最杰出的等温扩增方法之一——解旋酶依赖性扩增HDA
解旋酶依赖性扩增技术(helicase-dependent amplification,HDA)于2004年发明,是模拟动物体内DNA的复制机制的一种体外恒温基因扩增技术。随着技术的发展,在反应速度、特异性和灵敏度上也不断被提升,至少有三代HAD技术,整个系统比较简单,高效。
系统核心组成:
解旋酶,helicase
-利用ATP水解提供的能量来解开双链DNA核苷酸配对形成的氢键,从而形成单链DNA;
-常用解旋酶:大肠杆菌的UvrD和T7噬菌体的gp4;
单链结合蛋白,single strand binding protein,SSB
-SSB可以动态的结合并脱离单链DNA,防止新形成的单链DNA重新配对形成双链DNA或被核酸酶降解的蛋白质。
-常用的SSB:T4噬菌体的gp32,RB49噬菌体的gp32;
DNA聚合酶,DNA polymerase
-以DNA为模板,利用dNTP合成子代DNA;
-常用的DNA聚合酶:Bst聚合酶,或者Klenow聚合酶等。
其他
-MutL:主要负责错配修复,招募UvrD解旋酶来解开包含复制错误的DNA链。所以,MutL可以负载UvrD到DNA上从而激活其解旋酶活性。
-Helimerase:通过基因工程的方法,将UvrD和Bst聚合酶的功能亚基进行拼接,形成具有双功能蛋白,同时具有解旋酶和聚合酶的功能。
表:三代HAD核心蛋白原料的异同点
反应系统 | 第一代 中温(mHDA) | 第二代 热稳(tHDA) | 第三代 热稳(tHDA) |
解旋酶 | UvrD | Tte-UvrD | Helimerase |
SSB | SSB | SSB | SSB |
DNA聚合酶 | Klenow | Bst | Helimerase |
其他 | 需要MutL | 不需要 | 不需要 |
反应温度 | 37℃ | 65℃ | 65℃ |
反应原理:
1、(MutL辅助)解旋酶将双链核酸解旋,产生部分单链的序列;
2、SSB动态平衡结合到新形成的单链上,引物与单链区结合;
3、在DNA聚合酶的作用下形成新的双链DNA。
HAD的原理图
系统继续提升空间:
1、筛选高效解旋酶
HAD扩增方法受DNA解旋酶解旋速度和延伸长度的影响很大,所以筛选更高效的解旋酶会更大程度的缩短反应时间;
2、解旋酶和聚合酶协同工作
开发或者寻找自然界中协同工作的解旋酶和聚合酶,尽可能平衡解旋酶和聚合酶的反应速度,防止解旋酶取代聚合酶。因为解旋酶解链反应是反应系统的限速步骤,所以要确保一旦解链,尽可能有效的完成新链的合成。