重組酶聚合酶擴(kuò)增(Recombinase Polymerase Amplification,RPA)是Piepenburg等人在2006年利用重組酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白和鏈置換DNA聚合酶等開(kāi)發(fā)出的一種新的核酸恒溫?cái)U(kuò)增技術(shù)。該技術(shù)能夠在10~30 min內(nèi)進(jìn)行恒溫(37~42℃)下的單分子核酸檢測(cè),它具有反應(yīng)靈敏度高、特異性強(qiáng)、對(duì)儀器依賴(lài)程度低且可整合多種檢測(cè)模式等優(yōu)點(diǎn),特別適用于基層和現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè),可廣泛應(yīng)用于體外診斷、獸醫(yī)、食品安全、生物安全、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,有望成為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (PCR) 替代方案。
RPA技術(shù)簡(jiǎn)介
RPA技術(shù)的原理是重組酶蛋白與引物(A)形成復(fù)合物,能在雙鏈DNA中尋找同源序列(B)。然后通過(guò)重組酶(C)的鏈置換活性將引物插入同源位點(diǎn),并且單鏈結(jié)合蛋白穩(wěn)定置換DNA鏈(D)。隨后重組酶被分解,使得引物的3'末端被鏈置換并與DNA聚合酶結(jié)合(E),使其延長(zhǎng)引物(F),通過(guò)循環(huán)重復(fù)該過(guò)程對(duì)模板上的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行指數(shù)式擴(kuò)增。
圖1. RPA等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)原理圖
RPA技術(shù)檢測(cè)方法
基礎(chǔ)型RPA檢測(cè)方案,僅需在反應(yīng)體系中加入一對(duì)特異性引物進(jìn)行擴(kuò)增,然后對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行純化,再進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳即可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的判讀。
向基礎(chǔ)型RPA反應(yīng)體系中加入核酸外切酶Ⅲ(exonucleaseⅢ,exo)和exo熒光探針,或加入甲酰胺嘧啶-DNA糖基化酶(formamide pyrimidine DNA glycosylase,fpg)和fpg熒光探針,用熒光定量?jī)x來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)RPA反應(yīng)。
1) exo探針?lè)ǎ涸赗PA的基礎(chǔ)上,加入了核酸外切酶III(exonuclease III,即exo)和exo熒光探針,核酸外切酶III會(huì)特異地切割熒光探針(THF位點(diǎn)),熒光基團(tuán)與淬滅基團(tuán)分開(kāi),發(fā)出熒光信號(hào),通過(guò)熒光收集的儀器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)晒庵档淖兓?/span>
圖2. exo探針?lè)z測(cè)原理圖
2)fpg探針?lè)ǎ涸赗PA的基礎(chǔ)上,加入甲酰胺嘧啶-DNA糖基化酶(fpg)及fpg熒光探針,當(dāng)探針與模板結(jié)合時(shí),fpg酶識(shí)別dR連接臂(dR group)并切割該位點(diǎn),使得熒光基團(tuán)與淬滅基團(tuán)分開(kāi),發(fā)出熒光信號(hào),通過(guò)熒光收集的儀器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)晒庵档淖兓?/span>
圖3. fpg探針?lè)z測(cè)原理圖
在RPA的基礎(chǔ)上,加入核酸外切酶Ⅳ(endonuclease Ⅳ,即nfo)、nfo探針和生物素標(biāo)記的反向引物。當(dāng)nfo探針與模板鏈互補(bǔ)時(shí),核酸外切酶Ⅳ識(shí)別并切割THF殘基位點(diǎn),擴(kuò)增獲得既有探針標(biāo)記物又有引物標(biāo)記物的擴(kuò)增子。然后加入對(duì)應(yīng)的標(biāo)記抗體,就能看到試紙條檢測(cè)線(xiàn)上的結(jié)果條帶。
圖4. NFO探針?lè)z測(cè)原理圖
翌圣RPA體系核心原料
翌圣Zyme Editor? 酶改造平臺(tái)針對(duì)RPA技術(shù),目前已獲得RPA全系列性能優(yōu)良的產(chǎn)品,包括鏈置換Bsu DNA polymerase、T4 UvsX Recombinase、T4 UvsY protein、T4 gene 32 protein、Exonuclease III等,搭配通用的擴(kuò)增反應(yīng)液,可滿(mǎn)足不同用戶(hù)對(duì)于各種檢測(cè)體系的探索。同時(shí),翌圣生物核心應(yīng)用研發(fā)團(tuán)隊(duì),經(jīng)過(guò)緩沖液中各種離子配比的調(diào)試、酶的組合優(yōu)化、多種輔因子添加等開(kāi)發(fā)了適用于熒光型、層析型、電泳型三種方法進(jìn)行核酸檢測(cè)的常規(guī)液體型RPA預(yù)混液以及凍干粉形式,使用時(shí)只需加入特異性引物/探針、模板,30min左右即可完成檢測(cè),滿(mǎn)足各種應(yīng)用場(chǎng)景的快速檢測(cè)需求。
電泳型RPA預(yù)混液部分?jǐn)?shù)據(jù)展示
不同GC含量和片段長(zhǎng)度擴(kuò)增
圖5. (A) 16727擴(kuò)增不同GC含量靶標(biāo);(B)16727擴(kuò)增不同長(zhǎng)度靶標(biāo)
使用16727ES依次擴(kuò)增GC含量為40%-70%的靶標(biāo)及長(zhǎng)度100bp-500bp的靶標(biāo),陽(yáng)性均能夠出現(xiàn)明顯、唯一的電泳條帶,陰性均無(wú)明顯條帶,表明該產(chǎn)品對(duì)于不同GC含量及不同長(zhǎng)度的靶標(biāo)均能完成擴(kuò)增。
穩(wěn)定性測(cè)試
圖6. (A) 16728正常保存穩(wěn)定性測(cè)試;(B)16728凍融10次穩(wěn)定性測(cè)試;(C)16728在37℃放置5天穩(wěn)定性測(cè)試
考察16728的反復(fù)凍融和熱加速穩(wěn)定性,使用干冰將16728試劑反復(fù)凍融10次或者將16728在37℃條件下放置5天后,與正常保存的16728試劑,同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)濃度靶標(biāo)(P1-10 copies/μL,P2-2 copies/μL),不同條件處理的16728試劑,兩個(gè)濃度電泳條帶明顯、唯一,表明16728試劑穩(wěn)定性良好。
靈敏度
圖7. 16727和友商產(chǎn)品靈敏度比較
使用16727和市面上同類(lèi)產(chǎn)品,同時(shí)檢測(cè)競(jìng)品試劑盒中梯度稀釋的陽(yáng)性對(duì)照模板,檢測(cè)結(jié)果顯示,16727檢測(cè)靈敏度更有優(yōu)勢(shì)。
翌圣RPA產(chǎn)品選擇指南
翌圣生物
翌圣生物科技(上海)股份有限公司成立于2014年,是一家聚焦生命科學(xué)產(chǎn)業(yè)鏈上游核心原料,從事核苷酸、蛋白、細(xì)胞和類(lèi)器官四大品類(lèi)生物試劑的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè)。公司兼?zhèn)浜诵募夹g(shù)自主研發(fā)和規(guī)模化生產(chǎn)能力,核心產(chǎn)品數(shù)量達(dá)數(shù)千種,覆蓋分子克隆、qPCR、NGS、體外轉(zhuǎn)錄、抗體、蛋白純化及分析、細(xì)胞培養(yǎng)、轉(zhuǎn)染、報(bào)告基因檢測(cè)和類(lèi)器官等多種系列,廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)研究、診斷檢測(cè)和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。
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