聚合酶链式反应(英文全称:Polymerase Chain Reaction),聚合酶链式反应 简称PCR.聚合酶链式反应(PCR)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,由高温变性、低温退火(复性)及适温延伸等几步反应组成一个周期,循环进行,使目的DNA得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点.它不仅可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究,还可用于疾病的诊断或任何有DNA,RNA的地方.聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,简称PCR)又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术. 编辑本段发展简史 人类对于核酸的研究已经有100多年的历史.20世纪60年代末70年代初,人们致力于研究基因的体外分离技术.但是,由于核酸的含量较少,一定程度上限制了DNA的体外操作.Khorana于1971年最早提出核酸体外扩增的设想.但是,当时的基因序列分析方法尚未成熟,对热具有较强稳定性的DNA聚合酶还未发现,寡核苷酸引物的合成仍处在手工、半自动合成阶段,这种想法似乎没有任何实际意义. 1985年,美国科学家Kary Mullis在高速公路的启发下,经过两年的努力,发明了PCR技术,并在Science杂志上发表了关于PCR技术的第一篇学术论文.从此,PCR技术得到了生命科学界的普遍认同,Kary Mullis也因此而获得1993年的诺贝尔化学奖. 但是,最初的PCR技术相当不成熟,在当时是一种操作复杂、成本高昂、“中看不中用”的实验室技术.1988年初,Keohanog通过对所使用的酶的改进,提高了扩增的真实性.而后,Saiki等人又在黄石公园从生活在温泉中的水生嗜热杆菌内提取到一种耐热的DNA聚合酶,使得PCR技术的扩增效率大大提高.也正是由于此酶的发现使得PCR技术得到了广泛地应用,使该技术成为遗传与分子生物学 分析的根本性基石.在以后的几十年里,PCR方法被不断改进:它从一种定性的分析方法发展到定量测定;从原先只能扩增几个kb的基因到目前已能扩增长达几十个kb的DNA片段.到目前为止,PCR技术已有十几种之多,例如,将PCR与反转录酶结合,成为反转录PCR,将PCR与抗体等相结合就成为免疫PCR等. 编辑本段技术原理 DNA的半保留复制是生物进化和传代的重要途径.双链DNA在多种酶的作用下可以变性解链成单链,在DNA聚合酶与启动子的参与下,根据碱基互补配对原则复制成同样的两分子挎贝.在聚合酶链式反应 实验中发现,DNA在高温时也可以发生变性解链,当温度降低后又可以复性成为双链.因此,通过温度变化控制DNA的变性和复性,并设计引物做启动子,加入DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制. 但是,DNA聚合酶在高温时会失活,因此,每次循环都得加入新的DNA聚合酶,不仅操作烦琐,而且价格昂贵,制约了PCR技术的应用和发展.发现耐热DNA聚合同酶--Taq酶对于PCR的应用有里程碑的意义,该酶可以耐受90℃以上的高温而不失活,不需要每个循环加酶,使PCR技术变得非常简捷、同时也大大降低了成本,PCR技术得以大量应用,并逐步应用于临床. 编辑本段工作原理 类似于DNA的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物.PCR由变性--退火(复性)--延伸三个基本反应步骤构成:①模板DNA的变性:模板DNA经加热至94℃左右一定时聚合酶链式反应 间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;②模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,温度降至40~60℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;③引物的延伸:DNA模板--引物结合物在DNA聚合酶的作用下,于72℃左右,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链重复循环变性--退火--延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板.每完成一个循环需2~4分钟,2~3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍. 编辑本段反应特点 特异性强 PCR反应的特异性决定因素为: ①引物与模板DNA特异正确的结合; ②碱基配对原则; ③Taq DNA聚合酶合成反应的忠实性; ④靶基因的特异性与保守性. 其中引物与模板的正确结合是关键.引物与模板的结合及引物链的延伸是遵循碱基配对原则的.聚合酶合成反应的忠实性及Taq DNA聚合酶耐高温性,使反应中模板与引物的结合(复性)可以在较高的温度下进行,结合的特异性大大增加,被扩增的靶基因片段也就能保持很高的正确度.再通过选择特异性和保守性高的靶基因区,其特异性程度就更高. 灵敏度高 PCR产物的生成量是以指数方式增加的,能将皮克(pg=10-12)量级的起始待测模板扩增到微克(μg=10-6)水平.能从100万个细胞中检出一个靶细胞;在病毒的检测中,PCR的灵敏度可达3个RFU(空斑形成单位);在细菌学中最小检出率为3个细菌. 简便、快速 PCR反应用耐高温的Taq DNA聚合酶,一次性地将反应液加好后,即在DNA扩增液和水浴锅上进行变性-退火-延伸反应,一般在2~4 小时完成扩增反应.扩增产物一般用电泳分析,不一定要用同位素,无放射性污染、易推广. 对标本的纯度要求低 不需要分离病毒或细菌及培养细胞,DNA 粗制品及RNA均可作为扩增模板.可直接用临床标本如血液、体腔液、洗嗽液、毛发、细胞、活组织等DNA扩增检测. 编辑本段反应五要素 参加PCR反应的物质主要有五种即引物、酶、dNTP、模板和Mg2+ 引物:引物是PCR特异性反应的关键,PCR 产物的特异性取决于引物与模板DNA互补的程度.理论上,只要知道任何一段模板DNA序列, 就能按其设计互补的寡核苷酸链做引物,利用PCR就可将模板DNA在体外大量扩增. 设计引物应遵循以下原则: ①引物长度:15-30bp,常用为20bp左右. ②引物扩增跨度:以200-500bp为宜,特定条件下可扩增长至10kb的片段. ③引物碱基:G+C含量以40-60%为宜,G+C太少扩增效果不佳,G+C过多易出现非特异条带.ATGC最好随机分布,避免5个以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列. ④避免引物内部出现二级结构,避免两条引物间互补,特别是3'端的互补,否则会形成引物二聚体,产生非特异的扩增条带. ⑤引物3'端的碱基,特别是最末及倒数第二个碱基,应严格要求配对,以避免因末端碱基不配对而导致PCR失败. ⑥引物中有或能加上合适的酶切位点, 被扩增的靶序列最好有适宜的酶切位点, 这对酶切分析或分子克隆很有好处. ⑦引物的特异性:引物应与核酸序列数据库的其它序列无明显同源性.引物量:每条引物的浓度~1umol或10~100pmol,以最低引物量产生所需要的结果为好,引物浓度偏高会引起错配和非特异性扩增,且可增加引物之间形成二聚体的机会. 编辑本段反应体系与反应条件 标准的PCR反应体系: 10×扩增缓冲液10ul 4种dNTP混合物各200umol/L 引物各10~100pmol 模板~2ug TaqDNA聚合酶 Mg2+ 加双或三蒸水至100ul PCR反应五要素:参加PCR反应的物质主要有五种即引物、酶、dNTP、模板和缓冲液(其中需要Mg2+) 编辑本段PCR反应条件的选择 PCR反应条件为温度、时间和循环次数. 温度与时间的设置:基于PCR原理三步骤而设置变性-退火-延伸三个温度点.在标准反应中采用三温度点法,双链DNA在90~95℃变性,再迅速冷却至40 ~60℃,引物退火并结合到靶序列上,然后快速升温至70~75℃,在Taq DNA 聚合酶的作用下,使引物链沿模板延伸.对于较短靶基因(长度为100~300bp时)可采用二温度点法, 除变性温度外、退火与延伸温度可合二为一,一般采用94℃变性,65℃左右退火与延伸(此温度Taq DNA酶仍有较高的催化活性). ①变性温度与时间:变性温度低,解链不完全是导致PCR失败的最主要原因.一般情况下,93℃~94℃min足以使模板DNA变性,若低于93℃则需延长时间,但温度不能过高,因为高温环境对酶的活性有影响.此步若不能使靶基因模板或PCR产物完全变性,就会导致PCR失败. ②退火(复性)温度与时间:退火温度是影响PCR特异性的较重要因素.变性后温度快速冷却至40℃~60℃,可使引物和模板发生结合.由于模板DNA 比引物复杂得多,引物和模板之间的碰撞结合机会远远高于模板互补链之间的碰撞.退火温度与时间,取决于引物的长度、碱基组成及其浓度,还有靶基序列的长度.对于20个核苷酸,G+C含量约50%的引物,55℃为选择最适退火温度的起点较为理想.引物的复性温度可通过以下公式帮助选择合适的温度: Tm值(解链温度)=4(G+C)+2(A+T) 复性温度=Tm值-(5~10℃) 在Tm值允许范围内, 选择较高的复性温度可大大减少引物和模板间的非特异性结合, 提高PCR反应的特异性.复性时间一般为30~60sec,足以使引物与模板之间完全结合. ③延伸温度与时间:Taq DNA聚合酶的生物学活性: 70~80℃ 150核苷酸/S/酶分子 70℃ 60核苷酸/S/酶分子 55℃ 24核苷酸/S/酶分子 高于90℃时, DNA合成几乎不能进行. PCR反应的延伸温度一般选择在70~75℃之间,常用温度为72℃,过高的延伸温度不利于引物和模板的结合.PCR延伸反应的时间,可根据待扩增片段的长度而定,一般1Kb以内的DNA片段,延伸时间1min是足够 的.3~4kb的靶序列需3~4min;扩增10Kb需延伸至15min.延伸进间过长会导致非特异性扩增带的出现.对低浓度模板的扩增,延伸时间要稍长些. 编辑本段酶及其浓度 目前有两种Taq DNA聚合酶供应, 一种是从栖热水生杆菌中提纯的天然酶,另一种为大肠菌合成的基因工程酶.催化一典型的PCR反应约需酶量(指总反应体积为100ul时),浓度过高可引起非特异性扩增,浓度过低则合成产物量减少. dNTP的质量与浓度dNTP的质量与浓度和PCR扩增效率有密切关系,dNTP粉呈颗粒状,如保存不当易变性失去生物学活性.dNTP溶液呈酸性,使用时应配成高浓度后,以1M NaOH或1M 的缓冲液将其PH调节到~,小量分装, -20℃冰冻保存.多次冻融会使dNTP降解.在PCR反应中,dNTP应为50~200umol/L,尤其是注意4种dNTP的浓度要相等( 等摩尔配制),如其中任何一种浓度不同于其它几种时(偏高或偏低),就会引起错配.浓度过低又会降低PCR产物的产量.dNTP能与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度降低. 模板(靶基因)核酸模板核酸的量与纯化程度,是PCR成败与否的关键环节之一,传统的DNA纯化方法通常采用SDS和蛋白酶K来消化处理标本.SDS的主要功能是:溶解细胞膜上的脂类与蛋白质,因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜,并解离细胞中的核蛋白,SDS 还能与蛋白质结合而沉淀; 蛋白酶K能水解消化蛋白质,特别是与DNA结合的组蛋白,再用有机溶剂酚与氯仿抽提掉蛋白质和其它细胞组份,用乙醇或异丙醇沉淀核酸.提取的核酸即可作为模板用于PCR反应.一般临床检测标本,可采用快速简便的方法溶解细胞,裂解病原体,消化除去染色体的蛋白质使靶基因游离,直接用于PCR扩增.RNA模板提取一般采用异硫氰酸胍或蛋白酶K法,要防止RNase降解RNA. Mg2+浓度Mg2+对PCR扩增的特异性和产量有显著的影响,在一般的PCR反应中,各种dNTP浓度为200umol/L时,Mg2+浓度为~为宜.Mg2+浓度过高,反应特异性降低,出现非特异扩增,浓度过低会降低Taq DNA聚合酶的活性,使反应产物减少. 编辑本段工作步骤 PCR反应的基本过程 标准的PCR过程分为三步(如图所示): 变性(90℃-96℃):双链DNA模板在热作用下, 氢键断裂,形成单链DNA 2.退火(复性)(40℃-65℃):系统温度降低,引物与 DNA模板结合,形成局部双链. 3.延伸(68℃-75℃):在Taq酶(在72℃左右最佳的活 性)的作用下,以dNTP为原料,从引物的5′端→3′ 端延 伸,合成与模板互补的DNA链. 每一循环经过变性、退火和延伸,DNA含量既增加一倍. 现在有些PCR因为扩增区很短,即使Taq酶活性不是最佳也能在很短的时间内复制完成,因此可以改为两步法,即退火和延伸同时在60℃-65℃间进行,以减少一次升降温过程,提高了反应速度. 编辑本段循环参数 1、预变性(Initial denaturation). 模板DNA完全变性对PCR能否成功至关重要,一般95℃加热3-5分钟. 2、引物退火(Primer annealing) 退火温度一般需要凭实验(经验)决定. 退火温度对PCR的特异性有较大影响. 3、引物延伸 引物延伸一般在72℃进行(Taq酶最适温度). 延伸时间随扩增片段长短及所使用Taq酶的扩增效率而定. 4、循环中的变性步骤 循环中一般95℃,30秒足以使各种靶DNA序列完全变性: 变性时间过长损害酶活性,过短靶序列变性不彻底,易造成扩增失败. 5、循环数 大多数PCR含25-35循环,过多易产生非特异扩增. 6、最后延伸 在最后一个循环后,反应在72℃维持5-15分钟.使引物延伸完全,并使单链产物退火成双链. PCR-PCR常见问题 编辑本段电泳检测时间 一般为48h以内,有些最好于当日电泳检测,大于48h后带型不规则甚至消失. 假阴性,不出现扩增条带 PCR反应的关键环节有①模板核酸的制备,②引物的质量与特异性,③酶的质量及, ④PCR循环条件.寻找原因亦应针对上述环节进行分析研究. 模板:①模板中含有杂蛋白质,②模板中含有Taq酶抑制剂,③模板中蛋白质没有消 化除净,特别是染色体中的组蛋白,④在提取制备模板时丢失过多,或吸入酚.⑤模 板核酸变性不彻底.在酶和引物质量好时,不出现扩增带,极有可能是标本的消化处 理,模板核酸提取过程出了毛病,因而要配制有效而稳定的消化处理液,其程序亦应 固定不宜随意更改. 酶失活:需更换新酶,或新旧两种酶同时使用,以分析是否因酶的活性丧失或不够而 导致假阴性.需注意的是有时忘加Taq酶或溴乙锭. 引物:引物质量、引物的浓度、两条引物的浓度是否对称,是PCR失败或扩增条带不 理想、容易弥散的常见原因.有些批号的引物合成质量有问题,两条引物一条浓度 高,一条浓度低,造成低效率的不对称扩增,对策为:①选定一个好的引物合成单 位.②引物的浓度不仅要看OD值,更要注重引物原液做琼脂糖凝胶电泳,一定要有引物条带出现,而且两引物带的亮度应大体一致,如一条引物有条带,一条引物无条带,此时做PCR有可能失败,应和引物合成单位协商解决.如一条引物亮度高,一条亮度低,在稀释引物时要平衡其浓度.③引物应高浓度小量分装保存,防止多次冻融或长期放冰箱冷藏部分,导致引物变质降解失效.④引物设计不合理,如引物长度不够,引物之间形成二聚体等. Mg2+浓度:Mg2+离子浓度对PCR扩增效率影响很大,浓度过高可降低PCR扩增的特 异性,浓度过低则影响PCR扩增产量甚至使PCR扩增失败而不出扩增条带. 反应体积的改变:通常进行PCR扩增采用的体积为20ul、30ul、50ul.或100ul,应用多 大体积进行PCR扩增,是根据科研和临床检测不同目的而设定,在做小体积如20ul 后,再做大体积时,一定要模索条件,否则容易失败. 编辑本段物理原因 变性对PCR扩增来说相当重要,如变性温度低,变性时间短,极有可能出现假阴性;退火温度过低,可致非特异性扩增而降低特异性扩增效率退火温度过高影响引物与模板的结合而降低PCR扩增效率.有时还有必要用标准的温度计,检测一下扩增仪或水溶锅内的变性、退火和延伸温度,这也是PCR失败的原因之一. 靶序列变异:如靶序列发生突变或缺失,影响引物与模板特异性结合,或因靶序列某 段缺失使引物与模板失去互补序列,其PCR扩增是不会成功的.假阳性出现的PCR扩增条带与目的靶序列条带一致,有时其条带更整齐,亮度更高.引物设计不合适:选择的扩增序列与非目的扩增序列有同源性,因而在进行PCR扩增时,扩增出的PCR产物为非目的性的序列.靶序列太短或引物太短,容易出现假阳性.需重新设计引物. 靶序列或扩增产物的交叉污染:这种污染有两种原因:一是整个基因组或大片段的交叉污染,导致假阳性.这种假阳性可用以下方法解决:操作时应小心轻柔,防止将靶序列吸入加样枪内或溅出离心管外.除酶及不能耐高温的物质外,所有试剂或器材均应高压消毒.所用离心管及样进枪头等均应一次性使用.必要时,在加标本前,反应管和试剂用紫外线照射,以破坏存在的核酸.二是空气中的小片段核酸污染,这些小片段比靶序列短,但有一定的同源性.可互相拼接,与引物互补后,可扩增出PCR产物,而导致假阳性的产生,可用巢式PCR方法来减轻或消除. 出现非特异性扩增带 PCR扩增后出现的条带与预计的大小不一致,或大或小,或者同时出现特异性扩增带 与非特异性扩增带.非特异性条带的出现,其原因:一是引物与靶序列不完全互补、 或引物聚合形成二聚体.二是Mg2+离子浓度过高、退火温度过低,及PCR循环次数 过多有关.其次是酶的质和量,往往一些来源的酶易出现非特异条带而另一来源的酶 则不出现,酶量过多有时也会出现非特异性扩增.其对策有:必要时重新设计引 物.减低酶量或调换另一来源的酶.降低引物量,适当增加模板量,减少循环次 数.适当提高退火温度或采用二温度点法(93℃变性,65℃左右退火与延伸). 出现片状拖带或涂抹带 PCR扩增有时出现涂抹带或片状带或地毯样带.其原因往往由于酶量过多或酶的质量 差,dNTP浓度过高,Mg2+浓度过高,退火温度过低,循环次数过多引起.其对策有:减少酶量,或调换另一来源的酶.②减少dNTP的浓度.适当降低Mg2+浓 度.增加模板量,减少循环次数. 编辑本段克隆PCR产物 1)克隆PCR产物的最优条件是什么? 最佳插入片段:载体比需实验确定.1:1(插入片段:载体)常为最佳比,摩尔数比1:8或8:1也行.应测定比值范围.连接用5ul 2X连接液,50ng质粒DNA,1Weiss单位的T4连接酶,插入片段共10ul.室温保温1小时,或4℃过夜.在这2种温度下,缺T-凸出端的载体会自连,产生蓝斑.室温保温1小时能满足大多数克隆要求,为提高连接效率,需4℃过夜. 2)PCR产物是否需要用凝胶纯化? 如凝胶分析扩增产物只有一条带,不需要用凝胶纯化.如可见其他杂带,可能是积累了大量引物的二聚体.少量的引物二聚体的摩尔数也很高,这会产生高比例的带有引物二聚体的克隆,而非目的插入片段.为此需在克隆前做凝胶纯化. 3)如果没有回收到目的片段,还需要作什么对照实验? A)涂布未转化的感受态细胞. 如有菌落,表明氨苄失效,或污染上带有氨苄抗型的质粒,或产生氨苄抗型的菌落. B)转化完整质粒,计算菌落生长数,测定转化效率. 例如,将1ug/ul质粒1:100稀释,1ul用于100ul感受态细胞转化.用SOC稀释到1000ul后,用100ul铺板.培养过夜,产生1000个菌落.转化率为:产生菌落的总数/铺板DNA的总量. 铺板DNA的总量是转化反应所用的量除以稀释倍数.具体而言转化用10ng DNA,用SOC稀释到1000u后含10 ng DNA,用1/10铺板,共用1 ng DNA.转化率为: 1000克隆X10(3次方) ng /铺板1 ng DNA ug=10(6次方)cfu/ ug 转化pGEM-T应用10(8次方)cfu/ ug感受态细胞 如没有菌落或少有菌落,感受态细胞的转化率太低. C)如用pGEM-T正对照,或PCR产物,产生>20-40蓝斑(用指定步骤10(8次方)cfu/ ug感受态细胞),表明载体失去T.可能是连接酶污染了核酸酶.T4 DNA连接酶(M1801,M1804,M1794)质量标准好无核酸酶污染,不应用其它来源的T4 DNA连接酶替换. D)用pGEM-T或pGEM-T Easy载体,连接pGEM-T正对照,转化高频率感受态细胞(10(8次方)cfu/ug),按照指定的实验步骤,可得100个菌落,其中60%应为白斑,如产生>20-40蓝斑,没有菌落或少有菌落,连接有问题. 4)对照实验结果好,却没有回收到目的片段,实验出了什么问题? A)连接用室温保温1小时,能满足大多数克隆,为提高效率,需4℃过夜. B)插入片段带有污染,使3`-T缺失,或抑制连接,抑制转化.为此,将插入片段和pGEM-T正对照混合,再连接.如降低了对照的菌落数,插入片段需纯化,或重新制备.如产生大量的蓝斑,插入片段污染有核酸酶,使pGEM-T或pGEM-T Easy载体3`-T缺失. C)插入片段不适于连接.用凝胶纯化的插入片段,因受UV过度照射,时有发生.UV过度照射会产生嘧啶二聚体,不利于连接,DNA必需重新纯化. D)带有修复功能的耐热DNA聚合酶的扩增产物末端无A,后者是pGEM-T或pGEM-T Easy载体克隆所需.加Taq DNA聚合酶和核苷酸可在末端加A.详情查pGEM-T pGEM-T Easy载体技术资料(TM042). E)高度重复序列可能会不稳定,在扩增中产生缺失和重排,如发现插入片段高频率地产生缺失和重排,需用重组缺陷大肠杆菌菌株,如SURE细胞. 编辑本段PCR反应的分类 SOEing-PCR(重叠PCR) 重叠区扩增基因拼接法,是基于普通PCR 技术衍生出的一种基因融合和定点突变的有效方法.众所周知,由于引物只需要与模板有效结合,尤其是5’端序列不必与模板完全配对,因此扩增引物的5’端可以添加一种甚至是两种酶切位点,以便于后期克隆.SOEing 法正是利用这一特点,向两个独立基因掺入一段新的序列以达到两个基因出现一个重叠区的目的,3’端的结合使基因融合或定点突变得以实现. RT-PCR(逆转录PCR) RT-PCR 为反转录RCR(reverse transcription PCR)和实时PCR(real time PCR)共同的缩写.逆转录PCR,或者称反转录PCR(reverse transcription-PCR,RT-PCR),是聚合酶链式反应(PCR)的一种广泛应用的变形.在RT-PCR中,一条RNA链被逆转录成为互补DNA,再以此为模板通过PCR进行DNA扩增.
PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。下面是我整理的关于pcr技术论文,希望你能从中得到感悟!
技术的研究进展
摘要 PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。因其高强的特异性和灵敏度以及检测速度快、准确性好等优点,已被广泛地应用于水产、微生物检测等许多领域。该文从PCR技术的原理及应用方面进行了综述,并对其发展做出了展望。
关键词 PCR技术;研究进展;应用
中图分类号 Q819 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)10-0047-02
PCR(polymerase chain reaction,PCR)即聚合酶链式反应,它是一种体外酶促合成,扩增特定DNA片段的方法。1985年,美国Karray等学者首创了PCR技术,并由美国Cetus公司开发研制[1]。随着科学技术的发展和突破,PCR技术已在多个领域得到广泛地应用,如微生物检测、兽医学、水产养殖等方面。由于该技术具有较强的灵敏度、准确度和特异性,又能快速进行检测,因而其应用领域也在不断延伸[2-3]。随着PCR技术的不断发展,在常规PCR技术的基础上又衍生出了许多技术,如多重PCR(mutiplex PCR)技术[4]、实时荧光定量PCR(real-time fluorescent quantitative PCR,FQ-PCR)技术[5]、单分子PCR技术[6]。
1 PCR技术原理
PCR技术是根据待扩增的已知DNA片段序列、人工合成与该DNA 2条链末端互补的2段寡核苷酸引物,在体外将待检DNA序列(模板)在酶促作用下进行扩增。PCR的整个技术过程经若干个循环组成,一个循环包括连续的3个步骤:第1步是高温条件下的DNA模板变性,即模板DNA在93~94 ℃的条件下变性解链;第2步是退火,即人工合成的2个寡核苷酸引物与模板DNA链3’端经降温至55 ℃退火;第3步是延伸,即在4种dNTP底物同时存在的情况下,借助TaqDNA聚合酶的作用,引物链将沿着5’-3’方向延伸与模板互补的新链[7]。经过这个循环后,合成了新链,可将其作为DNA模板继续反应,由此循环进行。循环进程中,扩增产物的量以指数级方式增加,一般单一拷贝的基因循环25~30次,DNA可扩增l00万~200万倍[1]。PCR反应的步骤很简单,但是具体的操作是复杂的,如退火温度的确定、延伸时间的长短以及循环数等。因此,不同的反应体系应该确定适当的反应条件,以避免假阴性或假阳性等情况的产生。
2 PCR技术的分类
在传统PCR技术的基础上,根据人们的需要以及各个领域的应用要求,又衍生出很多种类的PCR技术。新技术在各领域广泛应用并逐渐改进,为进一步的研究提供了基础。
实时荧光定量PCR技术
1996年,学者经过研究,在传统PCR技术的基础上,首创了实时荧光定量PCR技术,新技术已经应用至医学领域、分子生物学和其他基础研究领域。实时荧光定量PCR技术基于传统技术的优势,还具有实时性、准确性、无污染,实现了自动化操作和多重反应,是PCR技术研究史上从定性到定量的飞跃[8]。
荧光定量PCR技术最大的特点是能将荧光基团加入到PCR反应体系中,借助于荧光信号,累积实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析[9]。实时监测这一特点是常规PCR技术所不具有的,因为其对扩增反应不能进行随时的检测。常规PCR技术的扩增终产物需要在凝胶电泳等条件下才能进行,无法对起始模板进行准确的定量,而荧光定量PCR技术的反应进程可以根据荧光信号的变化做出准确的判断[10-11]。一个PCR循环反应结束之后,定量PCR仪可以收集1个荧光强度信号,荧光信号强度的变化可以反映产物量的变化情况,这样就可以得到1条荧光扩增曲线[12]。荧光信号在指数扩增阶段,PCR产物荧光信号的对数值与起始模板量之间存在线性对应关系,然后进行定量分析[13]。
多重PCR技术
多重PCR(mutiplex PCR)技术是PCR技术的一种,为同一管中加入多对特异性引物,与PCR管内的多个模板反应,在一个PCR管中同时检测多个目标DNA分子。多重PCR技术可以扩增一个物种的一个片段,也可以同时扩增多个物种的不同片段[14]。
在同一反应体系中,多重PCR技术进行多个位点的特异性扩增时,引物间的配对、引物间的竞争性扩增等会对扩增效果产生重要影响。一方面,如果能选择适宜的反应体系和反应条件,可极大地提高多重PCR的扩增效果[15]。主要包括退火温度、退火及延伸时间、PCR缓冲液成分、dNTP的用量、引物及模板的量等。另一方面,DNA的抽提质量也影响多重PCR扩增效率,如DNA抽提不干净或降解都将影响PCR扩增效果[16]。
单分子PCR技术(SM-PCR)
单分子PCR技术是在传统PCR技术的基础上发展的,基本循环过程相同,但在反应条件、模板数量、DNA 聚合酶选择、引物设计方面具有不同点。该技术是以少量或单个DNA分子为模板进行的PCR[17]。
单分子PCR技术反应中,DNA 模板浓度极低,这就要求模板有较高的质量。因为这是试验成败的决定性因素。在设计引物时,应该严格控制GC的含量和Tm值,同时尽量避免引物间存在可配对序列。在反应混合物模板数极低的情况下,若引物之间存在少量配对序列,扩增时极易形成二聚体,使反应无法进行,得不到所需要的产物[18]。由于单分子PCR技术反应的变性温度(96~98 ℃)大多比常规PCR技术(94 ℃)略高,因而对DNA 聚合酶热稳定性的要求也更加严格,需要有较好的热稳定性,以防止温度过高而使其失活。其变性时间(5~15 s)、退火时间及延伸时间也短于常规PCR技术[17]。
3 PCR技术的应用
PCR技术在水产上的应用
基因表达是检测某个基因在不同发育期或不同组织中的表达量变化,或受到某种试验处理过程中的影响而出现表达量变化的情况。有学者应用real-time PCR技术研究碳水化合物含量对翘嘴红鲴糖代谢酶G6Pase、GK以及PEPCK表达量的影响[19-21],研究结果可为翘嘴红鲴饲料配方中的最合适糖含量提供理论依据。孙淑娜等[22]研究叶酸拮抗剂对斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2表达的影响,表明叶酸拮抗剂对早期胚胎的心脏发育影响较大,可导致斑马鱼心脏发育延迟及心脏形态异常,并下调斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2的表达,这可能是叶酸生物学活性受抑后导致心脏发育异常的机制之一。Sawyer et al[23]以斑马鱼的未受精卵、胚胎、仔鱼和成鱼为研究材料,采用实时荧光定量PCR技术,检测了P450aromA和P450aromB在不同组织的表达量,表明在各组织中均有2种基因的表达,但表达量显著不同,呈现组织特异性。
PCR技术在微生物检测上的应用
1990年,Bej et al[24]在利用多重PCR的方法检测了Leg-ionella类菌种和大肠类细菌,其结果是通过点对点方法固定的多聚dT尾捕捉探针和生物素标记的扩增DNA进行杂交来检测的。张志东等检测口蹄疫病毒(FMDV)持续性感染的带毒动物,表明实时荧光定量PCR技术具有快速检测、准确、客观等优势,较优于传统的检测方法[25-26]。Metzger-Boddien et al[27]对PCR-ELISA的方法进行了评价,结果显示,样品中沙门氏菌的检出率可以达到98%。
4 展望
传统PCR技术以及衍生出来的新型PCR技术自面世以来,已被广泛应用到生命科学的各个领域。随着技术方法的不断改进与完善,荧光定量PCR技术将会逐渐完善并广泛应用。多重PCR技术在食品病原微生物、非致病微生物及环境微生物检测中具有重要作用;未来的研究主要集中在去除食品抑制因子干扰、改进样品前处理技术等方面,其次是整合应用多重PCR与其他技术,必将在未来食品微生物检测中有非常好的应用前景。
5 参考文献
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期刊名 molecular biology of the cell 出版周期: 半月刊 中科院杂志分区 细胞生物学分类下的 3 区期刊 ,该杂志由于刊文量越来越大, 影响力大大降低,由开始的7分以上一路下滑 近四年影响因子:2013年度 2012年度 2011年度 2010年度 出版社或管理机构 杂志由 AMER SOC CELL BIOLOGY 出版或管理。 ISSN号:1059-1524 杂志简介/稿件收录要求 Molecular Biology of the Cell, the journal owned and published by The American Society for Cell Biology, publishes papers that describe and interpret results of original research concerning the molecular aspects of cell structure and function. Studies whose scope bridges several areas of biology are particularly encouraged, for example cell biology and genetics. The aim of the Journal is to publish papers describing substantial research
molecular biology of the cell是关于细胞生理、分子生物学的杂志。该杂志 在 CELL BIOLOGY (细胞生物学) 同类期刊中的影响因子排名第 51 位。期刊详情:NLM ID:9201390 出版国家:United States 出版地:Bethesda, MD 出版商:American Society for Cell Biology 出版周期:月刊 创刊年份:1992 语言:英语 SCI收录:YES ISSN:1059-1524 (印刷版)1939-4586 (电子版) 1059-1524 (ISSNLinking) 目前收录于:IM PubMed收录:YES 研究领域:细胞生理、分子生物学
American Journal of Preventive Medicine《美国预防医学杂志》美国ISSN:0749-3797,1984年创刊,全年8期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载预防医学基础和应用研究论文。涉及的学科包括流行病学、遗传学、营养学、毒理学和社会科学;应用的领域包括卫生管理、传染病防治、职业医学、环境卫生、航空航天医学、老年病、母婴保健、计划生育等。Annales de Génétique《遗传学纪事》法国ISSN:0003-3995,1958年创刊,全年4期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。法国遗传学会的会刊。刊载遗传学研究论文、技术札记、文摘和消息。Biochimie《生物化学》法国ISSN:0300-9084,1914年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载有关酶学、遗传学、免疫学、微生物学和高分子结构等方面的研究论文及评论。Biomolecular Engineering《生物分子工程》荷兰ISSN:1389-0344,1983年创刊,全年6期,Elsevier Science出版社,SCI、EI收录期刊,SCI 2005年影响因子,2005年EI收录30篇。研究分子生物学、细胞生物学、免疫学、生物化学和遗传学中使用的新技术、材料及器械。刊载研究论文和综论。Cancer Genetics and Cytogenetics《癌遗传学与细胞遗传学》美国ISSN:0165-4608, 1979年创刊,全年16期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载癌细胞与分子的基础研究论文。反映癌遗传学和细胞遗传学领域的最新研究进展。Current Opinion in Genetics & Development《遗传学与发育新见》英国ISSN: 0959-437X, 1991年创刊,全年6期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。著名遗传学权威专业性学术期刊,SCI收录期刊最高影响因子100种之一,刊载分子遗传学、疾病遗传学、遗传组织与变异、细胞繁殖、发育模式与机理等方面的研究进展评论。附近期有关学科主要论文索引。Developmental Biology《发育生物学》美国ISSN:0012-1606,1959年创刊,全年24期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。著名生物学权威专业性学术期刊,从分子、细胞和遗传的水平上研究动植物发育、变异、生长、再生和组织修复的机能。发表论文。European Journal of Medical Genetics《欧洲医学遗传学》ISSN: 1769-7212,2005年创刊,Elsevier Science出版社,主要刊载关于给类人研究和医学遗传学以及基因实验模型方面的论文。European Journal of Pharmacology: Molecular Pharmacology《欧洲药理学杂志:分子药理浙江工业大学图书馆信息咨询部编 Elsevier Science 出版社期刊投稿指南 60学分册》荷兰ISSN:0922-4106,1989年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,刊载分子水平的药理学、药效学、神经系统药理学等方面的研究论文和简报,内容涉及分子神经传递,信号转导机理,蛋白质受体的遗传反应等。Human Immunology《人类免疫学》美国ISSN:0198-8859,1980年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载人类免疫系统和其他脊椎动物模拟系统的研究论文。侧重于组织适应性和免疫遗传学的研究。Infection, Genetics and Evolution《传染、遗传和进化》荷兰ISSN:1567-1348,2001年创刊,全年4期,Elsevier Science出版社。主要刊载遗传学领域,包括疾病等的传染、遗传、进化等方面的论文。Journal of Molecular Biology《分子生物学杂志》英国ISSN:0022-2836,1959年创刊,全年50期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载原始论文,论述分子生物学的各个方面,涉及基因结构、复制及解译机理、蛋白质、核酸等大分子的结构和性质、细胞和发育生物学、分子遗传学等。Molecular Genetics and Metabolism《分子遗传学与新陈代谢》美国ISSN:1096-7192,1976年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。1998年前刊名为Biochemical and Molecular Medicine,从生物化学和分子生物学角度对人体正常代谢和代谢病进行研究。发表原始论文、短评和简讯。Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis《突变研究-突变原理与分子结构》荷兰ISSN:1388-2112,1964年创刊,Elsevier Science出版社。主要刊载关于包括遗传变异基因的作用,并体现突变,可变化合物的代谢方式到以不同的身份和修复受损DNA的细胞复制等方面的论文。Mutation Research/Genetic Toxicology《突变研究—遗传毒理学》ISSN: 0165-1218,Elsevier Science出版社,主要刊载化学物质的遗传毒性测试,以及对人类群体的遗传毒性效应、发育、进化的监督,监控等方面方面的文章。Mutation Research/Genetic Toxicology《突变研究—遗传毒理学》ISSN: 0165-1218,Elsevier Science出版社,主要刊载化学物质的遗传毒性测试,以及对人类群体的遗传毒性效应、发育、进化的监督,监控等方面方面的文章。Mutation Research/Reviews in Mutation Research《突变研究-突变研究评论》荷兰ISSN:1383-5742,1964年创刊,全年6期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。主要刊载突变和疾病的关系,涵盖人类基因组研究进展(包括演变和功能基因突变检测技术)与临床应用遗传学、基因治疗、环境健康风险评估,遗传毒理学和环境突变(包括遗传因素调节活性剂环境)等方面的论文。Trends in Genetics《遗传学趋势》英国ISSN:0168-9525,1985年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。权威专业性学术期刊,SCI收录期刊最高影响因子100种之一,刊载分子遗传学、变异、发育方面的评论、札记和书评,涉及临床遗传学、遗传学与社会、应用技术与人口遗传学等问题。
American Journal of Preventive Medicine《美国预防医学杂志》美国ISSN:0749-3797,1984年创刊,全年8期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载预防医学基础和应用研究论文。涉及的学科包括流行病学、遗传学、营养学、毒理学和社会科学;应用的领域包括卫生管理、传染病防治、职业医学、环境卫生、航空航天医学、老年病、母婴保健、计划生育等。Annales de Génétique《遗传学纪事》法国ISSN:0003-3995,1958年创刊,全年4期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。法国遗传学会的会刊。刊载遗传学研究论文、技术札记、文摘和消息。Biochimie《生物化学》法国ISSN:0300-9084,1914年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载有关酶学、遗传学、免疫学、微生物学和高分子结构等方面的研究论文及评论。Biomolecular Engineering《生物分子工程》荷兰ISSN:1389-0344,1983年创刊,全年6期,Elsevier Science出版社,SCI、EI收录期刊,SCI 2005年影响因子,2005年EI收录30篇。研究分子生物学、细胞生物学、免疫学、生物化学和遗传学中使用的新技术、材料及器械。刊载研究论文和综论。Cancer Genetics and Cytogenetics《癌遗传学与细胞遗传学》美国ISSN:0165-4608, 1979年创刊,全年16期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载癌细胞与分子的基础研究论文。反映癌遗传学和细胞遗传学领域的最新研究进展。Current Opinion in Genetics & Development《遗传学与发育新见》英国ISSN: 0959-437X, 1991年创刊,全年6期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。著名遗传学权威专业性学术期刊,SCI收录期刊最高影响因子100种之一,刊载分子遗传学、疾病遗传学、遗传组织与变异、细胞繁殖、发育模式与机理等方面的研究进展评论。附近期有关学科主要论文索引。Developmental Biology《发育生物学》美国ISSN:0012-1606,1959年创刊,全年24期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。著名生物学权威专业性学术期刊,从分子、细胞和遗传的水平上研究动植物发育、变异、生长、再生和组织修复的机能。发表论文。European Journal of Medical Genetics《欧洲医学遗传学》ISSN: 1769-7212,2005年创刊,Elsevier Science出版社,主要刊载关于给类人研究和医学遗传学以及基因实验模型方面的论文。European Journal of Pharmacology: Molecular Pharmacology《欧洲药理学杂志:分子药理浙江工业大学图书馆信息咨询部编 Elsevier Science 出版社期刊投稿指南 60学分册》荷兰ISSN:0922-4106,1989年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,刊载分子水平的药理学、药效学、神经系统药理学等方面的研究论文和简报,内容涉及分子神经传递,信号转导机理,蛋白质受体的遗传反应等。Human Immunology《人类免疫学》美国ISSN:0198-8859,1980年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载人类免疫系统和其他脊椎动物模拟系统的研究论文。侧重于组织适应性和免疫遗传学的研究。Infection, Genetics and Evolution《传染、遗传和进化》荷兰ISSN:1567-1348,2001年创刊,全年4期,Elsevier Science出版社。主要刊载遗传学领域,包括疾病等的传染、遗传、进化等方面的论文。Journal of Molecular Biology《分子生物学杂志》英国ISSN:0022-2836,1959年创刊,全年50期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。刊载原始论文,论述分子生物学的各个方面,涉及基因结构、复制及解译机理、蛋白质、核酸等大分子的结构和性质、细胞和发育生物学、分子遗传学等。Molecular Genetics and Metabolism《分子遗传学与新陈代谢》美国ISSN:1096-7192,1976年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。1998年前刊名为Biochemical and Molecular Medicine,从生物化学和分子生物学角度对人体正常代谢和代谢病进行研究。发表原始论文、短评和简讯。Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis《突变研究-突变原理与分子结构》荷兰ISSN:1388-2112,1964年创刊,Elsevier Science出版社。主要刊载关于包括遗传变异基因的作用,并体现突变,可变化合物的代谢方式到以不同的身份和修复受损DNA的细胞复制等方面的论文。Mutation Research/Genetic Toxicology《突变研究—遗传毒理学》ISSN: 0165-1218,Elsevier Science出版社,主要刊载化学物质的遗传毒性测试,以及对人类群体的遗传毒性效应、发育、进化的监督,监控等方面方面的文章。Mutation Research/Genetic Toxicology《突变研究—遗传毒理学》ISSN: 0165-1218,Elsevier Science出版社,主要刊载化学物质的遗传毒性测试,以及对人类群体的遗传毒性效应、发育、进化的监督,监控等方面方面的文章。Mutation Research/Reviews in Mutation Research《突变研究-突变研究评论》荷兰ISSN:1383-5742,1964年创刊,全年6期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。主要刊载突变和疾病的关系,涵盖人类基因组研究进展(包括演变和功能基因突变检测技术)与临床应用遗传学、基因治疗、环境健康风险评估,遗传毒理学和环境突变(包括遗传因素调节活性剂环境)等方面的论文。Trends in Genetics《遗传学趋势》英国ISSN:0168-9525,1985年创刊,全年12期,Elsevier Science出版社,SCI收录期刊,SCI 2005年影响因子。权威专业性学术期刊,SCI收录期刊最高影响因子100种之一,刊载分子遗传学、变异、发育方面的评论、札记和书评,涉及临床遗传学、遗传学与社会、应用技术与人口遗传学等问题。去邮局顶或者从网上面,当当网什么的就能订
中山大学的本科专业:药学,四年的专业课程如下:理学学士学位、四年、广州东校区。1-2:高等数学二I、无机化学、药学导论、分析化学、基础生物学、基础化学实验1-3:高等数学二II、有机化学、人体解剖与生理学2-2:现代分析技术与应用、药学分子生物学、生物化学与分子生物学实验、生物化学、细胞生物学、物理化学2-3:数理统计方法:、病理生理学、微生物与免疫学、药物化学I、生药学3-2:药理学I、药剂学I、天然药物化学、药事管理学、中医药学概论3-3:药物分析、临床药理学、药物治疗学、药物毒理学、生物药剂学与药代动力学、药物合成策略与实例、药物制剂设计策略与实例、药理学案例分析、生物技术制药、药物发现中的关键技术、药用高分子材料与新型给药系统、药理学进展4-2:药物化学II、药理学II、药剂学II4-3:毕业论文
生化,药化,药理
中医药学毕业论文题目
要想写好论文,就要从定一个好的题目开始。以下是我分享的中医药学毕业论文题目,一起来学习吧!
一、中医药学毕业论文题目
中药方剂治疗宫颈糜烂的临床疗效观察
《组合中药学》及其理论系统的建立
—种基于寒性对照抗原的中药药性物质基础研究的新方法
中药外敷治疗静脉炎的疗效观察与护理
中药电泳指纹图谱的构建与应用研究
加入WTO条件下中药行业发展对策研究
中药电导入对关节影响的实验研究
中药质量控制多维指纹图谱共有峰率和变异峰率双指标序列分析法研究 液相色谱和光谱法结合化学计量学用于中药指纹图谱研究
中药安全性问题探悉
论中药的专利保护
论中药的双向调节
攻下清热活血中药对重症胰腺炎大鼠胰腺肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-1β基因表达的影响
近年来我国中药的安全性评价研究现状
中药超微细化及有效成分溶出特性研究
肝外DHBV复制治疗学意义及中药体外抗肝纤维化筛选平台的探讨 抗IBDV中药筛选、作用机制及其临床应用研究
中药对骨髓间充质干细胞免疫调节作用干预的实验研究
中药细胞级微粉碎技术在中药制剂中的应用
针刺中药联合治疗在围绝经期失眠症中的临床研究
基层医院使用小包装中药饮片探讨
中药(新药)临床疗效综合评价的方法学研究
中药注射剂不良反应分析
中药注射剂不良反应的常见原因分析
中药治疗下肢骨折术后肿胀118例临床疗效探讨
中药企业创新路径选择——以香港维特健灵和培力为借鉴
浅谈中药制剂标准化与质量控制科学化
面向新版GMP的中药饮片生产质量管理研究
薄层扫描色谱在中药质量评价中应用的研究
中药鉴定技术的研究进展
补肾中药对体外培养成骨细胞增殖和功能的影响
中药公司投资价值分析
中药外敷及口服扶他林联合微波治疗膝骨性关节炎的护理
我院中药注射剂的应用和不良反应的分析
中药骨康对破骨细胞活性及凋亡的影响
中药对LPS诱导单核巨噬细胞增殖的抑制作用及其差异蛋白质分析 中药四性的研究(Ⅰ)
中药饮片在临床应用中存在的问题及对策
中药饮片在临床应用中存在的问题及对策
中药对细胞色素P450影响的研究进展
术前、术后使用中药结合外剥内扎治疗混合痔的临床效果观察 三伏天应用中药穴位敷贴治疗过敏性鼻炎的疗效观察及护理
拟除虫菊酯生殖毒性及中药干预作用的研究
三种中药有效成份抗人绒癌耐药细胞JAR/MTX作用的体外研究
中药“通腑洁肠汤”对不全性肠梗阻结直肠癌术前肠道准备的效果观察 两种中药方剂联合甲氨喋呤治疗异位妊娠的作用探讨
中药四气理论的现代研究
二、中药治疗肝癌研究现状论文主要内容
原发性肝癌是临床上常见的恶性肿瘤之一。我国原发性肝癌多具有乙型肝炎和肝硬化背景,起病隐匿,进展迅速,确诊时往往已是晚期,患者生存期较短,预后差。积极探寻符合我国国情,高效且不良反应少的系统化中西医联合治疗方案是肝癌治疗的.重要课题。
对于肝癌的认识,中医认为属于“症瘕”“、积聚”、“黄疸”、“肝积”的范畴。已有临床疗效观察研究表明,中医药治疗肝癌的优势一方面在于能有效稳定病情,减轻毒副作用,改善临床症状,延长患者带瘤生存时间,使部分患者肿瘤缩小;另一方面治疗费用相对低廉。因此中医药治疗成为肝癌治疗中不可或缺的重要组成部分。
1中药治疗肝癌的理论基础中医认为肝癌的病因及病机为外受寒邪、损伤脾胃、肝气郁滞、气滞血瘀、结而成积。中医治疗应以清热解毒和活血化瘀为主,同时配合益气健脾和疏肝理气,并与手术、介入、放化疗等其他方法联合应用,可起到减毒增效之功效。具有益气健脾、活血化瘀、清热解毒、软坚散结、柔肝止痛等功效的中药经常被用于肝癌的治疗并取得临床疗效,临床应用及现代药理学研究较多为“有毒”中药及活血化瘀中药。
“有毒”中药与肝癌治疗 中医认为恶性肿瘤与“毒邪”有关,因此“以毒攻毒”为重要治疗方法,即用峻猛中药以攻邪。历代医家有颇多论述,如虞抟《医学正传》中“大毒之病,必用大毒之药以攻之”[1],明代罗天益《卫生宝鉴》“凡治积非有毒之品攻之则不可”[2]。这种“以毒攻毒”的方法目前在肝癌的治疗中也经常应用,常用的此类中药有、蜂房、全蝎、水蛭、蜈蚣、蟾蜍、守宫、常山、半夏、天南星、马钱子、巴豆、附子和乌头等。
活血化瘀中药与肝癌治疗 气滞血瘀证是肝癌患者常见临床症候,历代医家常从气血运行失常而致气滞血瘀来探讨肿瘤形成的病机。如《圣济总录》认为“瘤之为义,留置而不去也,气血流行不失其常,则形体平和,或余赘及郁结壅塞,则乘应投隙,瘤所以生”[3]。王清任《医林改错》认为“肚腹结块,必有形之血也,血受寒则凝结成块,血受热则煎熬成块”[4]。
因此行活血化瘀也是中医药治疗肝癌的常用方法,常用中药有丹参、赤芍、三棱、水蛭和等。
中药治疗肝癌具有广泛的理论基础,在浩如烟海的中医古籍中不乏与肝癌相关病症的治疗,这些相关病症与肝癌及其并发症的对应是否精确还值得商榷。加强文献学的进一步细化整理研究是深入发掘中医治疗肝癌理论基础必不可少的环节,也是增强中医治疗肝癌说服力的重要途径。
2中药治疗肝癌的实验研究中药治疗肝癌的实验研究主要包括中药复方和单味中药的研究。随着分子生物学广泛应用于中医药研究,利用现代分子生物学技术研究中医药防治肝癌的机制,筛选抗肿瘤中药复方及单味中药成为重要的研究方向。
中药复方抗肝癌作用机制的研究 历代古方中可用于肝癌治疗的中药复方较多,临床上常常根据肝癌的不同证型,选取与之对应的方剂进行加减治疗。如李江等[5]通过研究证实,采用水煎法、梯度乙醇提取法及醇水法从小柴胡汤中获得的提取物对小鼠H22肝癌实体瘤生长有明显的抑制作用,且具有提高荷瘤宿主免疫功能的作用。季幸姝等[6]通过观察膈下逐瘀汤对肝癌Bel7402细胞和大鼠肝癌组织中丝/苏氨酸激酶蛋白及FIEN编码蛋白表达的影响,发现P13K/Akt信号转导通路相关蛋白PA kt水平的降低和PT EN蛋白水平的升高可能是膈下逐瘀汤抗肝癌的主要作用机制之一。杜标炎等[7]研究发现六味地黄丸联用对小鼠移植性肝癌自杀基因治疗具有一定的增效作用,其疗效优于单纯自杀基因疗法或单纯六味地黄丸治疗。进一步研究发现,六味地黄丸含药血清对自杀基因系统10% tk/GCV杀伤大鼠肝癌CBRH7919细胞具有协同增效作用,且有一定的量效关系。
中药复方治疗肝癌的疗效不可否认,但目前存在的问题是中药复方成分的复杂性使其作用机制难以应用单一的药理途径阐明。以辨证论治为特色的中医个体化诊疗要得到推广,必须进行具有统计学说服力的临床研究,解决这个问题应使临床研究对象的选取进一步细化,在此基础上使中药复方规范化,同时通过网络药理学等方法对中药治疗作用产生的人体综合生物效应进行整体观察和分析,增强中药治疗肝癌有效性的可信度和可重复性。
单味中药抗肝癌作用机制的研究 中药单体能在诱导肝癌细胞凋亡、抗肝癌细胞侵袭及转移、诱导肝癌细胞分化、抗肿瘤血管生成、抑制癌基因表达、促进抑癌基因表达、逆转肿瘤多药耐药等多个环节抑制肝癌的发生和发展。陈小义等[8]研究发现, mol/L及以上浓度蟾蜍灵对SMMC 7721细胞具有显著细胞毒作用,细胞生长相关基因P21wafl/cipl在蟾蜍灵诱导下表达上调,同时受P21wafl/cipl调控的增殖细胞核抗原的表达下降,二者呈负相关,提示中药可通过直接杀伤肝癌细胞和抑制其增殖而发挥抗癌效应。黄应申等[9]以10 mmol/L脂蟾毒配基处理Bel 7402细胞24 h后,发现癌细胞出现凋亡的形态变化,其凋亡率明显高于对照组细胞;脂蟾毒配基引起线粒体膜电位下降,释放入胞质中的细胞色素c增多,促进Caspase 3蛋白活化,抑制Bcl 2蛋白表达,诱导细胞凋亡,其诱导凋亡作用可能通过线粒体通路实现。黄炜等[10]探讨了18 β-甘草次酸和甘草酸对Bel 7402细胞增殖的抑制和诱导分化作用,揭示二者有抑制人肝癌细胞增殖和诱导分化的作用。魏志霞[11]研究发现,川芎嗪可提高SMMC7721/多柔比星细胞内化疗药物的浓度,增强多柔比星作用,表明从中药筛选出低毒的多药耐药逆转剂是可能的。
何芳等[12]探讨人参皂苷Rg3联合三氧化二砷对肝癌裸鼠移植瘤模型的治疗作用,发现人参皂苷Rg3能通过抑制肿瘤新生血管形成,明显降低肿瘤内微血管密度;人参皂苷Rg3与As203联合应用能明显抑制裸鼠肝癌移植瘤的生长。罗明等[13]通过采用腹腔注射苦参碱和氧化苦参碱观察二乙基亚硝胺诱发肝癌的大鼠肝脏病理改变、肝表面癌结节数和血清ALT、GGT、ALP 的变化,发现苦参碱和氧化苦参碱组的大鼠体重明显高于模型组,肝表面癌结节数、肝/体重比和血清ALT、GGT 明显低于模型组(P<)。而 ALP 升高,说明苦参碱和氧化苦参碱能延缓二乙基亚硝胺诱发大鼠肝癌形成,保护肝细胞免受损伤。
单味中药治疗肝癌的研究较中药复方研究更为深入,其原因在于相对于中药复方,单味中药的有效成分相对容易确定,其量效关系及药理学、药代动力学研究较中药复方易进行。目前的问题之一在于此类研究较多采取的是某味中药的提取物。尽管提取物能在某一方面说明该味中药的生物学效应的机制,但表现的生物学效应与该味中药相比有多少差距尚不能明确;另一方面单味中药提取物的研究往往是发现了某一化学成分的生物学效应或临床疗效,如何将其与中医的辨证论治治疗肝癌结合起来是我们不得不面对的问题。要解决这个问题,须要增强中药治疗肝癌研究的科学说服力,这仍有不易克服的困难。类似于中药药性本质及其临床效应生物学基础的相关研究为单味中药治疗肝癌的研究提供了新的思路和方法。
3中药治疗肝癌的临床研究中药联合放化疗治疗肝癌的研究 顾本宇[14]通过观察益气健脾疏肝中药联合化学药物动脉灌注治疗中晚期原发性肝癌的临床疗效,发现中药联合化疗药物治疗组的稳定率为,明显高于对照组的(P<);治疗组 12、18、24 个月的生存率与对照组比较,差异有统计学意义(P<)。
尤建良等[15]通过观察中药调气行水方联合顺铂、白细胞介素-2腹腔内注射治疗肝癌腹水的临床疗效,发现该疗法能有效控制腹水,改善体力状况,提高患者生命质量,缓解常见临床症状,提高疾病控制率,提示配合中药能减轻化疗药物及生物反应调节剂的毒副反应。
目前中药联合化疗治疗肝癌的研究主要在临床有效性方面,阐述其有效机制的研究尚少,进一步深入研究须说明为什么联合中药会有较好的效果,这一点须要借助分子生物学等技术手段来寻找中药疗效的效应物质基础及作用靶标,这也是今后中药临床有效性的重点研究方向。
中药联合手术治疗肝癌的研究 目前肝癌治疗普遍采用的根治性治疗方式为手术切除和肝移植,约30%~40%患者采用此法,肝移植的总体疗效优于手术切除治疗。 现阶段肝移植治疗肝癌的最佳适应证仍为米兰标准,但由于移植器官不足,对移植适应证的扩大应慎之又慎,术后的复发和转移是影响疗效的主要因素。通过使用药物预防或延迟肿瘤的复发,针对肿瘤生物发生途径中的关键分子进行靶向治疗也可使肝癌治疗发展日趋完善[16]。中药联合手术治疗肝癌为有效的治疗方式,如陈立武等[17]通过观察中药全身治疗与手术相结合的协同作用,将60例患者随机分为2组,中西医结合治疗组(30例)在手术前1周开始复方中药治疗并于术后续行中药治疗,对照组(30例)只作单纯手术治疗,比较2组的疗效、生存率及并发症。结果发现治疗组与对照组相比,24、36 个月生存率有显著差异(P<)。
提示在肝癌围手术期中应用复方中药可减少并发症,提高手术疗效及累计生存率。
中药复方联合手术治疗肝癌的研究更多集中在对症候的改善、生存率的影响、并发症的减少等方面,存在的问题有:相关临床资料的样本数较少;
症候学改善等尚未建立统一的评价体系;未能深入分析其疗效的生物学机制等。进一步的研究须要扩大样本数量,建立症候学统一客观化评价体系,同时深入研究其疗效改善的机制,才能增强中药联合手术治疗肝癌的可信度和说服力。
中药介入治疗肝癌的研究 中晚期肝癌患者常因伴有明显的器质性和功能性改变,难以进行手术治疗。肝癌介入治疗作为中晚期肝癌患者可选择的重要方法,能够延长患者生存期,改善生活质量。
存在的问题为化疗介入药物多可造成肝功能不同程度的损害,介入药物的不良反应又严重影响中远期的疗效。因此介入治疗中如何减少肝功能损害是治疗的重点。通过大量临床实践,目前已筛选出许多具有抗肿瘤作用的中药及其有效成分,与肝动脉化疗栓塞介入疗法结合进行研究,为肝癌的介入治疗提供了新的方法和手段。
李琦等[18]进行了去甲素微球介入治疗大鼠肝癌的有关研究,结果显示此疗法对大鼠肝癌有较好治疗作用,其作用机制与栓塞肿瘤微血管,缓慢释放去甲素,诱导肿瘤细胞凋亡和下调肝肿瘤细胞Ki-67的表达,从而抑制肿瘤细胞增殖相关。
冯敢生等[19]将白及用于肝动脉栓塞治疗肝癌,并与明胶海绵对照。结果表明,白及具有强大的栓塞作用,侧枝循环形成均在6个月以上,介入治疗间隔时间长,肿瘤坏死、缩小率及1、2、3 年生存率均优于明胶海绵。陈武进等[20]研究认为,采用酸钠联合常规化疗药物介入治疗中晚期肝癌患者可明显降低甲胎蛋白,提高疗效,同时减轻化疗药物对骨髓的抑制。以上研究表明,中药介入治疗具有增强免疫、抗炎、抗病毒和促进黏膜修复等作用,对肝功能无明显损害,无骨髓抑制,并有升高白细胞等作用。这些优点使中药可能部分或完全取代西药,成为肝癌介入治疗较理想的栓塞剂。
中药在肝癌的介入治疗中具有独特优势。中药介入治疗能减轻不良反应,使患者生存期延长,生存质量提高,而且中药资源丰富,经济合理,有利于减轻治疗负担。目前存在的问题是,中药的介入治疗总体上发展仍不够成熟。进一步的研究可从规范治疗方案,合理选择介入治疗药物,建立严格的疗效评价标准,研发抗癌中药新制剂和新剂型等方面进行。
其他中药治疗肝癌的研究 中药用于肝癌的治疗方法除口服和介入注射外,还有许多新的途径可用于肝癌及其并发症的治疗。中药穴位注射治疗肝癌也被证明有明确的临床疗效,如胡军和瞿晓东[21]每天1~2次以丹参注射液、柴胡注射液或黄芪注射液进行双侧足三里、阳陵泉、曲池及内关注射。内关穴1 ml,其他穴位2~4 ml,4穴位交替进行,能够明显缓解晚期肝癌疼痛。中药瘤体内注射也可用于晚期肝癌的治疗,如涂小煌和戴西湖[22]曾应用超声引导下瘤体内注射去甲素治疗中晚期原发性肝癌,取得较好疗效。
中药治疗肝癌的方法较多,形式多样,从方法学的角度讲,有着更大的研究价值和意义。目前的研究须要注意如何更好地将这些方法进行合理的推广应用,同时临床疗效的观察还须进行严谨的实验设计,以增强中药治疗肝癌的有效性和可信度。
对于中药治疗肝癌的深入研究,须要更细化更严谨的文献研究为治法用方提供更有说服力的理论支持。在此基础上,借助分子生物学等技术手段,运用网络药理学等研究方法,从多学科交叉研究中药治疗肝癌的有效性出发,探寻中药疗效可能的效应物质基础及作用靶标,对单味中药及复方治疗肝癌的综合生物学效应进行整体观察和分析,进一步合理选择治疗药物,规范治疗方案,建立严格的疗效评价标准,深入研发抗癌中药制剂和剂型,充分发挥中药治疗肝癌的优势.
PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。下面是我整理的关于pcr技术论文,希望你能从中得到感悟!
技术的研究进展
摘要 PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。因其高强的特异性和灵敏度以及检测速度快、准确性好等优点,已被广泛地应用于水产、微生物检测等许多领域。该文从PCR技术的原理及应用方面进行了综述,并对其发展做出了展望。
关键词 PCR技术;研究进展;应用
中图分类号 Q819 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)10-0047-02
PCR(polymerase chain reaction,PCR)即聚合酶链式反应,它是一种体外酶促合成,扩增特定DNA片段的方法。1985年,美国Karray等学者首创了PCR技术,并由美国Cetus公司开发研制[1]。随着科学技术的发展和突破,PCR技术已在多个领域得到广泛地应用,如微生物检测、兽医学、水产养殖等方面。由于该技术具有较强的灵敏度、准确度和特异性,又能快速进行检测,因而其应用领域也在不断延伸[2-3]。随着PCR技术的不断发展,在常规PCR技术的基础上又衍生出了许多技术,如多重PCR(mutiplex PCR)技术[4]、实时荧光定量PCR(real-time fluorescent quantitative PCR,FQ-PCR)技术[5]、单分子PCR技术[6]。
1 PCR技术原理
PCR技术是根据待扩增的已知DNA片段序列、人工合成与该DNA 2条链末端互补的2段寡核苷酸引物,在体外将待检DNA序列(模板)在酶促作用下进行扩增。PCR的整个技术过程经若干个循环组成,一个循环包括连续的3个步骤:第1步是高温条件下的DNA模板变性,即模板DNA在93~94 ℃的条件下变性解链;第2步是退火,即人工合成的2个寡核苷酸引物与模板DNA链3’端经降温至55 ℃退火;第3步是延伸,即在4种dNTP底物同时存在的情况下,借助TaqDNA聚合酶的作用,引物链将沿着5’-3’方向延伸与模板互补的新链[7]。经过这个循环后,合成了新链,可将其作为DNA模板继续反应,由此循环进行。循环进程中,扩增产物的量以指数级方式增加,一般单一拷贝的基因循环25~30次,DNA可扩增l00万~200万倍[1]。PCR反应的步骤很简单,但是具体的操作是复杂的,如退火温度的确定、延伸时间的长短以及循环数等。因此,不同的反应体系应该确定适当的反应条件,以避免假阴性或假阳性等情况的产生。
2 PCR技术的分类
在传统PCR技术的基础上,根据人们的需要以及各个领域的应用要求,又衍生出很多种类的PCR技术。新技术在各领域广泛应用并逐渐改进,为进一步的研究提供了基础。
实时荧光定量PCR技术
1996年,学者经过研究,在传统PCR技术的基础上,首创了实时荧光定量PCR技术,新技术已经应用至医学领域、分子生物学和其他基础研究领域。实时荧光定量PCR技术基于传统技术的优势,还具有实时性、准确性、无污染,实现了自动化操作和多重反应,是PCR技术研究史上从定性到定量的飞跃[8]。
荧光定量PCR技术最大的特点是能将荧光基团加入到PCR反应体系中,借助于荧光信号,累积实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析[9]。实时监测这一特点是常规PCR技术所不具有的,因为其对扩增反应不能进行随时的检测。常规PCR技术的扩增终产物需要在凝胶电泳等条件下才能进行,无法对起始模板进行准确的定量,而荧光定量PCR技术的反应进程可以根据荧光信号的变化做出准确的判断[10-11]。一个PCR循环反应结束之后,定量PCR仪可以收集1个荧光强度信号,荧光信号强度的变化可以反映产物量的变化情况,这样就可以得到1条荧光扩增曲线[12]。荧光信号在指数扩增阶段,PCR产物荧光信号的对数值与起始模板量之间存在线性对应关系,然后进行定量分析[13]。
多重PCR技术
多重PCR(mutiplex PCR)技术是PCR技术的一种,为同一管中加入多对特异性引物,与PCR管内的多个模板反应,在一个PCR管中同时检测多个目标DNA分子。多重PCR技术可以扩增一个物种的一个片段,也可以同时扩增多个物种的不同片段[14]。
在同一反应体系中,多重PCR技术进行多个位点的特异性扩增时,引物间的配对、引物间的竞争性扩增等会对扩增效果产生重要影响。一方面,如果能选择适宜的反应体系和反应条件,可极大地提高多重PCR的扩增效果[15]。主要包括退火温度、退火及延伸时间、PCR缓冲液成分、dNTP的用量、引物及模板的量等。另一方面,DNA的抽提质量也影响多重PCR扩增效率,如DNA抽提不干净或降解都将影响PCR扩增效果[16]。
单分子PCR技术(SM-PCR)
单分子PCR技术是在传统PCR技术的基础上发展的,基本循环过程相同,但在反应条件、模板数量、DNA 聚合酶选择、引物设计方面具有不同点。该技术是以少量或单个DNA分子为模板进行的PCR[17]。
单分子PCR技术反应中,DNA 模板浓度极低,这就要求模板有较高的质量。因为这是试验成败的决定性因素。在设计引物时,应该严格控制GC的含量和Tm值,同时尽量避免引物间存在可配对序列。在反应混合物模板数极低的情况下,若引物之间存在少量配对序列,扩增时极易形成二聚体,使反应无法进行,得不到所需要的产物[18]。由于单分子PCR技术反应的变性温度(96~98 ℃)大多比常规PCR技术(94 ℃)略高,因而对DNA 聚合酶热稳定性的要求也更加严格,需要有较好的热稳定性,以防止温度过高而使其失活。其变性时间(5~15 s)、退火时间及延伸时间也短于常规PCR技术[17]。
3 PCR技术的应用
PCR技术在水产上的应用
基因表达是检测某个基因在不同发育期或不同组织中的表达量变化,或受到某种试验处理过程中的影响而出现表达量变化的情况。有学者应用real-time PCR技术研究碳水化合物含量对翘嘴红鲴糖代谢酶G6Pase、GK以及PEPCK表达量的影响[19-21],研究结果可为翘嘴红鲴饲料配方中的最合适糖含量提供理论依据。孙淑娜等[22]研究叶酸拮抗剂对斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2表达的影响,表明叶酸拮抗剂对早期胚胎的心脏发育影响较大,可导致斑马鱼心脏发育延迟及心脏形态异常,并下调斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2的表达,这可能是叶酸生物学活性受抑后导致心脏发育异常的机制之一。Sawyer et al[23]以斑马鱼的未受精卵、胚胎、仔鱼和成鱼为研究材料,采用实时荧光定量PCR技术,检测了P450aromA和P450aromB在不同组织的表达量,表明在各组织中均有2种基因的表达,但表达量显著不同,呈现组织特异性。
PCR技术在微生物检测上的应用
1990年,Bej et al[24]在利用多重PCR的方法检测了Leg-ionella类菌种和大肠类细菌,其结果是通过点对点方法固定的多聚dT尾捕捉探针和生物素标记的扩增DNA进行杂交来检测的。张志东等检测口蹄疫病毒(FMDV)持续性感染的带毒动物,表明实时荧光定量PCR技术具有快速检测、准确、客观等优势,较优于传统的检测方法[25-26]。Metzger-Boddien et al[27]对PCR-ELISA的方法进行了评价,结果显示,样品中沙门氏菌的检出率可以达到98%。
4 展望
传统PCR技术以及衍生出来的新型PCR技术自面世以来,已被广泛应用到生命科学的各个领域。随着技术方法的不断改进与完善,荧光定量PCR技术将会逐渐完善并广泛应用。多重PCR技术在食品病原微生物、非致病微生物及环境微生物检测中具有重要作用;未来的研究主要集中在去除食品抑制因子干扰、改进样品前处理技术等方面,其次是整合应用多重PCR与其他技术,必将在未来食品微生物检测中有非常好的应用前景。
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[27] METZGER-BODDIEN C,BOSTEL A,KEHLE for analysis of food samples[J].J Food Prot,2004,67(8):1585-1590.
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分子生物技术在微生物降解环境 污染物中的应用 [摘要〕介绍了与环境微生物关键降解酶基因的筛选、克隆及应用相关的分r生物技术,包括聚合酶链式反应技 术、基因重组技术、荧光原位杂交技术和生物信息学等技术,并对这些技术在污染物降解基因检测、筛选和克隆方 面的应用进行了阐述与探讨、 [关键词]分子生物技术;微生物;基因;环境污染物;降解 随着现代j:\地技术的发展,多环芳烃、含氯有 机物和硝基苯类化合物等人工合成井难以降解的 污染物大量排放,造成世界范围内的环境污染和生 态破坏,严重地威胁人类和其他生物的正常生存和 发展。利用微生物修复技术对受污染的水体及土 壤进行处理,凸显了其重要的意义和可行性。研究 人员发现并筛选到一些微生物,它们不仅对环境有 较高的适应性、对污染物有较高的耐受性,而且对 污染物有较强的降解效率和专一性。然而环境中 存在的大量微生物中仅有少于1%可通过传统的培 养方法进行培养、分离和纯化,绝大多数细菌需要 非常严格的营养条件川。因此,为了对修复环境有 所贡献却难以培养的微生物进行更全面了解,也为 了筛选到更多有利于降解环境污染物的微生物菌 种及其关键酶基因,分子生物技术和手段逐渐被广 泛应用到环境可降解污染物及降解机理方面的研 究中。 本文对近年来发展起来的聚合酶链式反应 (PCR)技术、基因重组技术、荧光原位杂交(FISH) 技术和生物信息学等多种分子生物技术进行了介 绍,并总结了它们在污染物降解基因检测、筛选和 克隆方面的应用。 1与环境污染物降解相关的分子生 物技术 及其相关技术 PCR是一种利用脱氧核糖核酸(DNA)半保留 复制原理,在体外扩增位于两段已知序列之间的 DNA区段从而得到大量拷贝的分子生物技术。根 据其模板、引物来源或扩增条件的不同,PcR技术 可分为以下几种:(l)反转录pCR(RT一PeR)技 术,将mRNA反转录为cDNA后再对其进行PCR 扩增,可用来构建cDNA文库,分析不同生长时期 的mRNA表达状况和相关性以及mRNA的定量测 定等;(2)巢式PCR技术,在扩增大片段目的DNA 时,先用非特意性引物扩增再用特意性引物对第一 次扩增产物进行第二次扩增,以获得可供分析的 DNA;(3)竞争PCR技术,是一种定量PCR,向PCR 反应体系中加人人工构建的带有突变的竞争模板, 通过控制竞争模板的浓度来确定目的模板的浓度, 对目的模板作定量研究;(4)实时荧光定量PCR技 术,在PCR反应体系中加人荧光基团,利用荧光信 号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线 对未知模板进行定量分析,该法已广泛用于基因表 达研究、转基因研究等方面;(5)扩增的rDNA限制 酶切分析技术,根据原核生物rDNA序列的保守性, 将扩增的rDNA片段进行酶切,通过酶切图谱来分 析菌间的多样性;(6)RNA随机引导PCR技术,基 于任意寡核昔酸引物与RNA之间可能的配对,在 低严谨度条件下经聚合酶催化使链延伸,将细胞总 RNA或InRNA作为反转录反应的模板,此技术结 合单链构象多态性,用非变性胶分辨大小相同而构 象不同的片段,可用于诊断遗传突变及分析污染条 件下序列的多态性;(7)随机扩增多态DNA (RAPD)技术,是一种基于PCR检测PCR引物结合 位点序列改变的方法,通常以10bp的寡核昔酸序 列为引物,对基因组DNA随机扩增,电泳分离染色 扩‘增产物,再分析多态性。 技术 FISH技术利用荧光标记的探针在细胞内与特 异的互补核酸序列杂交,通过激发杂交探针的荧光 来检测信号。荧光探针比放射性探针更安全,具有 较好的分辨力,不需要额外的检测步骤。近年来, 由于FISH技术具有灵敏、便捷等优点,迅速发展完 善成为研究环境微生物的有力工具。此外,可用不 同激发和散射波长的荧光染料标记探针,在一步反 应中同时检测几个靶序列。该技术主要包括试样 固定、预处理、预杂交、探针和试样变性、杂交、漂洗 去除未结合的探针、检测杂交信号等步骤。由于 165rRNA具有遗传稳定性,因此成为FISH技术检 测最常用的靶序列。 基因重组技术 基因重组技术是从供体生物的基因组中通过 酶切扩增等手段获取目的基因,与载体连接形成重 组DNA分子,再导入到受体细胞中,让外源基因得 以表达。在已经分离出的许多菌株中,与降解能力 有关的基因多在质粒体上。由于质粒很容易在细 菌的繁殖过程中遗失,对细菌降解能力的长期稳定 非常不利,可将其与污染物降解有关的酶基因重组 到大肠杆菌等微生物中进行表达,以此构建的各种 生物降解特性增强的重组菌可用于污染环境的治 理修复或发酵某些废弃物。 生物信息学 20世纪后期,生物学的迅猛发展,从数量上和 质量上极大地丰富了基因组数据库、蛋白质数据 库、酶数据库和文献数据库等许多生物科学的数据 资源。已有多个国家和国际科研组织建立了生物 信息数据库,如欧洲分子生物学实验室(Eur叩ean MolecularBiologyLaboratory)核酸序列数据库和美 国国家生物技术情报中心(Nationaleente:fo:Bio- technologyInformation,NCBI)基因序列数据库等。 科学家利用计算机及生物信息分析软件分析这些 数据资源,确定大分子序列、结构、表达模式和生化 途径与生物数据之间的关系,区分生物个体间遗传 差异,揭示DNA多样性。例如,基本局部比对搜索 工具(BasieLoealAlignmentSearehTool,BLAST), 是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似 性比较的分析工具。它基于Altschul等的方法「2〕, 在序列数据库中对查询序列进行同源性比对工作。 BLAST程序可对一条或多条、任何数量、任何形式的 序列在一个或多个核酸或蛋白序列库中进行比对,甚 至将有缺口的比对序列也考虑在内,利用比较结果中 的得分对序列进行相似性说明。基因的序列分析可 揭示出生物物种之间的关系,在污染治理研究中可用 于生物基因组特殊区域或特异基因的测序。 2分子生物技术在环境污染物降解 中的应用 土壤试样总DNA的提取 用适当方法直接从土壤中提取DNA并纯化, 是从分子生物学角度对土壤微生物进行研究的前 提条件,而后可进行酶切、PCR扩增、核酸分子杂交 等分子生物学技术操作。从土壤中提取微生物 DNA主要分为汽接法和间接法}’{。直接法是在 ogram等的方法基础卜发展起来的,其主要包括2 个步骤:(l)原位细胞裂解;(2)DNA提取和纯化。 直接法提取的DNA超过细菌总DNA的60%且省 力,但提取的DNA常常有折断、腐殖酸污染、甚至 提取物中还夹杂有未知的胞外DNA和真核生物的 DNA。最先报道间接法的是Faegri等[‘〕,其主要包 括4个步骤:(l)分散土壤;(2)分离细胞与土壤; (3)细胞裂解;(4)DNA纯化。间接法提取DNA 产量低且费力,但纯度较高、DNA损伤小,提取的 大片段DNA可用来构建cos而d和细菌人工染色体 文库等。 采用PCR及相关技术扩增分析DNA片段 可降解污染物的微生物必然能产生分解代谢 该污染物的酶。selvaratnam等L’l用编码苯酚单加 氧酶dmpN摹因的RT一PCR技术来检测序列间歇 式活性污泥反应器‘{一,降解酚的假单胞菌。检测结 果表明,RT一PCR技术不仅能检测微生物降解酚的 能力,还能测量dmpN基因的转录水平,从而确定假 单胞菌特殊的分解活性,发现了在转录水平下,酚 浓度与通气时间之问存在正相关关系。 将PCR技术和变性梯度凝胶电泳(DGGE)结 合起来,在变性条件适当的情况下能分辨一个碱基 对,分辨率较高。染色后的凝胶用成像系统进行分 析,可在一定程度l几反应试样的复杂性。条带的多 少能反应试样「 一 }1微生物组成的差异,条带的亮度能 反应试样中微生物的多少。基于以上优点,日前该 技术在微生物群落结构的分析和动态研究方面得 到了厂‘泛应用。DGGE可通过分析PCR扩增的基 因点突变来探索微生物的复杂性。徐玉泉等[“〕从 某废水中分离出一株能以苯酚为惟一碳源的菌株 PHEA一2,使用PCR一DGGE技术对该菌165 rDNA进行分析,发现该菌与醋酸钙不动杆菌同源。 M盯sh等r了)利用PcR一DGGE技术获得了活性污泥 中真核微生物的种群变化情况。王峰等下8〕采用 PCR一DGGE技术对城市污水化学生物絮凝处理中 活性污泥和生物膜微生物种群结构进行了分析,结 果表明活性污泥培养前后微生物种群结构发生r 很大改变。 RAPD技术也是一种应用比较广泛的以多态性 引物来扩增某些片段的技术。RAPD技术可用于检 测含有混合微生物种群的各种微生物反应器中微 生物的多样性。用RAPD技术分析检测实验室规 模的油脂淤泥培养料中的细菌菌群发现,用油脂淤 泥改良过的培养料比未改良的更适于不同的微生 物种群生长[9j。vainio等t’。〕从516种孤立的菌落 中提取出165rDNA,经PCR扩增后进行测序,检测 活性污泥中微生物种群的结构。这些组合技术的 应用显著增强r对微生物的检测和鉴定能力,为理 论研究工艺优化及提高生物处理效率提供了条件。 基因重组 基因工程技术应用于环境保护起始于20世纪 80年代。其基本原理是通过基因分离和重组技术, 将目的基因片段,比如可编码降解某种污染物的 酶,转移到受体生物细胞中并表达,使受体生物具 有该目的基因表达显现的特殊性状,从而达到治理 污染的目的。找到特定污染的抗性基因,利用基因 重组技术转基因后也可获得其他抗性植株以及筛 选到可转化污染物的植物,还可开发超量积累植物 进行污染土壤的生物修复。 罗如新等L”〕用放射性同位素标记tfdc基因片 段作探针,Southemblot杂交定位Ll菌株的邻苯二 酚1,2一双加氧酶基因位于Pstl的I片段和BamH I的M、N片段,回收并将其直接克隆至表达载体 pKT230卜,获得的重组子能转化不具开环酶活性 的甲胺磷降解菌P2,得到高于天然宿主21倍的邻 苯二酚1,2一双加氧酶。stingley等{”〕通过构建基 因文库和重组质粒等基因工程方法证实了NidAB 双加氧酶是降解菲的关键酶类,并首次鉴定出此基 因通过磷苯二甲酸实现降解功能。chae等‘”}发现 不能降解苯酚的su如lobusso扣taricu、98/2菌株中 的儿茶酚2,3一双加氧酶基因与能降解苯酚的 sulfolo右u,,o如taricu、咫有[6J源区,分析得知它们 是山共同祖先进化而来。把儿茶酚2,3一双加氧酶 基因克隆到大肠杆菌中表达,可获得有较高降解活 性的双加氧酶。 重金属污染是环境污染的重要方面之一。随 着分子生物学技术的发展,越来越多的修复性蛋白 基因正被从植物、微生物和动物中陆续分离出来, 如汞离子还原酶基因、有机汞裂解酶基因、汞转运 蛋自基因、金属硫蛋白基因、植物络合素合成酶基 因、铁离子还原酶基因和锌转运蛋白基因L’‘〕。这些 基因通过基因工程的改造,重组到合适的受休细胞 中表达相应的蛋白质和酶,达到治理难以降解的有 毒有害污染物的目的。sorsa等〔”〕把MTS插人 LamB序列的153位点,在中表达MTs,解决 r细胞内MTs对金属离子有限的吸附能力。综L 所述,基因重组技术具有快速、高效的特性,已逐渐 成为环境生物技术的研究热点。 技术 FISH技术利用核糖体内长度适中(约1500bp)、 高度保守的165:RNA序列作为理想的基因分类靶 序列,其中使用的165:RNA寡核普酸探针一般是 进行了荧光标记的20bp左右特异性核昔酸片段, 利用该报告分子(如生物素、地高辛)与荧光素标记 的特异亲和素之间的免疫化学反应,经荧光检测系 统对待测DNA进行定性、定量或相对定位分析。 FISH技术能提供处理过程中微生物的数量、空间分 布和原位生理学等信息。 硝化细菌是一类生理上非常特殊的化能自氧 菌,传统的研究方法要经过富集、分离、分类和鉴定 步骤,耗时长。HSH技术的引人解决了上述困难。 FlsH技术还被广泛用于活性污泥系统、硝化流化床 反应器和膜生物反应器等废水处理系统}’61。 基因工程微生物越来越多地被用于农业害虫 控制和环境污染的生物修复,对人类健康和环境的 影响引起广泛关注。1994年出现了一种新的标记 系统:绿色荧光蛋白(GFP),由于GFP基因表达产 物对细胞没有毒害作用,且由GFP产生的荧光标记 检测卜分方便、简单。在某些被污染的环境中可分 离出降解该污染物的细菌,通过基因重组等手段使 用GFP分子标记,可更容易的分离检测被标记的 细胞叫。 Bastes等[’8]进行了苯酚降解菌染色体GFP基 因标记实验。通过PCR和Southemblot分析,证明 GFP基因已成功整合到宿主细胞的染色体中。对 标记菌与野生型的降解能力比较结果证明,GFP分 子标记的插人并不影响细胞的苯酚降解能力。 用G即标记Pseudomonasputida,研究活性淤 泥中细菌存活情况{’9飞。Pseudomonasputida被转到 活性淤泥2min后,观察到细胞在淤泥絮凝物间自 由游动;培养3d后,发现荧光细胞减少,大部分已 被合并到淤泥絮凝物中,以防止细菌被原生动物捕 食。用oFP标记石.eozi和Serraliamarceseern,考 察菌株附到絮凝物卜的过程{’()j。使用表面荧光显 微镜能将带有GFP标记的细胞从活性污泥中区分 开,井进行观察和记数。而聚焦激光扫描显微镜 (cLsM)可使GFP标记细菌产生三维轮廓,结合表 面荧光显微镜和CLSM观察GFP标记细胞,结果表 明,细胞表面疏水性在细菌附到絮凝物的过程中起 重要作用,两种细菌附在絮凝物上的模式有很大不 同,通过这种方法可更好地理解细菌赫附机理,有 助于提高废水处理效果。 3结语 分子生物技术的应用使研究人员可从微观的 角度更细致深人地了解微生物对污染物降解的具 体生理生化机制,在分子水平 _ _ [揭示生物体吸收、 迁移、积累有害物质最终被毒害,及适应、抗性等生 态问题,从而筛选到更多有利用价值的微生物。随 着越来越多微生物全部基因序列的解码,对各种细 菌体内可降解基因的分布和表达会有更深人的了 解,有关技术的发展和成熟必将对污染物的降解过 程有一个整体的、生态水平上的认识。 参考文献 l李凤,刘世贵 . 分子生物学技术在环境微生物研究中的 应用 . 世界科技研究与发展,2003,25(4):88一92 2AltsehulSF,GishW,MillerW, mentsearehtool . JMolBiol,1990,215(3):403一410 3魏志琴,曾秀敏,宋培勇 . 土壤微生物DNA提取方法研 究进展 . 遵义师范学院学报,2006,8(4):53一56 4FaegriA,TorsvikVL,]andfunga] aetivitiesin5011:seParationofbacteriaandfungibyaraPid fraetionatedeentrifugationteehnique5011BiolBioehem, 1977,9(2):105一112 5SelvaratnamS,SehoedelBA,MeFarlandBL,etal APPlieationofreversetranseriPtasePCRformonitoring exPressionoftheeataboliedmPNgeneinaPhenol- degradingsequencingbatehreaetor . APPIEnviron Microbiol,1995,61(11):3981一3985 6徐玉泉,张维,陈明等 . 一株苯酚降解菌的分离和鉴 定 . 环境科学学报,2000,20(4):450一455 7MarshTL,LiuWT,ForneyLJ . Beginningamoleeular analysisoftheeukiU洲aleollllllunityinaetivatedsludge. WaterSeiTechnol,1998,37(4一5):455一460 8王峰,傅以钢,夏四清等.PCR一DGGE技术在城市污 水化学生物絮凝处理中的特点 . 环境科学,2004,25 (6):74一79 9涂书新,韦朝阳 . 我国生物修复技术的现状与展望 . 地 理科学进展,2004,23(6):20一31 10VainioEJ,MoilanenA,KoivulaTT,etal . ComParison ofpartial165rRNAgenesequeneesobtainedfromactiva- tedsludgebaeteria . APPIMierobiolBioteehnol,1997,48 (l):73一79 11罗如新,张素琴,李顺鹏 . 邻苯二酚1,2一双加氧酶
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I THINK IT IS GOOD. AND IT IS BETTER. PCR技术王霄鹏 推荐:栗瑞丰摘要:PCR是分子生物学的关键技术,又是常规技术。它的出现极大地推动了分子生物学的发展,旋即被迅速推广并应用到生命科学的各个领域。关键词:PCR、发展简史、基本原理、基本操作、主要应用 聚合酶链式反应(polymerase chain reaction , PCR)是体外扩增DNA序列的技术。它与分子克隆和DNA序列分析方法几乎构成了整个分子生物学实验工作的基础。在这三种技术中,PCR方法理论上出现最早,实践中应用也最广泛。PCR技术使对微量的核酸(DNA或RNA)操作变得简单易行,同时还可以使核酸研究脱离活体生物。PCR技术的发明是分子生物学的一项革命,它极大地推动了分子生物学以及生物技术产业的发展。 PCR技术发展简史 人类对于核酸的研究已经有100多年的历史。20世纪60年代末70年代初,人们致力于研究基因的体外分离技术。但是,由于核酸的含量较少,一定程度上限制了DNA的体外操作。Khorana于1971年最早提出核酸体外扩增的设想。但是,当时的基因序列分析方法尚未成熟,对热具有较强稳定性的DNA聚合酶还未发现,寡核苷酸引物的合成仍处在手工、半自动合成阶段,这种想法似乎没有任何实际意义。 1985年,美国科学家Kary Mullis在高速公路的启发下,经过两年的努力,发明了PCR技术,并在Science杂志上发表了关于PCR技术的第一篇学术论文。从此,PCR技术得到了生命科学界的普遍认同,Kary Mullis也因此而获得1993年的诺贝尔化学奖。但是,最初的PCR技术相当不成熟,在当时是一种操作复杂、成本高昂、“中看不中用”的实验室技术。1988年初,Keohanog通过对所使用的酶的改进,提高了扩增的真实性。尔后,Saiki等人又从生活在温泉中的水生嗜热杆菌内提取到一种耐热的DNA聚合酶,使得PCR技术的扩增效率大大提高。也正是由于此酶的发现使得PCR技术得到了广泛地应用,使该技术成为遗传与分子生物学 分析的根本性基石。在以后的几十年里,PCR方法被不断改进:它从一种定性的分析方法发展到定量测定;从原先只能扩增几个kb的基因到目前已能扩增长达几十个kb的DNA片段。到目前为止,PCR技术已有十几种之多,例如,将PCR与反转录酶结合,成为反转录PCR,将PCR与抗体等相结合就成为免疫PCR等。 PCR技术的基本原理和操作1. PCR的基本原理PCR的基本工作原理就是以拟扩增的DNA分子为模板,以一对分别与模板互补的寡核苷酸片段为引物,在DNA聚合酶的作用下,按照半保留复制的机理沿着模板链延伸直至完成新的DNA合成。通过不断重复这一过程,可以使目的DNA片段得到扩增。另一方面,新合成的DNA片段也可以作为模板,因而PCR技术可使DNA的合成量呈指数型增长。2. PCR的基本成分PCR包括7种基本成分:模板DNA、特异性引物、热稳定DNA聚合酶、脱氧核苷三磷酸(dNTP)、二价阳离子、缓冲液及一价阳离子。模板DNA:包括基因组DNA、质粒DNA、噬菌体DNA、预先扩增的DNA、cDNA和mRNA分子等几乎所有形式的DNA和RNA都能成为PCR技术反应的模板。除此之外,PCR反应还可以直接以细胞为模板。特异性引物:是一段与模板DNA链结合的寡核苷酸片段,对于DNA的扩增起到引发的作用。热稳定DNA聚合酶:这是PCR技术实现自动化的关键。热稳定DNA聚合酶是从两类微生物中分离的:一类是嗜热和高度嗜热的真细菌,另一类是嗜热古细菌。现在又出现了一种兼顾了几种DNA聚合酶特点的混合型酶。脱氧核苷三磷酸(dNTP):是DNA合成的原料,包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。二价阳离子:常用到Zn2+和Mg2+,作为构成热稳定性DNA聚合酶的成分之一。缓冲液:一般使用Tris-Cl缓冲液,标准的为10mmol/L,并将其调节到之间。一价阳离子:一般使用50mmol/L的KCl溶液,有利于改善扩增的产物质量。PCR的基本操作PCR是一种级联反复循环的DNA合成反应过程。PCR技术的基本反应由三个步骤组成:1. 变性:通过加热使模板DNA完全变性成为单链,同时引物自身和引物之间存在的局部双链也得以消除;2. 退火:将温度下降至适宜温度,使引物与模板DNA退火结合;3. 延伸:将温度升高,热稳定DNA聚合酶以dNTP为底物催化合成DNA链延伸。以上三部为一个循环,新合成的DNA分子又可以作为下一轮合成的模板,经多次循环后即可达到扩增DNA片段的目的。 PCR的主要应用最初建立PCR是为了扩增已知序列的靶基因。因为在PCR方法问世以前,要获得一个靶基因,必须建立基因文件库,然后从成千上万的菌落中通过Southern blot 杂交筛选含有靶基因的克隆。这样既费时又费钱,特别是在克隆真核生物基因时难度更大。自从建立了PCR方法以后,使克隆已知序列的基因变得非常容易。为了适应分子生物学的快速发展,PCR方法也得到了不断发展,现在PCR已应用到生命科学的各个领域。1. 基础研究方面的应用目前从事分子生物学的实验室和研究人员,几乎每天都在使用PCR,可以说几乎没有一个分子生物学家没有使用过PCR。因此,PCR与分子克隆一样是分子生物学实验室的常规方法,可用于达到以下目的:l 扩增目的基因和鉴定重组子;l 克隆基因;l 基因功能和表达调控的研究;l 基因组测序;l 制备单链模板;l 致突变;2. PCR在临床上的应用l 在遗传学上的应用:人类的遗传性疾病是因为某一碱基序列发生了突变,使之缺失或形成某一限制性内切酶的识别位点,通过PCR结合限制片段长度多态性分析(PCR-RFLP),就可以从基因的水平对遗传性疾病进行分析。例如,血友病甲是一种常见的遗传性出血性疾病,患者体内缺乏凝血因子FVIII这是由于基因第14个外显子的第336位氨基酸的编码基因发生了突变,产生了一个新的PstI酶切点,因此可以使用PCR-RFLP对血友病进行诊断。PCR还可以用来检测遗传性耳聋和Leber遗传性视神经病。l 在肿瘤研究中的应用:PCR已日益广泛应用于肿瘤的病因与发病机理研究以及肿瘤诊断与治疗的研究中。例如,差异显示PCR技术能针对不同肿瘤寻找其特异而敏感的标志物,并用于肿瘤早期诊断、判断预后及疗效评估。另一方面,在使用普通放疗、化疗的同时可结合定量PCR技术检测微小残留病灶,以进一步改进治疗方案。此外,由于癌症的发生在一定意义上是单个细胞分子发生变化,因而可以使用单细胞PCR技术对癌症的发病机理进行研究。l 检测病原体l 在基因分型中的应用:当进行器官移植时并须先组织配型工作,此时常应用序列特异性寡核苷酸多态性PCR(PCR-sequence specific oilgonucleotide polymorphism,PCR-SSOP)对人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)进行分型,使移植成功率大大提高。此外PCR-限制性片段长度多态性也可以用于对HLA的分型。3. 在法医学中的应用例如:最早应用DNA限制性片段长度多态性结合PCR-RFLP来进行法医学个体识别和亲子鉴定。目前发现在真核生物基因组编码和非编码序列中的短串联重复序列的重复次数在个体间存在着差异,因此可以使用短串联重复PCR技术对其进行分析。使用PCR技术进行法医鉴定的优点是样品用量小并且适于对高度降解材料的检测。除刚才提到的之外,可变数目串联重复序列(variable number tandem repeat,VN-TR)PCR也可以用于法医学个体识别和亲子鉴定。所以,综上所述,PCR的确是一种分子生物学研究的基础技术。在它30多年的发展中衍生出了诸如PCR-RFLP、PCR-SSOP、VN-TR,以及免疫PCR、致突变PCR和定量PCR等十几种不同的技术方法。PCR技术可以为基因工程提供目的基因,并广泛地应用于个体识别、亲子鉴定、免疫配型、疾病诊断等方面。可以说,PCR已经渗透到了生命科学的各个领域。21世纪是生物工程的世纪。我相信,在今后的发展中PCR技术会不断地得到扩充和完善,PCR技术也将发挥着越来越重要的作用。参考书目:黄留玉,PCR最新技术原理、方法及应用,北京,化学工业出版社,现代生物技术与医药科技出版中心,2005年
可以对你们城市的工厂周围的植物进行调查啊
21世纪海洋生物技术发展展望摘 要 本文根据近期的文献资料,分析研究了目前国际海洋生物技术研究发展特点。重点领域及最新研究进展,展望对世纪海洋生物技术研究的发展趋势,并就我国海洋生物技术发展提出相应的建说。关键词 海洋生物技术 发展展望 近10年来,由于海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位日益突出,以及人类对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特征的认识不断深入,海洋生物资源多层面的开发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。1989年首届国际海洋生物技术大会(以下简称MPS大会)在日本召开时仅有几十人参加,而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。现在IMBC会议已成为全球海洋生物技术发展的重要标志,出现了火红的局面。《IMBC 2000》在澳大利亚刚刚开过,《IMBC 2003》的筹备工作在日本已经开始,以色列为了举办们《IMBC 2006》早早作了宣传,并争到了举办权。每3年一届的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研究成果,探讨新的研究发展方向,同时也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲,先后成立了区域性学术交流组织,如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研究中心,其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心,康州大学海洋生物技术中心,挪威贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富有区域特色的海洋生物技术问题。1998年在欧洲海洋生物技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会的支持下,原《海洋生物技术杂志》与《分子海洋生物学和生物技术》合刊为《海洋生物技术》学报(以下简称MB T),现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物学如细胞生物学及其它的技术应用”。 为了适应这种快速发展的形势,美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划,把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年,中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划(863计划),为今后的发展打下了基础。不言而喻,迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域,同时,也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。 1.发展特点 表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。 加强基础生物学研究是促进海洋生物技术研究发展的重要基石海洋生物技术涉及到海洋生物的分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物学,乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容,为了使其发展有一个坚实的基础,研究者非常重视相关的基础研究。在《IMBC 2000》会议期间,当本文作者询问一位资深的与会者:本次会议的主要进步是什么?他毫不犹豫的回答:分子生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究成果统计表明,海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平的研究,如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基础研究,对今后的发展将有重要影。推动传统产业是海洋生物技术应用的主要方面目前,应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在水产养殖和海洋天然产物开发两个方面,这也是海洋生物技术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方面,提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况,特别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的进步,如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等;在海洋天然产物开发方面,利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等,已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和化学品的产业化开发。
生物化学对医学生而言是一门比较难的课程,实验教学对于一门课程的教学效果发挥着重要作用。下面是我为大家整理的生物化学论文,供大家参考。
基础医学专业是我校为适应我国医学科学和医疗卫生事业发展而新开设的专业,目的是为培养具有创新精神、综合素质高、知识面广、扎实的基础医学科学和生命科学基本理论知识和实验技能,并有较强的继续学习和发展潜力,将来能够在高等医学院校、医院和医学科研机构等部门从事基础医学各学科的教学、临床医学实验及科学研究工作的医学专门人才[1]。生物化学是从分子水平研究生命现象、本质及其活动规律的科学,是生物学、医学等生命科学领域至关重要的基础课程。同时生物化学作为一门以实验为基础的学科,具有很强的实践性。因此,生物化学是基础医学专业学生非常重要的一门必修课,是将来独立进行科研和教学的有力保证[2]。如何建立适合基础医学专业的生物化学教学模式,对现有课程进行调整与优化,适应该专业创新型人才培养要求,是生物化学专业教师亟须认真思考和积极探索的问题。
目前,医学院校的传统生物化学理论和实验教学的主要模式、内容以及存在的问题如下:
①理论课程方面:在本课程的教学中,授课教师主要以多媒体课件的形式进行授课,教师讲,学生听,却不利于实际工作能力的培养。在教材使用方面,基础医学专业与临床医学专业使用同样的教材,无法满足基础医学专业培养的需要。另外英语授课的比例不高。多年来,在对生物化学的授课过程中,无论是理论课还是实验课,课件和参考资料中除了专业名词做了英语注解外基本上都是中文,课堂上也是以中文授课为主,不利于提高学生查阅英文文献、英文论文的撰写以及英语学术交流的能力。
②实验课程方面:实验课内容不能满足培养学生整体科研思维的需要。部分实验内容陈旧过时,不少生化实验仍然采用已经被淘汰的技术 方法 ,与生物化学的理论发展完全脱节,与临床实践也毫无联系,因此这些实验需彻底摈弃更换。另外实验教学模式大都是课前实验技术人员做好准备,上课时教师照本宣科讲解实验原理、操作步骤和注意事项,学生“照方抓药”式进行实验操作、最后完成实验 报告 。整个实验模式貌似紧凑完善,但学生思维参与度不高,很多时候都是应付差事似的操作,这样的教学突出实验技术的过程,而学生不能完全掌握知识的连贯性,无法熟练地运用这些技术解决问题,不利于培养学生的科研思维能力。
因此,如何改革实验课教学内容和方法,提高学生的主观能动性也是需要正视的一个问题。我校基础医学专业开设了生物化学以及高级生物化学两门相关课程。我们结合基础医学专业的培养目标和学生的基础,从以下几个方面进行优化和调整,让学生在有限的时间里学好这门课程的基本知识,为今后的实际运用打下坚实的基础。
1全面优化调整教学内容
理论教学要制定合适的教学指导思想和教学内容
基础医学专业的生物化学在二年级的第一学期开课,高级生物化学在三年级的第一学期开课。前者主要侧重于基础理论的阐明,后者主要侧重于学科的前沿进展和技术。在教学指导思想上,强调基础理论-临床科研知识体系的构建。课程首先介绍生物化学的发展简史和现状,帮助建立一个基本的理论框架。接着具体讲授生物化学基础知识内容,完善基础知识结构体系,然后在临床案例和科研论文情境中讲解各种疾病或技术, 总结 和提炼具体案例中的研究思想和设计思路,培养学生的科研思维和运用知识的能力。在教学内容上,主要包括以下几个部分。①生物化学以及分子生物学基础知识:生物大分子的结构和功能、物质的代谢与调节、遗传信息的传递和调控,对于这部分内容,采用多媒体对基本内容进行详细、重点的讲解。部分内容采用互动式教学,让学生查阅相关文献,加深理解。②生物化学以及分子生物学技术,这部分内容应结合具体科研文献进行讲解。③疾病的发病机制,该部分内容结合临床病例进行系统介绍,可以采用PBL教学法进行案例分析[3]。强调关注疾病具体的分子机制。由于生物化学发展非常迅速,由此衍生出的交叉学科的知识更是日新月异,所以在教学过程中要把最新成就、最新进展不断整合到教学内容中,使基础医学专业的学生进一步了解各个领域的最新成果,激发学生的学习热情。
实验教学要关注学科发展前沿技术,更新整合
现有实验内容我们对现有的生物化学实验内容进行了有效的梳理,去除陈旧过时的实验,下一步将尝试:
①在每个实验开始引入合适的案例,使学生能真正理解实验意图,有效地和临床、科研联系起来。
②尽量保证实验内容的连贯性,比如前次RNA提取实验获得的RNA可以作为下次RT-PCR的模板。
③为了使实验内容与临床联系更加密切,对于血清甘油三酯含量测定和血清谷丙转氨酶活性测定两个实验,均增设高剂量组,通过正常样本和异常样本之间的比对,加深学生的印象。
④在高级生物化学实验安排中,尝试将有内在联系的多个实验整合为综合性实验。如可将原有的质粒抽提基础上增加限制性核酸内切酶酶切鉴定,连接产物的转化和阳性克隆的筛选,整合为完整的分子克隆实验。通过综合性实验的开设,不仅可以增加实验内容的系统性,而且可以激发学生的兴趣,促进学生的主动学习。同时也要注意提供合适的科研问题情境,使学生能真正理解每个实验的原理和应用。
⑤依托我校基础医学实验中心,开展创新性实验,尝试研究性学习,培养学生的科学思维和科研能力。
2全面优化调整教学方式
理论教学方式
基础医学二年级的学生已有一定的专业基础与自学能力,因此为提高教学效果,在教学时应尽量避免传统的“授课式”教学模式,可采用以下多种 教学方法 融合的方式。
教学提高学生分析问题和解决问题的能力。我校每年基础医学专业本科生规模在40人左右,而现有的师资力量、教学资源和教学 经验 使我们可以在教学过程中部分采用PBL教学模式。在选择案例的时候,可以不仅仅局限于疾病案例的提供,一些具体的科研实验也可以作为案例,使学生逐步建立科学的学习和 思维方式 ,培养学生自主学习、自我获取知识和继续学习的能力。
启发式教学采用“简述-自学-总结”的启发式教学方法,提高学生讲课的主动性。例如酶的竞争性抑制章节中,可让学生主动查找临床上以竞争性抑制为原理的药物,让学生加以比较,加深学生理解。
互动式教学传统教学方式主要是老师讲,学生听,师生之间的互动较少。例如在讲解了DNA的生物合成的基本内容后,把整个班级分组,让每组学生主动查阅与逆转录有关的文献和最新进展,制作成PPT,每个组派一名代表用20分钟时间去讲解逆转录章节的相关内容,调动学生的积极性,同时培养学生的团队合作意识与口头表达能力。
加强英语授课比例在科研工作中,无论是查阅文献、撰写科研论文还是学术会议交流,对 专业英语 水平都有很高的要求。因此,在教学过程中,可以增加英语授课的比例,尝试全英文PPT,教师授课过程中可以采用双语教学,尤其是专业名词和表达方式,帮助学生尽快提高专业英语水平。
实验教学方式
将PBL教学的理念引入生物化学实验教学。把每个实验设定在有意义的科研问题或临床案例等情境中,通过学生的彼此合作解决问题,进而学习问题背后的科学知识,使学生既获得了解决问题的技能,又培养了自主学习的能力。如以三聚氰胺奶粉事件案例引出蛋白质含量测定实验等。采取PBL与传统教学模式并行的教学方式,融合“互动式”、“启发式”等多种教学方法,提高学生的学习兴趣,既保证了学生学习理论知识的系统性,又引导学生围绕问题独立思考,将所学到的理论知识解释实践中的问题,做到理论联系实际。生物化学作为基础医学专业的核心课程之一,在21世纪得到了极大的发展,传统的教学方式方法已经不能适应基础医学专业对该课程的学习要求,我们需要对生物化学教学进行及时的优化和调整,以便把基础医学专业学生培养成为从事医学 教育 和科学研究的专门人才,为部分研究性人才进入更高层次的培养打下良好基础。
生物化学与分子生物学既是一门重要的生命科学基础学科,又是生命科学的前沿学科,是目前自然科学中进展最迅速、最具活力的前沿领域,要求学生具有较高的自主学习能力和动手能力。然而受传统的考试体系的影响,大多数院校的考核方式依然拘泥于传统的期末一次性“终结考试”,一张试卷定成绩,一次考试定学生的学习效果。有些学生应对这种考试是靠临考前的死记硬背,即使能得到好成绩,也仅仅是对生物化学与分子生物学基础知识的记忆,而对知识的理解、掌握能力却没有达到预定的教学计划。传统的考试体系形式单一,不利于学生创新能力的发挥,不利于培养学生的动手能力和团队协作能力。考试体系的改革是教学改革的重要环节,提高考试的质量,有利于提高教学质量。考试体系的改革是提高临床医学专业本科学生科研动手能力、自主学习能力、团队协作能力、交流沟通能力等综合能力、培养创新型人才的重要手段之一。引入形成性考核体系,有利于提高学生的创新能力,满足素质教育培养的要求,有助于提高生物化学与分子生物学教学质量。为满足以“胜任能力”培养为核心目标的临床医学医学生培养目标的教学改革要求,生物化学与分子生物学考核体系改革势在必行。
1形成性考核体系的构建
形成性考核体系的形式
1)阶段性考试。当每个章节学习结束时,利用每个章节结束的最后一节课时间,对理论教学的内容进行闭卷测试。测试结束后教师给出正确答案,现场对学生答疑解惑,能够让学生更好地掌握知识点。教师审阅测试答卷后,将答卷反馈给学生,充分保障学生对成绩评定情况的知情权,并能够及时了解自己的不足,抓紧补正。
2)实验教学多站式考试。实验课不仅能巩固学生的理论知识,还能够很好地煅炼学生的动手能力、协作能力、创新精神和团队意识,是生物化学与分子生物学学习的重要环节。多站式实验考试的目的在于考查学生对基础知识和生物化学与分子生物学相关技能的掌握情况,由临床班授课主讲教师担任主考,设四个考点,每个考点设监考教师两名,负责考试过程及考场纪律;每个考点的考试项目满分为5分,总计20分:第一站:生物化学与分子生物学实验基本操作第二站:721型分光光度计和离心机使用第三站:电泳仪使用电泳加样第四站:装柱,层析柱上样
3)理论教学期末考试。理论教学终结考试是在课程结束时进行,旨在评定学生的学业成绩,确定总体教学目标的达成情况。考试的内容涉及生物化学与分子生物学的各方面知识,题型包括单项选择题、多项选择题、名词解释题、简答题、问答题以及案例分析题等。
形成性考核体系的成绩评价
1)形成性评价(教师评价)。形成性评价是相对传统的总结性评价而言的。形成性评价是对学生学习过程中的表现、所取得的成绩以及对学习的态度等方面的发展作出的评价,是对学生学习全过程的持续观察、记录、研究所作出的发展性评价,其目的是激励学生学习,帮助学生有效调整自己的学习状态,控制学习过程,使学生增加学习的自信心,获得成就感,培养合作意识。充分利用网络资源优势,有效利用生物化学与分子生物学吉林省精品课程的平台资源,建立生物化学师生交流QQ群、微信群,改变了只能在课堂上与教师见面、提问、交流的状况。利用多种平台,教师与学生进行充分交流,拉进师生之间的距离,及时解决学生在学习中的问题,反馈学生学习的评价,调整学生学习的状态,更加有利于接下来课程的讲授。
2)学生互评。小组讨论有利于培养医学生的语言表达、人际交流和沟通协调能力,为今后的医患交流打好基础。利用理论或实验教学的空闲时间,就生物化学与分子生物学的相关知识、话题进行分组讨论,组长负责记录讨论的内容、过程和结论。讨论结束后,组内成员相互评分,讨论记录和评分形成文字性材料交给授课教师。形成性考核体系的分值设置学生的结课评价成绩由阶段性考试成绩(占20%)、实验教学多站式考试成绩(占20%)和理论教学期末考试(占60%)组成,形成性评价和学生互评不计入结课考核成绩。
2考核体系改革的效果与体会
形成性考核体系使学生的学习积极性明显提高学生的学习时间紧迫,紧张感加强, 学习态度 端正,兴趣增强,能有意识地主动学习,利用课外时间搜集各种资源对课堂上的知识及时消化,随时进行复习,灵活地将知识变成自己知识结构的一部分,对理论和实验技能知识的掌握更加扎实。形成性考核体系提高了学生的多项能力阶段性考试提高了学生的自主学习能力;实验教学多站式考试提高了学生的动手能力;学生互评的小组讨论提高了学生的团队协作能力;教师的形成性评价以及师生的沟通平台使学生提高了交流沟通的能力。形成性考核体系同时也激发着学生对专业问题的质疑与思考,训练了科研思维及批判意识。形成性考核体系激发了教师的教学热情形成性考核体系给教师带来更大的自由度,并且在考核体系实施的过程中,教师可以反复论证,不断地摸索、创新、查漏补缺,以达到教学效果的最优化。形成性考核体系促进教师自身成长与以往的考核模式相比,阶段性考核体系对教师的要求更高,教师在增强责任心的前提下,要不断丰富自身知识,改进教学方法来满足配合学生学习的需要。
3讨论
形成性考核体系是一种“重过程,轻结果”的考试模式,它不仅重视理论教学,更加重视实验教学。生物化学与分子生物学是一门实践性较强的课程,采用这种以“阶段性考试+实验教学多站式考试+理论教学期末考试”的考核体系取代传统的“一张试卷的终结性考试”定成绩的考核制度,从学生学习的积极性、对知识的掌握情况、对技能的动手操作水平和团队协作沟通等方面提高了学生的综合能力。考核体系的改革是高校教学质量监控的深层次变革,是形成新的课程体系的重要组成部分,要勇于开拓创新,又要科学分析,达到真正的教学考的统一,适应以“胜任能力”培养为核心目标的临床医学医学生培养目标的教学改革要求,推动高校教学质量的提高,促进高等教育的健康发展。
摘 要 在生物化学教学中充分培养学生的学习兴趣极其重要,不但让学生学习起来感到轻松、愉快,激发学生的主观能动性,培养学生浓厚的学习兴趣,也大大提高学生对生物化学的学习效率。
关键词 生物化学;学习兴趣;培养
学习是学生在校的主要活动,如何使学生激起并保持浓厚的兴趣,帮助学生端正学习态度,养成良好的学习习惯,掌握科学的 学习方法 ,培养和激发学生的学习兴趣,是教师的主要工作。生物化学是一门研究生物体内化学分子与化学反应的基础生命科学[1],是现代医学教学不可缺少的部分。在教学实践过程中,由于在校学生缺少医学基础知识,也无疾病的临床概念印象,且 抽象思维 较差,常让学生感到枯燥、乏味,给师生互动带来一定难度,教学效果很不理想。因此,笔者在生物化学教学过程中为了引导和培养学生的学习兴趣,激发和调动学生的求知欲,让学生在轻松、愉快的氛围中学习和掌握到更多的专业知识。
1 讲好绪论,上好第一次课,激发学生学习兴趣
良好的开端是成功的一半。学生对新鲜事物都会感兴趣,教师要充分利用这一点,重视绪论的讲授艺术,给学生留下第一个深刻印象,这样有助于激发学生对生物化学产生浓厚的兴趣。绪论的内容是每个学生接触这一门课的开始,能否激发学生对本门学科的兴趣就很关键。在教学活动中,如何激发学生的课堂学习兴趣直接影响到教学质量的好坏。绪论阐述了生物化学的发展简史,研究内容及与医学的关系等,具体内容篇幅虽小但涵盖面比较广,可谓是学会生物化学的大纲。为提高学生兴趣,可结合现实生活,以提问、设问、讨论等方法讲述DNA克隆及我国合成胰岛素的过程,让学生既知道学习生物化学的重要性,又活跃课堂气氛,也充分激发学生的兴趣,对生物化学产生好奇心,在学习过程中产生求知欲望,使精力和思维集中,变“要我学”为“我要学”,思维活动自觉主动地跟着教师走。
2 创设问题情境,激发学生学习兴趣
所谓问题情境,指的是具有一定难度,需要学生克服,而又是力所能及的学习情境。创设问题情境,就是在教学过程中提出有一定难度的问题,使学生不能利用已有的知识去解决,从而激发学生的积极性和求知需要。
例如在讲糖异生这一节前,首先问学生一个问题:为什么一个人不吃饭约可活六周?靠什么维持能量供给?有学生回答:糖异生。追问:什么是糖异生?将学生带入问题情境中,由此产生疑惑、好奇,激发求知欲和学习兴趣,进而产生学习的欲望。教师再对该节内容进行讲解,让学生自己找到问题的答案。这样,激发学生学习兴趣,增进教学的吸引力,使课堂教学沿着“从无疑到有疑,再到无疑”的三维进行。
对学生来说,学习的主动性首先来源于兴趣,所以在教学中应使学生清楚。在讲解生物化学过程中,应适时地对学生提出一些比较疑难的问题,引导启发学生去思考、探讨和钻研,并学会分析、综合、抽象概括、逻辑推理、判断等思维活动,自己得出结论,从而调动学生学习的主动性,激发学习兴趣。
要想创设问题情境,首先要求教师熟悉教材,掌握教材的结构,了解新旧知识之间的内在联系。此外要求教师充分了解学生已有的认知结构状态,使新的学习内容与学生已有水平构成一个适当的跨度,这样才能创设问题情境。所以教师在课前备课时,须根据教学内容的逻辑关系认真“备问”,把要讲授的内容组织成“问题链”,在课堂讲授过程中将这些“问题链”滚动提出,请学生回答,从而不断地激发学生的思考兴趣。让学生去思考,当学生得出正确结论时,教师应及时对学生的思维方法、推断结果给予表扬和鼓励,不断强化和激励学生的学习兴趣。
3 引入临床病例,激发学生学习兴趣
生物化学现在已成为生物学各学科之间、医学各学科之间相互联系的共同语言,单一的理论学习往往很枯燥,而临床基础教学一旦脱离临床实践就显得枯燥无味。教师在给学生讲解该门课程时应结合临床实践,采取典型病例,
通过病案分析讨论激发学生思维,让学生学会理论联系实际。
比如在讨论葡萄糖-6磷酸脱氢酶缺乏症的病例中,针对性地设计3个问题。病例:某女,5岁 儿童 ,因使用新鲜蚕豆后出现头痛、发热,继而出现血红蛋白尿、贫血、黄疸,急诊入院。1)试分析该儿童为什么食用新鲜蚕豆后会出现血红蛋白尿、贫血和黄疸?2)分析该患儿的发病机制。3)对具有这类遗传性疾病的家族应该如何进行预防、诊断和治疗?
引导学生运用生物化学的理论知识去思考分析上述问题,提高学生应用基础 医学知识 解决临床医疗问题的能力,培养学习生物化学的兴趣。学生接触到实际问题,激发兴趣,争相发言,教师再进行最后的总结。这样让学生用已有的知识分析和解决问题,充分调动学生的思维和热情,使学生联系临床实践,扩大知识面,活跃课堂气氛,同时可以相互学习,相互交流,取长补短,且易记、易懂、易巩固。通过开展病例讨论,以求达到传授知识、培训临床技能的一种教学方法。
4 采用多种授课方式,丰富课堂内容,巩固学生
学习兴趣
要学生乐学,教师必须乐教。课堂是教学活动的主要场所,是教师展示才学的地方。要想维持和巩固学生的学习兴趣,达到理想的教学效果,教学技巧的掌握和应用非常重要。
首先,教师应有扎实的教学功底,熟悉各种教学方法,并能根据教学实际去不断推陈出新。做到这一点,教师应在围绕教材内容和大纲要求的基础上,适当给学生补充一些内容新颖,融知识性和趣味性为一体的相关知识,拓展学生的知识面,让学生自己去认识到所学知识的有限和不足,从而产生更加强烈的求知欲,激发和巩固对专业学科的学习兴趣。例如,在讲授脂类代谢时,可同时讲授暴饮暴食,摄入过多高脂肪食物对患者及社会造成的危害,通过举一反三,在有限的授课时间内向学生传授更多的专业知识和临床实践经验。
其次,要强化教学目标,淡化学科意识,并加强与相关学科的联系和实践教学,去激发和调动学生的学习兴趣。心理学研究表明:越有兴趣的东西,越容易在头脑中扎根。兴趣是学习的动力,良好的教学效果与学生的兴趣是分不开的。要激发学生对本门课程的兴趣并巩固和保持下去,教师的课堂教学除了做到概念准确、层次分明、逻辑清晰等基本要求外,还需要一些风趣、幽默、富于情趣的教学语言来点缀。
此外,还可通过多媒体教学、组织学生开展专题性研讨与专题性 辩论 等多种形式,使课堂内容丰富多彩。在条件允许时,还可组织学生走出校门,通过参与社会公益活动来增加 社会实践 ,使课堂从有限的教室空间延伸到广阔的社会舞台,使学生能够有机会将所学知识应用于社会实践中,帮助学生树立强烈的职业自豪感和社会责任感,更加努力地学习,争取早日服务社会、回报社会。
教学有法,教无定法,贵在得法,常教常新。实践证明,在教学中激发学生学习兴趣,并根据学生年龄特征和认知能力不断改进教学方法,是提高儿科护理学教学质量的重要保证。在教学活动中,学生是学的主体,其学习兴趣一旦在教学活动中产生就会变得积极主动,从而获得更好的教学效果。因此,教师应培养学生的学习兴趣和学习能力,创造乐教乐学、教学相长的气氛。
参考文献
[1]查锡良,周春燕,周爱儒,等.生物化学[M].北京:人民卫生出版社,2008:1.
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