北大等开发竞争性DNA检测体系 打破灵敏度和特异性的矛盾

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2019年10月14日,华中科技大学同济医院肖先金、王洪波及北京大学赵美萍一起通讯在Nature Communications上发表题为“Thermodynamics and kinetics guided probe design for uniformlysensitive and specific DNA hybridization without optimization”的研究论文,该研究发明的故事的故事了基于四向链取代的竞争性DNA检测体系,打破了灵敏度和特异性的本质矛盾,实现了在统一根件下、无优化、高特异性地检测人类基因组中16个热点突变,并在卵巢癌实际样品上验证了辦法 的临床实用性。

总而言之,该研究建立了竞争性DNA杂交的完分派论模型,该模型描述了敏感性和特异性随阻断链长度和浓度的变化。

长期以来,敏感和特异的DNA杂交另另一个 劲是基于DNA的传感器,分析辦法 和材料的本质和基础。不得劲是对于微小的遗传变异的检测,这是各种分子诊断测定的核心步骤,类似于于基因分型,DNA微阵列和突变检测,要求该辦法 具有强度的敏感性和敏感性,不得劲是循环肿瘤DNA(ctDNA)是目前最有希望用于癌症早期诊断的生物标志物。

咋样让,对ctDNA的检测要求该辦法 对突变型DNA和野生型DNA具有强度区分性,而突变型DNA和野生型DNA彼此之间不还上能 另另另一个 碱基的区别。不可能 开发出你这些 用于鉴定单碱基错配的核酸测定法,包括具有多样化社会形态的探针,酶辅助DNA探针,条形码测定法,选取性PCR和下一代测序。原则上,所有哪此辦法 在其工作线程池的你这些 步骤都依赖于DNA杂交的特异性。咋样让,即使在最佳条件下,咋样区分单碱基错配也是具有挑战性的,不得劲是对于稳定的错配,类似于于X:G(X = A,T,G),与你这些 类型的错配相比,其热力学变化要小得多。

系统进行建模和验证

研究人员提出另另另一个 新颖的系统:线位移探针/标准阻滞剂组成系统,发现特异性不须另另一个 劲在所有情况报告下都超过[B] 0和-∆GBW。对于你这些 热力学参数,当改变[B] 0和-∆GBW时,特异性曲线不可能 会另另一个 劲出现较小的波动。咋样让即使那样,波动的幅度仍然很小,以至于总体上,特异性似乎在[B] 0和-∆GBW范围内还会增加。

尽管该研究的灵敏度和特异性仍然是反相关的,咋样让与[B] 0和-∆GBW非常大时,灵敏度与常规探针/阻滞剂组成系统不同,不再降至0。这是一项重大进步,不可能 还上能 简单地增加阻滞链的长度和浓度来增强系统的特异性,而不须担心不要 的敏感性损失。用于检测的最佳区域非常宽,咋样让还上能 多样化优化过程。

敏感而特异性的DNA杂交对于核酸化学至关重要。探针和阻滞剂的竞争组成因其相对较高的灵敏度和特异性而成为最常用的探针设计。然而,敏感性和特异性在阻断链的长度和浓度上成反比,使得优化过程繁琐。该研究构建了竞争性DNA杂交的理论模型,该模型揭示了热力学和动力学还会促使逆相关。

帕累托图研究成员

以此为指导,发明的故事的故事了四向链交换LEd竞争性DNA测试(SELECT)系统,该系统打破了逆相关性。该研究发明的故事的故事了基于四向链取代的竞争性DNA检测体系,打破了灵敏度和特异性的本质矛盾,实现了在统一根件下、无优化、高特异性地检测人类基因组中16个热点突变,并在卵巢癌实际样品上验证了辦法 的临床实用性。总而言之,该研究建立了竞争性DNA杂交的完分派论模型,该模型描述了敏感性和特异性随阻断链长度和浓度的变化。

研究背景

在核酸探针领域,灵敏度和特异性是评价检测辦法 性能的重要指标。探针/竞争链组合体系具有较高的灵敏度和特异性,因而被广泛应用。然而,随着竞争链长度和浓度的变化,组合体系的灵敏度和特异性呈现固有的反比关系,造成体系的设计、优化极为繁琐,极大地限制了探针技术在高通量突变检测领域中的应用。