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一次检测多个目标!多重PCR探针法熔解曲线技术革新分子诊断

2025-7-16 09:46| 编辑: 归去来兮| 查看: 151| 评论: 0|来源: 小桔灯网

摘要: 多重qPCR探针熔解曲线分析技术作为新一代分子检测方法

在分子生物学检测领域,准确、快速、高通量的检测方法一直是研究者们追求的目标。多重PCR探针熔解曲线分析技术(Multiplex PCR Probe Melting Curve Analysis,MPA 或MCA)作为一种创新的分子检测方法,将多重qPCR与熔解曲线识别结合于一体,能够在单一反应体系中实现多个目标序列的同步检测与精准识别。该技术兼具高特异性和可多重检测等优势,广泛应用于感染性疾病诊断、基因分型、食品安全与环境监测等领域,正逐步成为分子诊断的重要支撑工具。


01

技术原理

MPA技术基于荧光探针标记与热变性原理,通过设计多对引物与相应探针(如Taqman或分子信标探针),在一个qPCR反应中同时扩增多个目标,并通过探针杂交体的熔解行为,利用熔解曲线对产物进行区分和识别(图1),具体步骤包括:

(1)多重PCR扩增

在一个反应体系中,多对引物特异性结合各自的目标序列,并在DNA聚合酶作用下同步扩增。为确保扩增效率,需精确设计各引物的退火温度及浓度。

(2)探针杂交与熔解曲线生成
扩增结束后,荧光探针与互补目标结合形成杂交体。随着温度逐步升高(如从40°C至85°C),杂交体逐渐解离。当解离发生时,荧光信号骤降,记录该过程生成特征性熔解曲线。

(3)探针特异性识别

不同探针与目标的杂交体具有不同的熔解温度(Tm),依据峰位和峰型可精确识别各目标,即使存在单碱基突变也能区分。

图1 Taqman和分子信标探针在多重qPCR多重熔解曲线中的使用1。A) TaqMan探针在低温水溶液中,未杂交探针因随机卷曲构象使荧光基团(F)与淬灭基团(Q)空间邻近而荧光微弱。与靶标杂交后探针呈现强荧光。当探针从靶标热解离(Δ)后,恢复弱荧光状态。B) 分子信标探针低温下未杂交探针因发夹结构导至淬灭效应而基本无荧光。与靶标杂交后呈现强荧光。靶标热解离后,未杂交探针形成类似TaqMan探针的随机卷曲构象,呈现弱荧光。熔解曲线分析(上图:荧光强度F随温度T变化)经导数转换(-dF/dT)后形成熔解峰图(下图)。


02

技术特点与优势

• 高特异性:探针法熔解曲线技术相比于染料法具有更高的特异性。探针只有与完全互补的目标序列杂交才能产生荧光信号,有效避免了引物二聚体和非特异性产物的干扰。

• 多重检测能力:通过使用不同荧光标记的探针,可以在单一反应中同时检测多个目标,显著提高检测效率和经济效益。

• 单碱基分辨力:可检测SNP、点突变等微小变异,支持个体化医学研究。

• 操作简便: 整个检测过程在封闭的反应管中完成,减少了污染风险,操作相对简单,易于标准化。


03

技术挑战

• 探针设计复杂性:需兼顾探针与目标序列的匹配、Tm 值一致性、荧光标记和引物互不干扰,增加实验设计难度。

• 成本问题:每个目标位点需设计独立探针,成本高于染料法。

• 光谱干扰风险:多荧光标记可能存在波长重叠问题,需优化检测通道与分析算法。

• 标准化难度:不同实验室在样本处理、仪器设置、数据分析上需建立统一流程。


04

应用领域

1. 病原体检测

• 呼吸道病原检测:如同时检测流感A/B、RSV、腺病毒等,为快速临床诊断提供依据。

• 食源性病原体筛查:应用于沙门氏菌、大肠杆菌、志贺氏菌等食品污染检测。

2.基因型分析

• SNP分型与药物基因组学:支持多个SNP位点同时检测,广泛应用于个体化用药(图2)与遗传病筛查。

• 肿瘤分子检测:识别EGFR、KRAS等靶点基因突变,为精准治疗提供分子依据。

图2.多重qPCR熔解曲线法检测结核分枝杆菌耐药突变2 (a) rpoB基因81bp核心区及两条内部标记长探针示意图;(b) 双标记探针与靶DNA序列产生荧光信号的机制;(c) 双标记探针熔解曲线分析原理与流程。在不对称扩增过程中,过量引物(绿色)产生过量单链扩增产物。这些单链产物与探针互补结合,使探针-扩增产物双链体的熔解转变信号显著增强。该熔解转变在熔解曲线的导数图谱上呈现为特征峰。与野生型序列相比,Tm值的偏移可用于突变检测。

3.食品安全检测

• 转基因成分检测:可同时识别多种转基因作物成分。

• 食品掺假溯源:通过物种特异性引物识别肉类来源,防范掺假。

4.环境监测

• 微生物群落分析:同时检测环境样品中多种指示菌,监控生态系统健康。

• 水体/土壤污染检测:用于病原微生物监测,服务于公共卫生预警。


05

产业化发展现状

1.国际市场

有多家多重分子检测产品已获得监管部门认证,例如:

 BioFire (bioMérieux) Film Array系列—获FDA510(k) 批准,包括呼吸道多重检测,胃肠道病原检测和发热综合征病原检测

 Seegene Allplex™Assays — 获得EUA批准并上市,用于呼吸道多重检测

 Cepheid GeneXpert®系列—FDA EUA或510(k)批准,用于SARS-CoV-2、TB/RIF、HPV检测

 Roche cobas®系列—FDA EUA或510(k)批准,宫颈癌筛查(HPV16, 18等)和SARS-CoV-2检测 

2.中国市场

中国在多重PCR探针法熔解曲线技术方面也取得了重要进展,多家生物技术公司和科研院所正在开发相关产品,如博奥晶典、广州宝创、珠海宝锐、厦门智善等,涵盖感染性疾病诊断、肿瘤基因检测、遗传病筛查等多个领域。随着技术成熟度的提升和监管政策的完善,预计将有更多产品获得NMPA认证并投入临床应用。


06

结语

多重qPCR探针熔解曲线分析技术作为新一代分子检测方法,正凭借其特异性高、多靶点检测能力强、可实现单碱基区分等优势,在精准医疗、食品安全、环境监测等领域展现出强劲潜力。

尽管仍面临设计复杂、成本较高、标准化不足等挑战,但随着技术创新、平台集成化发展及监管体系完善,其未来发展前景广阔。通过持续优化与应用推广,该技术有望成为支撑分子诊断产业升级的关键力量。

为进一步推广多重PCR探针熔解曲线技术在临床诊断中的应用,Meridian特邀海南医学院张章博士举办线上技术讲座,欢迎点击下图中二维码预约收看!

参考文献:

1. Huang, Q., Liu, Z., Liao, Y., Chen, X., Zhang, Y., & Li, Q. (2011). Multiplex Fluorescence Melting Curve Analysis for Mutation Detection with Dual-Labeled, Self-Quenched Probes. PLoS ONE, 6(4), e19206. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0019206

2. Luo, T., Jiang, L., Sun, W., Fu, G., Mei, J., & Gao, Q. (2011). Multiplex Real-Time PCR Melting Curve Assay To Detect Drug-Resistant Mutations of Mycobacterium tuberculosis. Journal of Clinical Microbiology, 49(9), 3132–3138.

 https://doi.org/10.1128/jcm.02046-10



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