分子信標(biāo)(molecular beacon)是一種具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的新型熒光標(biāo)記核酸探針，具有高靈敏度、高特異型，其在聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）、核酸序列的分析、活細(xì)胞內(nèi)核酸的動(dòng)態(tài)檢測、蛋白質(zhì)(酶)與核酸的相互作用等方面具有廣泛的應(yīng)用。

分子信標(biāo)的結(jié)構(gòu)

分子信標(biāo)的結(jié)構(gòu)一般包括三個(gè)部分：環(huán)狀區(qū)、信標(biāo)莖干區(qū)、熒光基團(tuán)和猝滅基團(tuán)。熒光基團(tuán)一般聯(lián)接在信標(biāo)分子的5 端；猝滅基團(tuán)聯(lián)接在3’端。分子信標(biāo)中常用4—(4’— 二甲基氨基偶氮苯基)苯甲酸(DABCYL)作為猝滅基團(tuán)，德克薩斯紅(TexasRed)、熒光素(Fluoresein)等作為熒光基團(tuán)。

 
分子信標(biāo)的原理：

自由狀態(tài)時(shí)的分子信標(biāo)呈發(fā)夾結(jié)構(gòu)，此時(shí)由于熒光基團(tuán)與猝滅基團(tuán)靠得很近，熒光被猝滅；當(dāng)與靶序列結(jié)合后，分子信標(biāo)的空間構(gòu)型發(fā)生改變，信標(biāo)莖桿互補(bǔ)區(qū)被拉開，熒光分子和猝滅分子距離增大，熒光恢復(fù)。

分子信標(biāo)通常都是修飾一個(gè)單一的發(fā)光基團(tuán)。在一個(gè)均相體系中，通過雜交后熒光信號的變化，一種分子信標(biāo)即可檢測一種靶序列。為了實(shí)現(xiàn)在一個(gè)均相體系中同時(shí)檢測多種靶序列的目的，可將不同的分子信標(biāo)修飾以不同的熒光基團(tuán)。

 
分子信標(biāo)的應(yīng)用：

分子信標(biāo)技術(shù)以其操作簡單、靈敏度高、特異性強(qiáng)、可對核酸進(jìn)行實(shí)時(shí)定量測定、甚至可以用于活體分析等特點(diǎn)不僅在生物學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用，而且在疾病基因檢測與診斷等生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)和臨床研究中也將充當(dāng)重要的角色。近來,人們通過改變經(jīng)典分子信標(biāo)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出許多新型的分子信標(biāo)，如用ssDNA鏈做環(huán)、用RNA-DNA雙鏈做莖的RNA-DNA嵌合型分子信標(biāo)，用PNA鏈代替ssDNA形成的PNA分子信標(biāo)等。新型分子信標(biāo)的出現(xiàn)為分子信標(biāo)的進(jìn)一步應(yīng)用拓寬了領(lǐng)域。

 
1核酸檢測分析

分子信標(biāo)用于核酸檢測分析體現(xiàn)在幾個(gè)方面：實(shí)時(shí)定量PCR測定靶標(biāo)的濃度，基因的點(diǎn)突變、SNP(單堿基多態(tài)性)、等位基因、多組份同時(shí)測定，活體內(nèi)核酸的動(dòng)態(tài)檢測，等。

與常規(guī)核酸檢測方法相比，分子信標(biāo)用于核酸檢測具有如下特點(diǎn)：

a 可以進(jìn)行液相雜交檢測：常規(guī)核酸檢測方法主要為固相雜交，要把未結(jié)合的探針和引物分離后才能利用其他信號對靶核酸進(jìn)行檢測；分子信標(biāo)可以直接加入核酸擴(kuò)增體系進(jìn)行檢測，檢測方法可以直接在紫外燈下或借助熒光光譜儀進(jìn)行定量檢測。

b 有效消除核酸交叉污染：利用分子信標(biāo)可以直接對封閉微量離心管或多孔板中的核酸檢測，完全避免核酸中間操作環(huán)節(jié)，徹底消除核酸交叉污染。

c可進(jìn)行核酸實(shí)時(shí)(real time)檢測：在PCR 體系中加入分子信標(biāo),并把PCR 儀與熒光光譜儀相連,可以對PCR 反應(yīng)過程隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。d 特異性強(qiáng)：在對分子信標(biāo)與靶序列雜交特異性研究中意外發(fā)現(xiàn)，與線性寡核苷酸探針相比，莖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子信標(biāo)檢測特異性更高，對靶序列中單個(gè)堿基的錯(cuò)配、缺失或插入突變均能檢測出來。

e 靈敏度高：分子信標(biāo)可以直接檢測核酸；在應(yīng)用過程中常與PCR 等核酸擴(kuò)增技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，因而低至1拷貝的核酸也能檢測，敏感性很高。

f 可實(shí)現(xiàn)核酸大規(guī)模自動(dòng)化檢測：分子信標(biāo)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)核酸的大規(guī)模自動(dòng)化檢測，分子信標(biāo)在核酸檢測應(yīng)用中的例子充分證明了這一點(diǎn)。

g 可對活體內(nèi)核酸動(dòng)態(tài)進(jìn)行檢測：目前尚缺乏有效方法對活體內(nèi)核酸直接進(jìn)行研究，分子信標(biāo)技術(shù)為對活體內(nèi)核酸代謝轉(zhuǎn)移等動(dòng)態(tài)過程研究提供了可能并已用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
 
 

1. 分子信標(biāo)用于研究DNA—蛋白質(zhì)的相互作用

核酸和蛋白質(zhì)這兩種生物大分子之間的相互作用的研究是現(xiàn)代分子生物學(xué)、生物技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。人們在研究核酸與蛋白質(zhì)的相互作用中熒光分析的方法是一種較靈敏的方法。特別是利用熒光共振能量轉(zhuǎn)移的原理設(shè)計(jì)的各類探針，對于研究DNA-蛋白質(zhì)的相互作用,可達(dá)到mmol甚至更低的濃度。利用分子信標(biāo)能實(shí)時(shí)研究DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合,而且簡單、靈敏、具有通用性(單鏈或雙鏈DNA結(jié)合蛋白均可)。更為突出的是它可用于活體細(xì)胞的動(dòng)態(tài)研究,這是其他方法無法比擬的。

 
3.分子信標(biāo)用作生物芯片和生物傳感器的探針

由于分子信標(biāo)用于核酸、蛋白質(zhì)的檢測分析時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn),因而分子信標(biāo)作為生物芯片、生物傳感器中的ＤＮＡ探針可以充分利用這些優(yōu)點(diǎn)。可以將標(biāo)有不同熒光分子的分子信標(biāo)通過生物素的形式固定到硅片的表面上,制成分子信標(biāo)芯片。與其他類型探針的DNA芯片相比,分子信標(biāo)芯片具有本底熒光低、無需除去多余的探針、可多次使用等優(yōu)點(diǎn)。