧光,就知道他找到了目标基因。
荧光原位杂交fish基本原理和流程
荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)是一种重要的非放射性原位杂交技术,其基本原理是依据碱基互补原理,应用荧光素直接或间接标记的核酸探针,在组织切片、细胞涂片、染色体铺片上检测间期细胞核染色质数量及结构变化,进行定性和相对定量的分析检测。
FISH的实验流程主要包括以下步骤:
1. 探针标记:将荧光素直接或间接标记到探针DNA上。
2. 变性:将探针DNA和染色体或细胞核靶DNA分别变性成单链。
3. 杂交:将变性后的探针DNA与变性后的染色体或细胞核靶DNA按照碱基互补的原则进行杂交,形成可被检测的杂交双链核酸。
4. 观察记录:在荧光显微镜下观察并记录结果。
荧光原位杂交具有快速、检测信号强、杂交特异性高和可以多重染色等特点,因此在分子细胞遗传学领域受到普遍关注。
荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)实验原理荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization FISH)是一门新兴的分子细胞遗传学技术,是20世纪80年代末期在原有的放射性原位杂交技术的基础上发展起来的一种非放射性原位杂交技术。
目前这项技术已经广泛应用于动植物基因组结构研究、染色体精细结构变异分析、病毒感染分析、人类产前诊断、肿瘤遗传学和基因组进化研究待许多领域。
FISH 的基本原理是用已知的标记单链核酸为探针,按照碱基互补的原则,与待检材料中未知的单链核酸进行异性结合,形成可被检测的杂交双链核酸。
由于DNA分子在染色体上是沿着染色体纵轴呈线性排列,因而可以探针直接与染色体进行杂交从而将特定的基因在染色体上定位。
与传统的放射性标记原位杂交相比,荧光原位杂交具有快速、检测信号强、杂交特异性高和可以多重染色等特点,因此在分子细胞遗传学领域受到普遍关注。
杂交所用的探针大致可以分类三类:1)染色体特异重复序列探针,例如α卫星、卫星III类的探针,其杂交靶位常大于1Mb,不含散在重复序列,与靶位结合紧密,杂交信号强,易于检测;2)全染色体或染色体区域特异性探针,其由一条染色体或染色体上某一区段上极端不同的核苷酸片段所组成,可由克隆到噬菌体和质粒中的染色体特异大片段获得;3)特异性位置探针,由一个或几个克隆序列组成。
探针的荧光素标记可以采用直接和间接标记的方法。
间接标记是采用生物素标记DNA 探针,杂交之后用藕联有荧光素亲和素或者链霉亲和素进行检测,同时还可以利用亲和素-生物素-荧光素复合物,将荧光信号进行放大,从而可以检测500bp的片段。
而直接标记法是将荧光素直接与探针核苷酸或磷酸戊糖骨架共价结合,或在缺口平移法标记探针时将荧光素核苷三磷酸掺入。
直接标记法在检测时步骤简单,但由于不能进行信号放大,因此灵敏度不如间接标记的方法。
视界照耀科技| 11MEDICAL HEALTH医学健康生命是一部由基因编写的复杂交响曲,而荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization ,FISH )是揭示这部交响曲内在奥秘的重要工具之一。
FISH 是一种生物分子分析技术,用于研究细胞和组织中的染色体结构、基因定位和基因表达。
该技术通过使用荧光标记的DNA 或RNA 探针与目标DNA 或RNA 序列杂交,然后通过荧光显微镜观察杂交信号的位置和数量。
FISH 技术让人们能够在细胞和组织层面上观察基因、染色体的情况,了解患者病变部位的分子生物学特征,从而为个体化医疗提供支持。
但对于许多患者而言,他们并不了解FISH ,甚至对为何进行FISH 检测存在疑惑。
本文将从科普角度解读FISH 分子病理报告,以及FISH 走入临床工作的意义。
1 FISH 的前世今生FISH 从实验室走进临床工作,已经历了50余年的历史。
1969年,科研工作者利用放射性标记DNA 或28S RNA 发明了FISH 。
尽管当时原位杂交技术已经具有较高的特异性和灵敏度,但鉴于放射性同位素自身特性的局限,如安全性、空间分辨率低、不稳定性等问题,这项技术仅限于实验室研究方面的应用。
1986年,有科研工作者开始利用异硫氰酸盐荧光素来标记探针,并在荧光显微镜下进行观察分析,建立了荧光原位杂交技术。
1989年,Delong 首次使用荧光标记寡核苷酸探针检测单个微生物细胞。
20世纪90年代,FISH 技术已具有敏感度高、信号强、背景低、快速等优点,这使得FISH 技术逐渐商业化,并出现了各种商业化的荧光标记探针和相关试剂。
同时,自动化的FISH 系统也开始出现,使得该技术更加高效和可靠。
随着技术的发展,研究人员实现了多色FISH ,允许在同一样本中同时检测多个目标。
这作者简介:陈烨,博士,研究实习员,主要研究方向为分子病理研究。
通信作者:陈光勇,博士,主任医师,主要研究方向为消化系统疾病病理诊断。
流式-荧光原位杂交(Flow-FISH)流式荧光原位杂交(Flow-FISH):源于荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术,首先对寡核苷酸探针做特殊的修饰和标记,然后用原位杂交法与靶染色体或DNA上特定的序列结合,再通过与荧光素分子相耦联的单克隆抗体来确定该DNA序列在染色体上的位置,最后结合流式细胞仪来检测。
端粒长度检测端粒是真核生物染色体末端的一种特殊结构,实质上是一重复序列,作用是保持染色体的完整性。
细胞分裂一次,由于DNA复制时的方向必须从5'方向到3'方向,DNA每次复制端粒就缩短一点,所以端粒其长度反映细胞复制史及复制潜能,被称作细胞寿命的“有丝分裂钟”。
端粒DNA主要功能第一,保护染色体不被核酸酶降解;第二,防止染色体相互融合;第三,为端粒酶提供底物,解决DNA复制的末端隐缩,保证染色体的完全复制。
主要检测方法:DNA印迹法(Southern blot, SB):使用限制性核酸内切酶消化DNA, 然后琼脂糖电泳分离不同大小的片段, 转移到硝酸纤维或尼龙膜上。
用同位素或生物素、碱性磷酸酯酶标记的端粒特异探针与其杂交。
末端限制酶切片段(TRF)通过光密度计定量测量。
杂交保护分析法(hybridization protection assay, HPA) :需要制备基因组DNA、细胞或组织溶胞产物同吖啶酯(AE)标记端粒的探针进行杂交, 检测发光强度, 确定端粒在Alu序列中比例。
荧光原位杂交(FISH):FISH直接将寡核苷酸探针标记在端粒序列上. 标准的FISH包括制作分裂中期的染色体以及DNA变性, 与FITC或Cy3标记的寡核苷酸探针杂交, 用DAPI或PI复染, 最后用荧光显微镜检测信号。
流式-荧光原位杂交(Flow-FISH):包括6个基本步骤: 细胞分离, DNA变性并与PNA 探针杂交, 洗去多余探针, 复染后用流式细胞计量术采集和分析。
对荧光原位杂交技术的认识 摘要:荧光原位杂交技术(FISH)作为分子水平的微生物检测技术,已成为目前首要生物学核酸检测技术,本文主要介绍了FISH的发展及在污水处理中的应用,重点介绍了在硝化细菌方面的应用,并给出了FISH技术存在的缺陷及改进的方法。 Abstract: Fluorescence in situ hybridization (FISH) , as a microbial molecular detection technology, has become the first biology nucleic acid detection technology. This paper introduces the development of FISH and the application in wastewater treatment, and mainly introduces the application in nitrifying bacteria.Further more,it also describes the disvantages in FISH and the improved methods. 关键词:荧光原位杂交技术(FISH),16S rDNA(16S rRNA),污水生物处理 荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization)是在同位素原位杂交技术基础上发展起来的非放射性原位杂交方法,起始于20世纪70年代后期。它以16S rDNA(16S rRNA)探针用特殊的核苷酸分子标记然后将探针直接杂交到染色体或DNA纤维切片上,再用与荧光素分子偶联的单克隆抗体与探针分子特异性结合来检测DNA序列在染色体或DNA纤维素切片上的定性,相对定量分析。有不同细菌的16S rDNA都有其独特序列,利用这些独特的序列制成的探针可以鉴别和跟踪自然样品中的目标细菌。最初FISH技术应用于医疗事业,目前FISH技术的应用范围也来越广,特别是FISH流程的简化完善和检测灵敏度的提高,使FISH成为一种首要的生物学核酸检测技术。 1. FISH的发展历史 1969 年, Pardue【1】 等和John【2】两个研究小组开发了原位杂交技术, 用放射性同位素标记的DNA 或28S rRNA 和爪蟾卵细胞制备物进行杂交, 然后进行显微放射自显影检测。这一技术可以在保持细胞形态完整的条件下, 检测出细胞核酸序列, 自此, 原位杂交技术在染色体进化、肿瘤病人和白血病人的染色体分析以及多种细胞遗传学研究方面得到应用。 早期的同位素标记没有专门的标记方法,将随机同位素标记的碱基添加到 生长的细胞中再进行放射自显影。虽然灵敏度高,但是放射性材料因半衰期较短引起探针不稳定,且分辨率有限,检测周期长,价格相对较昂贵,必须按照严格的程序转运、贮存和处理有放射性的材料。【3】 1980年,Bauman【4】首次将荧光原位杂交用于核酸检测,直接接将RNA-3’端用荧光素标记作为特异DNA 序列的探针。氨基-烯丙基标记碱基技术可以与任何半抗原或者荧光素结合,这对于原位杂交是至关重要的,因为氨基-烯丙基标记的碱基技术可以仅通过简单的化学反应就可以获得一系列的低背景信号探针,通过杂交探针的二级检测系统使得杂交信号被放大。早在19 世纪80 年代,缺口平移法检测、生物素标记探针,二级荧光标记抗体检测等方法已经用于DNA【6】 和mRNA 【7】检测。 FISH 不仅用于单基因或核酸检测,FISH 技术的进一步发展扩展到多色FISH 多基因位点同时检测,从基因检测发展到基因组、染色体、活细胞中转录产物mRNAs 原位检测以及组织水平的核酸检测,并且在今后的研究中还有可能应用到整个生物体的检测。【3】
Pinkel【8】等(1986)首次将荧光图像定量分析用于基本细胞遗传检测,采用双色激发块装置照相机检测荧光信号,而且定量分析技术很快用于了mRNA 检测。
1988年, Giovannoni【9】 等首次将FISH 技术引入细菌学研究中, 使用放射性标记rRNA 寡核苷酸探针检测微生物。随着荧光标记的发展, 非同位素染料逐渐代替。1989 年, Delong【10】首次使用荧光标记寡核苷酸探针检测单个微生物细胞。 2. FISH的应用 在废水处理工艺中,对微生物鉴定的方法很多,传统的微生物的检测方法基本上有菌种分离培养法,镜检计数法。菌种分离培养法对一些培养条件苛刻或没被培养过的细菌用途不大,重要的是它不能精确的反应菌群的组成及多样性。镜检计数法,不但费时费力,还可能因为微生物形态、特性类似把它们当作同种微生物记错数,同时,没有活性的微生物有可能也会被计入总数。随着分子生物学技术的发展,分子生物学方法已经成为现代环境微生物学的重要手段。 与放射性探针相比, 荧光探针更安全, 具有较好的分辨力, 不需要额外的检测步骤。此外, 可用不同激发和散射波长的荧光染料标记探针, 在一步反应中同时检测几个靶序列。该技术特异性和敏感度都很高,使得那些环境中数量少,培养难度高的微生物的研究方便快捷了很多。 不仅可以应用到环境样品微生物多样性和污水处理中生物多样性的研究还可以应用到微生物群落组成及空间分布,原位生理学和功能性研究和特殊菌种的研究。 在聚磷菌方面的应用 荧光原位杂交(FISH)技术在聚磷菌的研究中可以在一定程度上反映污泥中聚磷菌的组成和空间结构。2008年,张勇【11】等通过正交试验筛检可以确定FISH技术在检测反应器中聚磷菌最佳的优化条件。在固定前应先经过1 ×PBS清洗两次, 37℃热固定3 h,乙醇脱水3 min; FISH技术检测反应器中聚磷菌的最佳实验条件为:杂交温度46℃,杂交时间2 h,清洗缓冲液中NaCl浓度70 mmol/L。使聚磷
菌的定量检测更加快、简便、准确。亢涵,王秀蘅【12】等应用FISH 对以乙酸钠为碳源的强化生物除磷(EBPR) SBR 反应器启动期的微生物进行原位分析,考察了除磷生态系统形成过程中聚磷菌种群结构、空间分布关系动态变化及其聚磷特性。 在厌氧反应细菌的应用
Santegoeds 【13】等人利用ARC915 ,SRB385 ,DSV698 和DSS658 等探针发现,产甲烷菌主要分布在颗粒污泥的内部,而硫酸盐还原菌则分布在外层;Sekiguchi【14】 等人也得到类似结论。2006年,许鑫【15】等应用FISH检测厌氧反应器里
的硫酸盐还原细菌,并对其试验条件进行优化。硫酸盐还原菌的较好的杂交条件是杂交温度46℃,杂交时间3h, NaCl浓度为90mmol/L。杂交时间和温度均影响探针的特异性,在一定温度范围内提高杂交温度会提高探针的特异性;杂交时间过短会造成探针结合不完全,过长会增加非特异性着色;杂交洗脱液NaCl浓度过高会降低探针特异性。同年,陈瑛,任南琪【16】等应用FISH技术研究了连续流搅拌槽(CSTR)解析发酵产氢细菌中的2 种产氢发酵类型的菌群组成和发酵类型转化过程中的菌群种类和数量变化及其对产氢速率、生物量和发酵产物的影响. 结果表明,梭菌属和肠杆菌科在决定产氢发酵类型方面有重要作用. 以梭菌为优势种群的乙醇型发酵比以肠杆菌为优势种群的丁酸型发酵具有更佳的产氢能力。
Harmsen【17】等人利用EUB338 ,ARC915 ,MX825 和MG1200 等探针的不同组合以蔗糖为基质和以混合酸为基质的颗粒污泥分层不同。其前者为:三层,由外到内,真细菌,产氢产乙酸细菌和产甲烷丝菌的共生体,较大空洞有少量产甲烷细菌和无机物。后者为两层,外层真细菌,内层产甲烷丝菌为主。 对肠道细菌的应用
1995年,Langendijk等【18】首次采用探针Bif164用FISH对人肠道双歧杆菌进行定量分析。2004年,Takada等【19】用3种不同荧光集团组合,并用7种针对双歧杆菌的探针染上不同的探针,成功的运用了多色荧光原位杂交技术。2004年,王建龙【20】利用FISH检测水体中大肠杆菌,可以在一天内给出定量检测结果。但还没有广泛用于饮用水中的大肠菌群计数,原因是饮用水中的细菌因缺乏营养物处于饥饿状态且受消毒剂的影响。其细胞内的染色体含量较低,是杂交产物的荧光信号很弱。利用PAN(是一种合成的核酸,用肽骨架取代了核酸中的戊糖- 磷酸骨架,是一种新型的DNA 模拟物,具有与DNA 和RNA 结合的高度亲合性和良好的稳定性)代替DNA或利用荧光扩增系统可以提高检测的灵敏度和杂交信号的荧光强度。 在生物脱氮方面的应用
Helmer【21】等以NSO1225探针和Amx208202a2A222探针分别对生物膜内细菌进行了FISH检测, 发现亚硝酸细菌主要分布于生物膜的好氧表层, 而厌氧氨氧化菌( Kuene2nia stuttga rtiensis) 则主要分布于生物膜的缺氧内层。Michael【22】等用同样探针对CANON(Completely Autotrophic Nitrogen OverNitrite) 反
应器中的颗粒污泥进行研究时也发现了类似的结果。Schramm【23】等应用FISH技术并将聚焦显微镜和相差显微镜图像叠加,对硝化流化床反应器中活性污泥内硝化细菌的空间分布进行原位分析,发现氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌紧密结合
在一起的形态特征。IngoSchmidt【24】等在研究好氧与厌氧氨氧化菌的生存关系时发现Kuenenia stuttga rtiensis和Brocadia anammoxidans Dokhaven紧密