一、恒溫擴增技術的發展現狀 |
自1980年PCR技術發明后,基于PCR技術的核酸檢測迅速應用到臨床、食品、環境的檢測中,并成為核酸檢測的金標準。但PCR的檢測技術存在設備體積大、粗樣品耐受性差、反應時間長、靈敏度難以達到單copy等諸多缺點,已經難以滿足現代核酸檢測的要求:速度快(<30min)、超靈敏度(1-5copy/test)、大體積粗制樣品直檢(20-50%反應體積樣本量)、野外操作、簡單化操作等方面的指標。 在過去的20年中科學家一直嘗試通過恒溫擴增的方法來實現上述目標,這其中包括RCA(rolling circle amplification)、LAMP(loop-mediated isothermal amplification)、RPA(recombinase polymerase amplification)、NASBA(nucleic acid sequence based amplification)、SDA(strand displacement amplification)、HDA (helicase dependent amplification)、TMA(transcription-mediated amplification)等新型核酸恒溫擴增技術。 |
在這些恒溫擴增技術中,以2000年首次報道的LAMP法尤為耀眼和引人關注,目前占據超過60%的恒溫檢測市場。核酸檢測對LAMP技術如此親賴,究其原因,得益于其它恒溫檢測技術難以達到LAMP技術的綜合性優勢: |
- 反應速度極快,優化的引物組合可以達到15min內檢測到單copy分子,檢測速度接近或超過RPA和NASBA;
- 能夠達到超敏檢測極限,1-5copy的分子能夠穩定檢出,穩定性極高,其它任何恒溫技術難以達到如此穩定的水平;
- 結果判讀形式的多樣化,適應各種環境和條件下的核酸快速檢測。LAMP擴增作為終點判讀形式,可不借助任何其它輔助設備,裸眼觀察檢出結果。基于鈣黃綠素、HNB、紅黃變色、OG橙綠變色都可以肉眼觀察結果。LAMP同樣可借助濁度儀進行實時濁度分析。在反應體系中加入SYBR Green熒光染料后,可使用小型恒溫熒光儀進行實時檢測。以上這些結果判讀形式均可在野外等非標準實驗室進行,所需設備簡單、小巧、價格低廉、便于普及。除此外,傳統實驗室中的熒光定量PCR儀,同樣可進行LAMP檢測,可采用SYBR Green、MB探針法或LAMP TaqMan探針法,對于經常操作PCR檢測的人員來講,可以無縫對接、無需更換設備。
- 對RNA病毒的漏檢率低,由于RNA病毒的突變率較高,在PCR檢測中個別突變對PCR的擴增影響較大,容易造成病毒漏檢的假陰性。而LAMP識別靶基因8個區段,在這些識別區段中個別的突變對LAMP擴增影響較小,不易產生漏檢。
- 試劑穩定、易于使用。同RPA、NASBA等技術相比,LAMP與PCR法都采用單一酶(或雙酶)系統進行反應,生產批次穩定、反應酶系統耐高溫,試劑穩定性好。在檢測試劑中僅包含酶mix一管、引物/探針一管,使用方便,在熒光定量PCR機器上可方便的進行高通量檢測。而RPA、NASBA等系統需要多個復合酶,比例嚴謹、試劑穩定生產困難、保存運輸條件苛刻、難以高通量應用。
- LAMP法對耐受雜質能力最強。PCR、RPA、NASBA等擴增體系均需要進行核酸純化制備,在進行粗制品的直擴系統中,上樣量均較小(<10%),無法大體積上樣,雜質對這些擴增方法均影響較大。而LAMP法對大多數樣本的耐受性能達到20%以上,個別樣本的含量可以容忍到50%以上,如此大的上樣體積量,決定了LAMP具有更高的檢出率。
- 擴增反應同步病毒滅活,由于LAMP反應溫度在65℃的高溫條件下進行,在病毒液直擴中,反應過程中即可滅活病毒,降低耗材的污染風險。
- 高特異性,隨著LAMP用酶不斷改進、反應緩沖液的不斷優化、探針技術的搭配、引物設計理念的不斷改善,LAMP的非特異性擴增獲得質的提升,目前在優化的LAMP體系中,假陽性的情況已經得到根本改善,假陽性比例接近甚至低于PCR方法。
- 多重熒光探針的應用。隨著Bst DNA聚合酶和反應緩沖體系的不斷改進、LAMP TaqMan技術的發明,多重LAMP體系得以建立。這種多重的LAMP技術,達到了金標準TaqMan PCR的多靶基因、內參質控樣本的相同性能,符合到臨床應用的標準。
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二、建立核酸恒溫擴增技術平臺 |
于2014年啟動LAMP技術平臺的研發與搭建,基于分子工具酶研發經驗和蛋白質電子重構架技術,歷時6年時間打造出LAMP全系DNA聚合酶,包括:Bst2.0、Bst3.0、Bst4.0、Bst5.0、Bst7.0 DNA聚合酶。精心優化的反應體系,打造出性能卓越、高擴增效率、高特異性的IsoAmp Mix系列試劑,便于科研和診斷試劑的開發。上百萬次的測試,總結出更為高效的引物設計理念,為客戶提供免費的LAMP引物設計服務。多樣化的預混顯色試劑,滿足不同檢測需求,包括:可視化變色顯色(紅黃變色、OG變色、HNB變色)、濁度法、SYBR Green熒光法、恒溫熒光探針法、多重恒溫熒光探針法。除了提供頂級恒溫擴增用酶和預混mix試劑外,協助客戶進行恒溫擴增檢測試劑研發。 |
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三、 LAMP產品體系及應用 |
1. 原料基礎用酶 |
原料酶列表(全系提供含甘油和無甘油的酶版本) |
| 擴增速度 | 逆轉錄活性 | 雜質耐受性 | dUTP識別能力 | 應用 | Bst 2.0 | ** | ** | ** | **** | DNA LAMP SDA反應 | Bst 3.0 | **** | *** | **** | ** | LAMP和RT-LAMP反應 | Bst 4.0 | **** | ***** | **** | ** | RT-LAMP最佳用酶 | |
2. 不同顯色方式的優缺點比較 |
| 紅黃變色 | OG變色 | HNB變色 | 濁度法 | SYBR Green | 恒溫熒光探針 | 結果判讀方式 | 裸眼可視 | 裸眼可視 | 裸眼可視 | 裸眼可視 濁度儀 | 恒溫熒光儀 定量PCR儀 | 恒溫熒光儀 定量PCR儀 | 反應速度 | 20-30min | 15-20min | 20-40min | 25-30min | 15-25min | 15-30min | 靈敏度 | <5copy | <5copy | <50copy | <10copy | <5copy | <5copy | 單copy檢出率 | 30% | 30-50% | 困難 | 30% | >50% | >50% | 抗雜質能力 | ★★ | ★★★★★ | ★★ | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★★ | 假陽性控制能力 | ★★★ | ★★ | ★ | ★★★ | ★★★ | ★★★★★ | 高通量檢測能力 | ★★★★ | ★ | ★★★ | ★★★ | ★★★★★ | ★★★★★ | 易用性 | ★★★★ | ★★ | ★ | ★★★ | ★★★★★ | ★★★★★ | |
3. 恒溫擴增預混Mix系列 |
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關于LAMP核酸擴增的技術專利與商標:LAMP核酸擴增技術專利由日本榮研化學株式會社所擁有(專利號CN1420928A/CN1222614C)。除此外,LAMP商標也隸屬日本榮研化學株式會社。關于LAMP的商業化核酸檢測專利和商標授權使用,請聯系榮研生物科技(中國)有限公司。提供的恒溫擴增原料用酶與預混Mix系列產品,可用于LAMP擴增反應,但并不僅限于LAMP擴增,還可以進行RCA (Rolling Circle Amplification)、HDA(Helicase Dependent Amplification)、 SMAP(Smart Amplification Process)、CPA(Crossing Priming Amplification)等恒溫擴增方法。 |