新型DNA分子逻辑门的构建及其初步应用

发布时间：2017-03-20 13:10

  本文关键词：新型DNA分子逻辑门的构建及其初步应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：核酸(DNA/RNA)具有精确的分子识别能力以及强大的信号存储能力。利用核酸(DNA/RNA)分子的生物学特性来构建分子级别的逻辑门并实现逻辑运算是近年来计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域,尤其是新型DNA分子逻辑门的构建及其应用,引起了国内外科研人员的广泛关注。DNA分子逻辑门的输入信号与输出信号是在分子水平上实现两个或多个复杂运算系统,输出对象的信号运算所得到相应的逻辑门信号,使信号适用于“1”和“0”的二进制逻辑运算,从而实现数字运算。凝血酶是一种在人体抗凝、促凝的凝血级联反应中有着重要作用的生物活性蛋白。近年来在临床、实验室、组织病理学和药理学研究都有所表明。凝血酶促进肿瘤细胞的生长、侵袭和自发性转移,同时也刺激肿瘤血管新生。凝血酶检测具有重要现实意义。MicroRNAs (miRNAs)是一类内源性的具有调控功能的非编码RNA,参与生命活动的多条调节途径,包括发育、病毒防御、造血过程、器官形成、细胞增殖凋亡和脂肪代谢等。简单、灵敏、安全的miRNAs的检测方法在生命活动研究,尤其是疾病机理探讨方面具有重要作用。基于此,本论文基于分子工程和纳米技术,构建新型DNA分子逻辑门实现对凝血酶和miRNA的检测,主要开展了以下三个方面的工作：1、发展了一种基于核酸适体-胶体金技术构建蛋白质的DNA分子逻辑门体系。我们以凝血酶为检测目标来构建新型的DNA分子逻辑门。在此体系中,通过利用功能化的金纳米颗粒,同时巧妙设计胶体金与凝血酶适体相结合,选用凝血酶作为逻辑门的输入,利用凝血酶与其核酸适体特异结合,释放出监测探针上的胶体金结合位点,引起胶体金团聚,实现逻辑门信号输出。2、发展了基于链置换反应-荧光共振能量转移构建miRNA的DNA分子逻辑门体系。我们以microRNA-195和microRNA-21为检测目标来构建新型的DNA分子逻辑门。microRNA-195是miRNA-15a、15b、16、195、497家族中的重要-员,其在肿瘤的发生发展以及恶性生物学行为调控中发挥着重要的作用。microRNA-21的编码基因定位于17q23.2,研究发现miRNA-21在肿瘤的发生发展过程中扮演着非常重要的角色,在不同类型肿瘤中的表达均出现明显上升,与肿瘤细胞的增殖、侵袭、血管的生成和抗药性等生物学行为相关。构建基于FRET和TOEHOLD介导链置换的逻辑门系统对miRNA诊断检测。3、发展了一种基于核酸外切酶-聚合酶的miRNA的DNA分子逻辑门。我们以let-7d为检测目标来构建DNA分子逻辑门。let-7d是let-7家族中的一种,let-7家族的表达水平在肺癌、卵巢癌、乳腺癌等细胞中显著下调。针对let-7d,我们引入核酸外切酶I-聚合酶构建检测体系。核酸外切酶I,在没有靶物质存在时检测体系中的核酸探针和引物被降解,几乎没有输出,大大地降低背景信号,提高了检测的灵敏度。第二,核酸探针的设计、靶结合域的调整都有利于延伸聚合反应产物长度和放大嵌入SG染料的荧光响应信号,在靶物质输入时,荧光染料的输出信号明显增加.该方法检测下限达到50zM。
【关键词】：DNA分子逻辑门 胶体金 核酸适体 凝血酶 miRNA
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R446.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 本文所用英文缩写词表10-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 分子逻辑门的概述13
• 1.2 分子逻辑门的分类13-16
• 1.2.1 与门(AND GATE)14
• 1.2.2 是门(YES GATE)14-15
• 1.2.3 非门(NOT GATE)15
• 1.2.4 或门(OR GATE)15
• 1.2.5 与非门(NAND GATE)15
• 1.2.6 或非门(NOR GATE)15-16
• 1.2.7 异或门(XOR GATE)16
• 1.2.8 禁止门(INHIBIT GATE)16
• 1.3 DNA分子逻辑门的应用16-22
• 1.3.1 DNA分子逻辑门在荧光检测中的应用16-19
• 1.3.2 DNA分子逻辑门在电化学方法生物分析中的应用19-20
• 1.3.3 DNA分子逻辑门在比色法检测中的应用20-22
• 1.4 本论文拟开展的工作22-24
• 第2章 基于核酸适体-胶体金技术构建凝血酶的DNA分子逻辑门24-33
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-26
• 2.2.1 实验仪器与试剂25-26
• 2.2.2 实验方法26
• 2.3 实验结果和讨论26-31
• 2.3.1 实验设计原理26-27
• 2.3.2 功能化金纳米的制备及表征27-30
• 2.3.3 对凝血酶的检测30
• 2.3.4 特异性的考察分析30-31
• 2.4 小结31-33
• 第3章 基于链置换反应-荧光共振能量转移构建MIRNA的DNA分子逻辑门33-40
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.2.1 仪器与试剂34-35
• 3.2.2 链置换反应35
• 3.2.3 荧光检测35
• 3.3 实验结果和讨论35-38
• 3.3.1 实验设计原理35-36
• 3.3.2 运用YES逻辑门对miRNA的检测36-37
• 3.3.3 运用AND GATE(与门)对miRNA的检测37-38
• 3.3.4 特异性的考察与分析38
• 3.4 小结38-40
• 第4章 基于核酸外切酶-聚合酶构建MIRNA的DNA分子逻辑门40-47
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-42
• 4.2.1 仪器与试剂40-41
• 4.2.2 实验方法41-42
• 4.3 实验结果和讨论42-46
• 4.3.1 实验设计原理42-43
• 4.3.2 核酸探针茎部的设计43-44
• 4.3.3 核酸外切酶Ⅰ功能考察与分析44-46
• 4.4 小结46-47
• 结论47-48
• 参考文献48-55
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录55-56
• 致谢56

  本文关键词：新型DNA分子逻辑门的构建及其初步应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：257854