分子信標（Molecularbeacon）是一種熒光標記的寡核苷酸鏈。一般有三部分組成：①環(huán)狀區：由15～30個(gè)可以與靶分子特異結合的核苷酸組成；②莖干區：一般由5～8個(gè)可發(fā)生可逆性解離的堿基對組成；③熒光基團和淬滅基團：分子信標的兩個(gè)末端分別標記熒光基團和淬滅基團。如圖1-13所示，沒(méi)有靶分子的時(shí)候，分子信標的熒光和淬滅基團靠得很近，熒光被淬滅。與靶分子結合后，分子信標的空間構型發(fā)生改變，導致熒光恢復。因為分子信標技術(shù)具有極高的特異性和靈敏度，所以在臨床診斷、基因檢測、環(huán)境監測、活細胞成像、基因芯片與生物傳感等方面得到了廣泛應用。最近幾年，為了提高檢測目標分子的靈敏度，循環(huán)擴增技術(shù)在分子信標中的應用成為了研究熱點(diǎn)，并廣泛地應用于了各類(lèi)目標分子的檢測中去。

中文名

分子信標

外文名

molecular beacon

提出者

Tyagi

不足

穩定性差

分類(lèi)

標記分子信標

特點(diǎn)

靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，檢測成本低

發(fā)明時(shí)間

1996

簡(jiǎn)介

分子信標

分子信標的莖環(huán)結構中，環(huán)一般為15-30個(gè)核苷酸長(cháng)，并與目標序列互補；莖一般5-7個(gè)核苷酸長(cháng)，并相互配對形成莖的結構。

分類(lèi)：

標記分子信標：

標記分子信標的熒光基團標記在探針的一端，而淬滅劑則標記在另一端。在復性溫度下，因為模板不存在時(shí)形成莖環(huán)結構，當加熱變性會(huì )互補配對的莖環(huán)雙鏈解開(kāi)，如果有模板存在環(huán)序列將與模板配對。與模板配對后，分子信標將成鏈狀而非發(fā)夾狀，使得熒光基團與淬滅劑分開(kāi)。當熒光基團被激發(fā)時(shí)，因淬滅作用被解除，發(fā)出激發(fā)光子。熒光強度與溶液中模板的量呈正比。所以可以用與PCR定量分析。由于是酶切作用的存在，分子信標也是積累熒光。常用的熒光基團：FAM，TexasRed，TAMRA。

免標記分子信標：

特點(diǎn)

：靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，檢測成本低。

不足

：雜交時(shí)探針不能肯定完全與模板結合，所以穩定性差，

分子信標技術(shù)結合不同于熒光標記，可用于基因多突變位點(diǎn)同時(shí)分析

和結核桿菌耐藥基因rpoB的耐藥分析不足

結構

分子信標的設計一般包括三個(gè)部分：

（1）環(huán)狀區：一般為長(cháng)度15～30堿基的序列，能與目標分子特異結合；

（2）信標莖干區：通常為長(cháng)度5～8個(gè)堿基的互補序列，莖干區與雜交后環(huán)狀區-目標分子的雙鏈結構之間的熱力學(xué)平衡關(guān)系，使分子信標的雜交特異性明顯高于常規的線(xiàn)狀探針；

（3）熒光基團和淬滅基團，熒光基團一般聯(lián)接在信標分子的5端；淬滅基團聯(lián)接在3’端。圖1為經(jīng)典的分子信標結構，其中1—氨基萘—8—羧酸(EDANS)為熒光素，二甲氨基偶氮苯甲酰(DABSYL)為淬滅劑。分子信標中常用4—(4’—二甲基氨基偶氮苯基)苯甲酸(DABCYL)作為淬滅基團，德克薩斯紅(TexasRed)、熒光素(Fluoresein)等作為熒光基團。

原理

對于標記分子信標來(lái)說(shuō)，自由狀態(tài)時(shí)，發(fā)夾結構的兩個(gè)末端，使熒光分子與猝滅分子靠近(約為7—10nm)。此時(shí)發(fā)生熒光共振能量轉移，使熒光分子發(fā)出的熒光被猝滅分子吸收并以熱的形式散發(fā)，熒光幾乎完全被猝滅，熒光本底極低。當分子信標與序列完全互補的靶標分子結合形成雙鏈雜交體時(shí)，信標莖桿互補區被拉開(kāi)，熒光分子和猝滅分子距離增大。根據Foerster理論,中心熒光能量轉移效率與兩者距離的6次方成反比。雜交后，信標分子的熒光幾乎100%恢復。且所檢測到的熒光強度與溶液中靶標的量成正比。

免標記分子信標是通過(guò)反應后分子信標被打開(kāi)，原本封閉在莖部的特定的能與染料結合的DNA序列被釋放出來(lái)并與染料結合，造成檢測信號的變化，對目標分子進(jìn)行檢測。檢測信號通常有比色和熒光兩種。

應用

（1）核酸檢測分析

（2）分子信標用于研究DNA—蛋白質(zhì)的相互作用

（3）分子信標用作生物芯片和生物傳感器的探針

（4）分子信標用作酶動(dòng)力學(xué)研究以及小分子藥物的篩選

（5）分子信標用于重金屬有毒物質(zhì)的定量檢測

（6）分子信標用于有毒殘留抗生素等物質(zhì)的研究

（7）分子信標用于腫瘤標志物的研究，如：miRNA

展望

近年來(lái)，分子信標因具有靈敏度高，特異結合性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用于生物學(xué)和生物分析領(lǐng)域。在注重功能基因研究的后基因組時(shí)期，分子信標將會(huì )被更多地應用于基因突變引起的疾病的研究、活細胞中RNA的檢測、蛋白質(zhì)的檢測及生物芯片研究等。隨著(zhù)分子信標技術(shù)的發(fā)展和新型分子信標的不斷出現，分子信標將會(huì )在基因診斷、基因治療以及新藥的研制開(kāi)發(fā)等方面得到越來(lái)越廣泛的應用。