分子生物学在医学上的应用

分子生物学技术在医学中的应用

摘要：分子生物学技术是医学检验的重要诊疗手段。进入21 世纪以来，分子生物学对于医学的发展已经起到了巨大的推动作用,并被广泛地运用于科学实验、临床疾病的发生与发展、疾病的诊断与治疗和药物的作用机理与新药的研发等研究领域。这是一个由理论向实践转化的重要跨越，实现了科学造福人类的目的。关键词:分子生物学技术；医学检验；疾病；应用

分子生物学是以核酸、蛋白质等生物大分子为研究对象的学科，分子生物学技术即建立在核酸生化基础上的一类研究手段，现已广泛应用于医学检验中。研究内容也从DNA鉴定、扩展到核酸及表达产物分析，技术不断进步为原微生物检验、肿瘤诊断及评估、遗传病诊断、免疫系统疾病诊断提供重要依据和创新思路。下面，就分子生物学技术在医学上的几个方面的应用进行阐述。

一、PCR技术

多聚酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）的原理类似于 DNA 的天然复制过程。在待扩增的 DNA 片段两侧和与其两侧互补的两个寡核苷酸引物，依赖于 DNA 聚合酶的酶促合成反应。经变性、退火和延伸若干循环后，DNA 扩增 2n 倍。变性是加热使模板 DNA 在高温下（94℃）变性，双链间的氢键断裂而形成两条单链的过程；退火是使溶液温度降至 50~60℃，模板 DNA 与引物按碱基配对原则互补；延伸是在 DNA 聚合酶的作用下，以单链 DNA 为模板，利用四种脱氧核苷酸，按 5’→ 3’方向复制出与模板互补的 DNA 链，上述三步为一个循环。每经过一个循环，样品中的 DNA 量应增加一倍，新形成的链又可作为新一轮循环的模板。分子生物学技术的核心是聚合酶链反应(PCR)，由高温变性、低温退火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，能在最短的时间内扩增。由此衍生出新PCR技术，在医学上的临床诊断和治疗中意义重大。

由此衍生出新的PCR技术，如实时定量PCR、原位PCR 技术、链置换扩增技术、连接酶反应( LCR) 、TAS等，与传统的培养鉴定、免疫测定相比具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。

1、病原微生物检验

PCR与传统的培养鉴定、免疫测定相比，其具有高的敏感性，较短的耗时和更广的适用范围[1]。PCR通过向反应管中加入特异性引物可同时鉴定出单种或多种病原体，即便存在大量死菌也能得到准确结果，不受混合标本和微生物生长时间的限制。

2、肿瘤及遗传病诊断

肿瘤及遗传病几乎都存在着一定的基因缺陷，只要找到人体中与基因相互作用的结合点，从基因水平就能准确诊断。通过基因芯片判定靶基因抑制基因的突变，通过分子蛋白质组学、生物传感器和流式细胞术诊断肿瘤特异性标志物。结合DNA限制性片段长度多态性分析、单链构象多态性分析、荧光原位杂交染色体分析和酶基因调控等技术。

二、分子生物传感器在医学检验中的应用

分子生物传感器是利用一定的生物或化学的固定技术, 将生物识别元件( 酶、抗体、抗原、蛋白、核酸、受体、细胞、微生物、动植物组织等)固定在换能器上, 当待测物与生物识别元件发生特异性反应后, 通过换能器将所产生的反应结果转变为可以输出、检测的电信号和光信号等, 以此对待测物质进行定性和定量分析, 从而达到检测分析的目的。

分子生物传感器广泛应用于体液中的微量蛋白、核酸及小分子有机物等多种物质的检测，能够在体内实时监控的分子传感器可用于手术中和监护病人。在现代医学检验中, 这些项目是临床诊断和病情分析的重要依据。

1、神经递质的检测

如在Drosten等报道了检测神经递质的酶电报，将电极放置在神经肌肉接点附近可实时测定少量邻近的神经去极化后所释放的递质-谷氨酸[2]。实现了测定的准确化和提高了效率。

2、血清方面的检测应用

（1）Skladal等用经过寡核营酸探针修饰压电传感器检测血清中的丙型肝炎病毒并实时监测其DNA的结构转录和聚合酶链式反应（PCR）扩增过程，完成整个监测过程仅需10 min，且装置可重复使用[3]。

（2）Pctricoin等用压电传感器研究了破骨细胞生成抑制因子和几种相应抗体的相互作用，研发出可快速检验血清中OPG的压电免疫传感器。

三、分子生物纳米技术

1991年，在《Unbounding the Future》一书中，首次提出了“纳米医学”的概念。研究表明：利用纳米技术，很容易进入人机体细胞核，并于核内染色体进行组合，具有较高的特异性，不仅克服了目前基因诊断中面临的难题，而且还提高了基因诊断在实验室中得地位。

Van Helden 等将抗体连接的纳米磁性微球与高效率的化学发光免疫测定技术结合而成的自动检测系统，已成功用于血清中人免疫缺陷病毒HIV-1和HIV-2的抗体检测[4]。

分子生物纳米技术即以抗体为基础，用免疫分析和磁性修饰的方法来检测免疫物质，通过酶、荧光剂、同位素把特异的抗体抗原与纳米磁性微球固定，为人类防治病毒性疾病提供了有力的武器。

以此为基础所产生的检测与传统微量滴定板技术相比具有简单、快速和灵敏的特点。

1、免疫系统疾病诊断

如在人类免疫缺陷病毒的研究中，分子生物纳米技术即以抗体为基础，用免疫分析和磁性修饰的方法来检测免疫物质，通过酶、荧光剂、同位素把特异的抗体抗原与纳米磁性微球固定，既能自动检测人免疫缺陷病毒1型和2型抗体，以此针对人类的防治病毒性疾病提供有力的武器[5]。

2、胰岛素等的检测

用于人胰岛素检测的全自动夹心法免疫测定技术也已建立，其中亦用到抗体、蛋白纳米磁性微粒复合物和碱性磷酸酶标记二抗。应用纳米的小，更灵活的表达和接触。

四、分子蛋白组学应用

虽然，现在我们在蛋白质功能方面的研究还是极其缺乏的。但是无数病原体

和人类基因组的测序成功为蛋白组学的研究打开了一扇大门，为蛋白组学的开发和应用提供了准确的基因序列编码框架，从而使人类更多的兴趣集中于应用蛋白组学研究，并发现新的早期诊断和早期监测的生物标志物、疾病的进程、加速药物研究的发展。

目前相对集中的特定复合物的疾病研究领域已经渗入了分析蛋白复合物及蛋白—蛋白相互作用的功能蛋白组学的方法。例如，利用亲合力消除分析和质谱分析及双向电泳发现心肌的蛋白激酶C( PKC) 与至少36 种多功能的蛋白质复合在一起[6]。PKC 诱导产生的心肌蛋白与活力调整和还原的PKC 辅助蛋白的功能有关。

五、分子生物学技术在医学领域应用的现状

分子生物学是一门正在蓬勃发展的新兴学科，并且新的技术和应用不断涌现。但真正适合临床检验常规应用的还不多。其主要原因除了有的新方法还不十分成熟以外，方法相对较复杂，商品化的药盒和专用设备价格高昂，患者难以承受。

六、结论

分子生物学让我们对微观的世界有了了解，使葡萄糖、蛋白质、核酸等这些看不到摸不到的，却是生命构成的物质进入人们的视线。同时，科技的进步，把他们带入我们的生活，让他们更好的为人类服务。与医学的结合，让人们以前想都不曾想的事情实现了，比如，亲子鉴定、癌症的防治、遗传病的治疗、疫苗的推广…在合理的应用上，科技将不断造福人类。

参考文献：

[1] 范维珂.人类基因组计划研究进展与分子病理学[ J] . 中国病理生理杂志, 2000, 16 (10) : 927- 928

[2] 金国琴. 上海中医药大学上海中医药生物化学与分子生物学通讯

[3] 侯天文, 尹晓琳, 陈兴等. 绿脓假单胞超广谱B内酰胺酶基因型分布[ J]. 中华检验医学杂志, 2003, 26( 9 ) : 546- 548.

[4] 刘连新，麻勇. 哈尔滨医科大学附属第一医院肝脏外科中国实用外科杂志2012 年1 月第32 卷第1 期 1005-2208（2012）01-0015-02

[5] 李鹏.现代分子生物学技术在医学检验中的应用[J].临床和实验医志,2007,3(6):161.

[6] 张正.分子生物学技术在检验医学中的应用[J].中华检验医学杂2003,26(12):735-736.