交叉引物恒温扩增技术
发布人：管理员 浏览次数： 发布时间：2018-04-03
核酸扩增是核酸分子诊断的关键技术。根据核酸扩增反应中温度变化要求，可以将核酸扩增技术分为两大类：一类是PCR核酸扩增技术，另一类是核酸恒温扩增技术。
PCR技术是指通过控制温度的变化来实现DNA扩增的三个步骤：模板变性（如95℃）－引物杂交（如58℃）－DNA合成（如72℃）。这种温度变化的循环重复（如重复35次）过程通常由精密而复杂的仪器（PCR仪）来控制。核酸恒温扩增技术（Nucleic Acid Isothermal Amplification，NAIA）则是扩增反应的全过程均在同一温度下进行，不须象PCR反应那样需要经历几十个温度变化的循环过程。这一特点使得它们对扩增所需仪器的要求大大简化，反应时间大大缩短，因而具有巨大的应用价值，成为分子诊断行业发展中的热点。
目前的NAIA技术主要有滚环扩增技术（Rolling Circle Amplification，RCA）、转录酶扩增技术 (Transcription Mediated Amplification，TMA)、依赖核酸序列扩增技术 (Nucleic Acid Sequence Based Amplification，NASBA)、链置换扩增技术(strand displacement amplification，SDA)、环介导的等温扩增技术（Loop-Mediated Isothermal Amplification，LAMP）、解链酶扩增技术（Helicase Dependent Amplification，HDA）。上述各种核酸扩增技术均由国外公司所拥有。
交叉引物扩增技术（Crossing Priming Amplification，CPA）是完全由优思达公司独立研发成功的一种新的核酸恒温扩增技术，也是中国首个具有自主知识产权的核酸扩增技术。CPA与优思达公司其他技术相结合(如快速核酸提取技术、核酸试纸条检测技术等)，形成一个完整的现场快速分子检测平台，可以开发出众多恒温扩增检测试剂盒，广泛应用于分子诊断、防疫检疫、生物医学研究、个体化治疗等领域。该技术已申请中国和美国发明专利，在美国《Molecular Diagnostics》等杂志发表论文二篇，并通过了比尔?盖茨基金会资助申请。
CPA扩增体系中除包含具有链置换功能的Bst DNA聚合酶外，还主要包括扩增引物和两条交叉引物。这些寡聚核苷酸链能依靠Bst DNA聚合酶的高活性的链置换特性，使DNA的循环扩增能不断的实现。CPA扩增主要包含以下几个步骤：
交叉正向引物CPF中的PFs与模板DNA中PFa互补，启动DNA合成，使得PRa被引入到所扩增的产物中;
外围引物DP1s与PFa前端DP1a序列互补，通过链置换型DNA聚合酶向前延伸，一边置换CPF合成的能与CPR和DP2a结合的单链产物（结构3），一边与模板DNA形成双链产物（结构2）;
在结构3中，DP2a通过链置换型DNA聚合酶向前延伸，置换出由CPR所延伸的单链产物（结构5），同时合成与步骤2中由CPF延伸所产生单链DNA形成双链产物（结构4）,而结构5相对起始的DNA模板，多了PRs和PFs两个片段序列;
单链结构5中的3’端的PFa和PRs可分别与CPF中的PFs和CPR中的PRa互补结合， 可在链置换型DNA聚合酶的作用下延伸和置换出相应的单链产物。延伸产物相对结构5来说又增加了一个PFs区域（结构8）;
因此，扩增引物CPF和CPR的不断杂交和延伸，不仅使得结构5的长度不断的加长,从而引入更多CPF和CPR 3’端互补区域，同时也置换出了各种可与CPF和CPR 3’端互补的单链产物;
通过CPF和CPR的不断杂交延伸和DNA聚合酶的链置换作用，使得DNA拷贝数不断的增加，从而达到基因扩增的效果。
使用本装置提取临床生物样品的核酸成本低廉，只需几分钟，可以应用于现场检测或实验资源较少的基层医院和经济不发达地区；同时也可以满足大医院特定情况下的需求，如急诊或床边的核酸快速诊断。该技术已申请发明专利，并取得盖茨基金会研发资助。
CPA基本原理如下：
图2 CPA扩增的反应原理图
与目前广泛使用的荧光PCR技术相比较，CPA技术有以下几个优点：
反应速度快：反应时间约1小时，使试剂盒可用于检验检疫、突发性传染病的检测与监控现场检测或医院的床边诊断（Point-of-Testing, POCT）；
检测成本低：目前荧光光定量PCR仪价格昂贵，无法在很多中小医院普及。CPA扩增只需要离心机和一台简单的恒温装置，如普通的水浴锅、金属浴，即可进行扩增。
PCR技术是指通过控制温度的变化来实现DNA扩增的三个步骤：模板变性（如95℃）－引物杂交（如58℃）－DNA合成（如72℃）。这种温度变化的循环重复（如重复35次）过程通常由精密而复杂的仪器（PCR仪）来控制。核酸恒温扩增技术（Nucleic Acid Isothermal Amplification，NAIA）则是扩增反应的全过程均在同一温度下进行，不须象PCR反应那样需要经历几十个温度变化的循环过程。这一特点使得它们对扩增所需仪器的要求大大简化，反应时间大大缩短，因而具有巨大的应用价值，成为分子诊断行业发展中的热点。
目前的NAIA技术主要有滚环扩增技术（Rolling Circle Amplification，RCA）、转录酶扩增技术 (Transcription Mediated Amplification，TMA)、依赖核酸序列扩增技术 (Nucleic Acid Sequence Based Amplification，NASBA)、链置换扩增技术(strand displacement amplification，SDA)、环介导的等温扩增技术（Loop-Mediated Isothermal Amplification，LAMP）、解链酶扩增技术（Helicase Dependent Amplification，HDA）。上述各种核酸扩增技术均由国外公司所拥有。
交叉引物扩增技术（Crossing Priming Amplification，CPA）是完全由优思达公司独立研发成功的一种新的核酸恒温扩增技术，也是中国首个具有自主知识产权的核酸扩增技术。CPA与优思达公司其他技术相结合(如快速核酸提取技术、核酸试纸条检测技术等)，形成一个完整的现场快速分子检测平台，可以开发出众多恒温扩增检测试剂盒，广泛应用于分子诊断、防疫检疫、生物医学研究、个体化治疗等领域。该技术已申请中国和美国发明专利，在美国《Molecular Diagnostics》等杂志发表论文二篇，并通过了比尔?盖茨基金会资助申请。
CPA扩增体系中除包含具有链置换功能的Bst DNA聚合酶外，还主要包括扩增引物和两条交叉引物。这些寡聚核苷酸链能依靠Bst DNA聚合酶的高活性的链置换特性，使DNA的循环扩增能不断的实现。CPA扩增主要包含以下几个步骤：
交叉正向引物CPF中的PFs与模板DNA中PFa互补，启动DNA合成，使得PRa被引入到所扩增的产物中; 外围引物DP1s与PFa前端DP1a序列互补，通过链置换型DNA聚合酶向前延伸，一边置换CPF合成的能与CPR和DP2a结合的单链产物（结构3），一边与模板DNA形成双链产物（结构2）; 在结构3中，DP2a通过链置换型DNA聚合酶向前延伸，置换出由CPR所延伸的单链产物（结构5），同时合成与步骤2中由CPF延伸所产生单链DNA形成双链产物（结构4）,而结构5相对起始的DNA模板，多了PRs和PFs两个片段序列; 单链结构5中的3’端的PFa和PRs可分别与CPF中的PFs和CPR中的PRa互补结合， 可在链置换型DNA聚合酶的作用下延伸和置换出相应的单链产物。延伸产物相对结构5来说又增加了一个PFs区域（结构8）; 因此，扩增引物CPF和CPR的不断杂交和延伸，不仅使得结构5的长度不断的加长,从而引入更多CPF和CPR 3’端互补区域，同时也置换出了各种可与CPF和CPR 3’端互补的单链产物; 通过CPF和CPR的不断杂交延伸和DNA聚合酶的链置换作用，使得DNA拷贝数不断的增加，从而达到基因扩增的效果。使用本装置提取临床生物样品的核酸成本低廉，只需几分钟，可以应用于现场检测或实验资源较少的基层医院和经济不发达地区；同时也可以满足大医院特定情况下的需求，如急诊或床边的核酸快速诊断。该技术已申请发明专利，并取得盖茨基金会研发资助。
CPA基本原理如下：
图2 CPA扩增的反应原理图
与目前广泛使用的荧光PCR技术相比较，CPA技术有以下几个优点：
反应速度快：反应时间约1小时，使试剂盒可用于检验检疫、突发性传染病的检测与监控现场检测或医院的床边诊断（Point-of-Testing, POCT）； 检测成本低：目前荧光光定量PCR仪价格昂贵，无法在很多中小医院普及。CPA扩增只需要离心机和一台简单的恒温装置，如普通的水浴锅、金属浴，即可进行扩增。
操作简单：对操作人员的技能要求不高，绝大多数人通过简单培训或自学都可掌握，为核酸检测试剂的广泛应用创造了条件。
想了解更多相关信息，请关注： http://www.chinazglab.com/
转自丁香通
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