分子信標（Molecularbeacon）是一種螢光標記的寡核苷酸鏈。一般有三部分組成：① 環狀區：由15～30個可以與靶分子特異結合的核苷酸組成；② 莖幹區：一般由5～8個可發生可逆性解離的鹼基對組成；③ 螢光基團和淬滅基團：分子信標的兩個末端分別標記螢光基團和淬滅基團。如圖1-13所示，沒有靶分子的時候，分子信標的螢光和淬滅基團靠得很近，螢光被淬滅。與靶分子結合後，分子信標的空間構型發生改變，導致螢光恢復。因為分子信標技術具有極高的特異性和靈敏度，所以在臨床診斷、基因檢測、環境監測、活細胞成像、基因晶片與生物感測等方面得到了廣泛套用。最近幾年，為了提高檢測目標分子的靈敏度，循環擴增技術在分子信標中的套用成為了研究熱點，並廣泛地套用於了各類目標分子的檢測中去。
基本介紹
- 中文名：分子信標
- 外文名：molecular beacon
- 特點：靈敏度高，操作簡單，檢測成本低
- 不足：穩定性差
- 分類：標記分子信標，免標記分子信標
- 發明時間：1996
- 發明人：Tyagi
簡介,結構,原理,套用,展望,
簡介
分子信標的莖環結構中，環一般為15-30 個核苷酸長，並與目標序列互補；莖一般5-7 個核苷酸長，並相互配對形成莖的結構。
分類：
標記分子信標：標記分子信標的螢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，因為模板不存在時形成莖環結構，當加熱變性會互補配對的莖環雙鏈解開，如果有模板存在環序列將與模板配對。與模板配對後，分子信標將成鏈狀而非髮夾狀，使得螢光基團與淬滅劑分開。當螢光基團被激發時，因淬滅作用被解除，發出激發光子。螢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。由於是酶切作用的存在，分子信標也是積累螢光。常用的螢光基團：FAM ，Texas Red ， TAMRA。
免標記分子信標：
特點：靈敏度高，操作簡單，檢測成本低。
不足：雜交時探針不能肯定完全與模板結合，所以穩定性差，
分子信標技術結合不同於螢光標記，可用於基因多突變位點同時分析
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部分：
（1）環狀區：一般為長度15～30鹼基的序列，能與目標分子特異結合；
（2）信標莖幹區：通常為長度5～8 個鹼基的互補序列，莖幹區與雜交後環狀區-目標分子的雙鏈結構之間的熱力學平衡關係，使分子信標的雜交特異性明顯高於常規的線狀探針；
（3）螢光基團和淬滅基團，螢光基團一般聯接在信標分子的5 端；淬滅基團聯接在3’端。圖1 為經典的分子信標結構，其中1—氨基萘—8—羧酸(EDANS)為螢光素,二甲氨基偶氮苯甲醯(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)、螢光素(Fluoresein)等作為螢光基團。
原理
對於標記分子信標來說，自由狀態時，髮夾結構的兩個末端，使螢光分子與猝滅分子靠近(約為7—10nm)。此時發生螢光共振能量轉移,使螢光分子發出的螢光被猝滅分子吸收並以熱的形式散發，螢光幾乎完全被猝滅，螢光本底極低。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，信標莖桿互補區被拉開，螢光分子和猝滅分子距離增大。根據Foerster 理論, 中心螢光能量轉移效率與兩者距離的6 次方成反比。雜交後，信標分子的螢光幾乎100%恢復。且所檢測到的螢光強度與溶液中靶標的量成正比。
免標記分子信標是通過反應後分子信標被打開，原本封閉在莖部的特定的能與染料結合的DNA序列被釋放出來並與染料結合，造成檢測信號的變化，對目標分子進行檢測。檢測信號通常有比色和螢光兩種。
套用
（1）核酸檢測分析
（2）分子信標用於研究DNA—蛋白質的相互作用
（3）分子信標用作生物晶片和生物感測器的探針
（4）分子信標用作酶動力學研究以及小分子藥物的篩選
（5）分子信標用於重金屬有毒物質的定量檢測
（6）分子信標用於有毒殘留抗生素等物質的研究
（7）分子信標用於腫瘤標誌物的研究， 如：miRNA
展望
近年來,分子信標因具有靈敏度高,特異結合性好等優點而被廣泛套用於生物學和生物分析領域。在注重功能基因研究的後基因組時期,分子信標將會被更多地套用於基因突變引起的疾病的研究、活細胞中RNA 的檢測、蛋白質的檢測及生物晶片研究等。隨著分子信標技術的發展和新型分子信標的不斷出現,分子信標將會在基因診斷、基因治療以及新藥的研製開發等方面得到越來越廣泛的套用。
