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  • 發布時間:2021-06-29 08:53 原文鏈接: 等溫擴增技術LAMP和CPA的“孿生兄弟相”

    想了很久,還是決定將LAMP和CPA放在一起進行介紹。主要是因為兩者的引物設計都相對比較復雜,但卻有著比較相似的工作原理,有異曲同工之妙。

     
    背景:


    LAMP,loop-mediatedisothermal amplification,環介導等溫擴增技術
    LAMP是Notomi等于2000年首先提出來的一種新的核酸擴增技術,它針對目的基因的6個區域設計4條特異性引物(包括2條內引物和2條外引物),利用具有鏈置換特性的Bst DNA聚合酶,在65℃條件下高效、快速、高特異地擴增靶序列,
     
    CPA,CrossingPriming Amplification,交叉引物擴增技術
    CPA是2008年由優思達公司獨立研發成功的一種新的核酸恒溫擴增技術,也是中國首個具有自主知識產權的核酸擴增技術。它針對目的基因4或5個區域設計4或者5條特異性引物,利用具有鏈置換特性的Bst DNA聚合酶、甜菜堿,在63 ℃左右條件下進行高效、快速、高特異地擴增靶序列。

    根據交叉引物數量的不同,CPA可分為雙交叉擴增(共4條引物=2條交叉引物+2條剝離引物)和單交叉擴增(共5條引物=1條交叉引物+2條剝離引物+2條普通引物)。



    LAMP


    設計:

    • 6個區域:F1-3, B1-3,其對應互補序列(complementary)F1c-3c,B1c-3c

      5’-F3-F2-F1-B1c-B2c-B3c-3’

      3’-F3c-F2c-F1c-B1-B2-B3-5’

    • 兩個內引物FIP和BIP

             5’-F1c-F2-3’
             5’-B1c-B2-3’

    • 兩個外引物

             F3和B3
    反應原理:
    1、上游內部引物FIP的F2序列首先與模板F2c結合,引物上的F1c處于游離狀態,Bst DNA聚合酶的作用延伸合成帶有FIP引物特定序列的互補鏈;
    2、外部引物F3與模板F3c結合并延伸,置換出新合成的帶有FIP引物特定序列的互補鏈;
    3、FIP上的F1c與此單鏈上的Fl為互補結構,自我堿基配對形成環狀結構,即形成單啞鈴狀結構模板;
    4、以此鏈為模板,下游引物BIP和B3,以上一步驟中形成單啞鈴狀結構的單鏈為模板啟動反向新鏈的合成。
    5、同樣的,新合成的單鏈中B1和B1c互補形成另一端的啞鈴狀結構;這樣就形成的兩端為環狀的啞鈴型單鏈DNA模板結構;
    5、啞鈴型單鏈DNA模板結構(包括以上步驟中形成的單啞鈴狀單鏈DNA),既可以以自身為模板進行擴增,同時也可以作為引物進行目標靶序列的擴增;
    6、請記住,只要有游離的3’端存在,就有延伸的可能性。

    LAMP原理圖
    來源:Chukwunonso O. Nzelu, et al. PLOS Neglected Tropical Diseases,November 7, 2019

    CPA


    CPA-單交叉引物
    設計:

    • 5個區域:

      5’-4s-1s-2s-3s-5s-3’

      3’-4a-1a-2a-3a-5a-5’

    • 1個交叉引物

      5’-2a-1s-3’

    • 2個剝離引物

      4s和5a

    • 2個探針引物

      2a和3a


    反應原理:
    1、交叉引物的1s同目標序列1a互補進行新鏈合成;
    2、由于交叉引物5‘端的2a游離,會被剝離引物4s在Bst DNA聚合酶作用下進行鏈置換;
    3、新合成的帶有交叉引物序列的新鏈就被置換出來;
    4、探針引物2a和3a以新置換出來的DNA單鏈為模板繼續合成新的模板鏈,由于5a的存在,可以將以2a和3a為引物合成的新DNA模板進行置換,從而形成多個DNA單鏈模板,同時也可以作為因為引物存在;
    5、另外,有交叉引物存在,會在同一單鏈DNA中引入互補序列2a和2s,從而系統中會存在1+3單鏈的發夾結構;發夾結構可以在交叉引物存在條件下進行擴增,也可以以2a和3a為引物進行擴增;
    6、總之,整個反應放大后,或產生2種不同的長度的終產物,即2+1+3+2和2+1+3。

     CPA單交叉引物原理圖
    來源:Gaolian Xu, et al. SCIENTIFIC REPORTS | 2 : 246 | DOI: 10.1038/srep00246

    CPA-雙交叉引物
    設計:

    • 4個區域:

      5’-3s-1s-2s-4s-3’

      3’-3a-1a-2a-4a-5’

    • 2個交叉引物:

      5’-2a-1s-3’

      5’-1s-2a-3’

    • 2個剝離引物:

      3s和4a


    反應原理:
    1、正反向交叉引物識別模板進行新鏈合成;
    2、剝離引物3s和4a,同樣在Bst DNA聚合酶作用下進行鏈置換,將利用交叉引物合成的新模板置換出來;
    3、兩條交叉引物識別帶有交叉引物序列的模板進行擴增,這樣,模板就會不同重復的被延長帶有交叉引物的序列;
    4、 在同一時間內,可以同時啟動多組DNA合成和鏈置換過程。

    CPA雙交叉引物原理圖 圖片來源:網絡
     
    小結:LAMP和CPA的異同點


    1、兩個系統的引物設計都比較復雜,公認的燒腦;
    2、兩個系統都可以通過內引物(LAMP)和交叉引物(CPA)實現模板的增長;
    3、兩個系統都使用外圍引物(LAMP的外部引物和CPA的剝離引物)在BstDNA聚合酶下進行鏈置換過程;
    4、不同點在于引物設計針對的序列排序,導至最終形成啞鈴結還是發夾結構+短的DNA模板。



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