核酸分子杂交(形容核酸检测的成语)

本报记者张家星

诺贝尔生理学或医学奖已经揭晓，但生物学家还有机会。

据统计，自1990年以来，已有16个诺贝尔化学奖授予了生物学领域的成就。比如2017年和2018年诺贝尔化学奖颁给了冷冻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引文桂冠奖，今年的化学奖也有两个与生命科学密切相关。看到大名鼎鼎的Southern(直译为“南方”)，记者当即决定“押注”无处不在的DNA验证技术。

Southern blotting是Edwin Southern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，判断其功能，是否突变，图谱位置等。他后来发明了DNA芯片和其他技术。奖状说，他的发明是高通量核酸分析、基因图谱、诊断和筛选的开始，也是今天个性化医疗的基础。

可以检测遗传病中的单基因突变。

2007年江苏高考生物试卷中有一道关于Southern blotting的试题。标题给出了Southern印迹试验后获得的图像。学生们被要求判断不同波段显示了什么样的生命科学意义

通过核酸杂交(Southern印迹)可以早期诊断单一遗传疾病。镰状细胞性贫血是一种单基因遗传病，在地中海地区发病率很高。已知正常人红细胞基因型为BB，镰状细胞性贫血患者基因型为Bb。一对夫妇都被发现是致病基因的携带者。为了生下健康的孩子，每次怀孕的前三个月都会进行产前诊断。标题给出了产前核酸分子杂交诊断和结果的示意图。根据凝胶电泳条带分析，可以确定胎儿是否患有镰状细胞性贫血。

提到的B and B在DNA上只有一个碱基的差异。如何区分它们？Southern杂交成功了。

其原理可以形象地理解为“钓鱼执法”、“打原形”——

由于碱基的不同，B and B在不同的酶消化反应中会有不同的反应。通过一种特定酶的“钓鱼执法”，两个基因“你往左，我往右”，但外表看不出来。此时“锁定原型”(转移到可以锁定DNA的膜上，如尼龙膜)用可显影的放射性同位素等进行标记。，使探针DNA显示锁定的原型，实现“可视化”。因此，通过Southern印迹可以检测到轻微的DNA突变。

题目中提到的镰状细胞性贫血的遗传基础是Southern在1978年用这种方法发现的。与此同时，Southern决定用分子生物学方法绘制人类基因组图谱。为了满足该项目大规模序列分析的需要，Southern进行了多项技术创新，包括通过凝胶电泳测定限制性内切酶切割的片段的精确分子量，以及根据凝胶结果自动读取DNA序列。

推导出蛋白质等生命分子的检测方法。

由于以Southern命名的南方印记法与“南方”英语相同，所以后来的其他印记法分别以Northern和Western命名。

当要分析的物质从DNA变成RNA时，“南”就变成了“北”。军事医学科学院基础医学研究所蔡世英等。在《电泳的原理、应用及进展》的介绍中提到，在电流的作用下，Southern成功地将DNA片段从琼脂糖凝胶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，Alwine通过类似的方法成功地将RNA从电泳凝胶转移到硝酸纤维素膜上进行分子杂交分析，但他没有将这种技术称为Alwine印迹，而是将其称为Northern印迹以对应Southern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学分析(如抗原抗体结合、蛋白质与配体结合等。).阿尔温之后，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。这项技术通过抗体与目标蛋白质的结合来测量生物样品中的蛋白质水平。

结果，印迹电泳家族中只有一个东方印迹。后来，有人建议将IEF凝胶(即等电聚焦电泳)中的蛋白质转移到膜上作为东方印迹，但这一建议没有被广泛接受。东方印迹法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，然后用特异性探针检测。蛋白质翻译后修饰是蛋白质执行功能过程中常用的调控手段。

在印迹电泳技术中，南方作为先行者和开拓者，发明了该技术，衍生出对DNA、RNA、蛋白质等生命活动基本分子物质的快速、准确、灵敏的检测方法，引领了“南方一家独大，号令四方”的研究探索序列和格局。

不仅如此，人们还举一反三，实现对群体的位置检测。以类似的方式，将琼脂培养基上生长的菌落制成复制皿，然后转移到硝酸纤维素纸上进行变性，并与特定的放射性标记的探针杂交，从而可以筛选出具有特定DNA片段的菌落。这种技术称为菌落杂交，也称为原位杂交。

菌落杂交是由于在培养基平板上生长的菌落或噬菌斑根据其原始位置转移到滤膜上，并且细菌溶解、DNA变性和杂交在原位发生。该方法对于从数千个菌落或噬菌斑中鉴定含有重组分子的菌落或噬菌斑具有特殊的实用价值。

DNA芯片提升基因测序效率千万倍。

诺贝尔奖是为了表彰那些对人类做出最重大贡献的人而颁发的。时至今日，南方杂交技术仍然活跃在生命科学研究的前沿，并逐渐走出实验室，走进临床，用于疾病的诊断和检测。

最新研究论文显示，研究人员利用Southern杂交技术对人类线粒体DNA进行量化。单个细胞中的线粒体DNA基因组是整个基因组的沧海一粟，定量检测非常困难。

但少量是至关重要的，线粒体DNA的缺失或突变往往是致命的。例如，在用一些核苷逆转录酶抑制剂治疗的感染人类免疫缺陷病毒的患者中，也报道了线粒体毒性和线粒体DNA缺失。因此，通过进一步发展的Southern印迹法来估计人类基因组DNA样品中的线粒体DNA含量是非常重要的。到目前为止，Southern杂交技术仍然是稳定、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，已广泛应用于医学、病毒学、转基因动植物的鉴定、动物疾病的诊断和DNA指纹分析等领域。”新疆大学生命科学技术学院教授马正海对相关技术的完善做了一些探索和总结工作，使得这项技术的实现更加便捷。

常青的Southern印迹也体现在Southern不间断的科研生涯中。资料显示，在发明了著名的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，在特殊的玻璃表面合成了特定的寡核苷酸序列，最终发展成为DNA芯片。1996年，Southern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不可或缺的组成部分，使检测效率提高了数千万倍，大大降低了基因测序和精准医疗的成本，有望惠及大众。