CN1331346A - 乙肝病毒多态性检测芯片的制作方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及乙肝病毒基因多态性检测芯片的制作方法及其应用方法,具体地说,是根据已知的乙肝病毒基因分型和突变位点的信息,设计寡核苷酸探针,然后将探针固定在载玻片上构成乙肝病毒基因多态性检测芯片,将乙肝病毒DNA样品作全基因扩增并用荧光标记处理以后,与芯片杂交作用,根据杂交信号,得到有关乙肝病毒基因多态性的信息。

Description

乙肝病毒多态性检测芯片的制作方法及其应用

DNA芯片是随着“人类基因组计划”研究的发展应运而生的，它是近几年在高科技领域内出现的最具时代特征的重大科技进展之一。它是物理学、微电子学、化学与生命科学交叉综合的高科技。DNA芯片集成的不是电子元器件，而是利用或借助微电子芯片技术的集约化和平行处理原理，将大量具有生物学意义的特定序列的DNA片段有序地固化在硅衬底或玻璃上，利用DNA芯片，可快速、高效地获取大量的生命信息(包括基因识别、基因突变、基因测序和基因表达活性等)。它将对生命科学研究、医学诊断、新药筛选和新材料研究具有革命性的推动作用。也将对提高我国人口素质、健康水平、农业发展和环境保护等国家目标的实现作出巨大贡献。DNA芯片研究不仅具有重大的基础研究价值，而且具有巨大的商业化前景。

乙肝病毒是严重威胁我国人民身体健康的病原体微生物之一。我国约有1.2亿人口携带乙肝病毒，5岁以下幼儿感染乙肝病毒后转变为慢性乙肝患者可达30％，其中5-10％慢性乙肝患者将有可能发展成为肝硬化或肝癌。近十年来，通过接种乙肝疫苗在降低乙肝病毒感染率方面发挥了重要作用，但对乙肝的治疗和诊断方面进展不大。目前临床上诊断HBV感染的手段主要为检测HBV基因产物(HBsAg、HBeAg)及其抗体(Anti-HBs、Anti-HBc)的血清学方法及HBV DNA的斑点杂交和PCR法。近十年研究发现，HBV基因的多个位点如S、P及C基因区等易发生变异可导致HBV基因的多态性，给乙型肝炎的诊断、治疗和预防提出了新的问题，如漏检、疫苗免疫失败、耐药及临床病程变化等。因此，提供一种可具体反映HBV致病特征、耐药性、免疫逃逸等基因突变的基因诊断方法实为临床乙肝防治所必需。近年兴起的DNA芯片技术提供了检测乙肝病毒基因多态性的可能性，有可能成为协助临床诊断、治疗乙肝患者的有效手段。目前，国内研制的肝炎病毒检测芯片将乙肝病毒和丙肝病毒的保守序列固定在玻片上，只能检测出乙肝病毒或丙肝病毒，而不能检测出它们的分型。而本发明提供的乙肝病毒基因多态性检测芯片不仅可以检测是否有乙肝病毒和乙肝病毒的分型，而且可以获得发生突变的位点，以及有关的耐药性信息等，也可检测出丙肝分型，与传统的检测方法(血清学检测等)相比，具有速度快、正确率高、信息量大等优点，有利于临床确诊和提供疾病患者的治疗方案。

本发明的目的是提供乙肝病毒基因多态性检测芯片，具体地说，是根据乙肝病毒的基因分型、突变及耐药性信息设计均一的探针，然后将探针固定在修饰好的玻片上，用荧光标记、全基因扩增法扩增乙肝病毒DNA，然后与芯片杂交，从而得到乙肝病毒的相关信息，从而得到是否有乙肝病毒DNA，乙肝病毒DNA的基因分型，以及临床有意义的主要突变位点和耐药性信息等。

本发明的另一目的是提供上述芯片的制作方法及它的样品处理标记方法。

本发明的第三目的是上述所述芯片的应用。

乙肝病毒多态性检测芯片实质上是一种高密度的寡聚核苷酸(DNA探针)阵列，设计15-20聚针对相同突变位点、在中央位置有单碱基差异的寡核苷酸，且尽量将针对不同突变位点的寡核苷酸组的Tm值(解链温度)调整到大致相同。

  针对前核心区设计的探针为     长度         Tm

  TGGCTTTGGGGCAT               14           50

  TGGCTTTaGGGCATG              15           47.48

  TGGCTTTaGGaCATGGA            17           49.45

  GCTTTGGGaCATGGAC             16           48.1

另外，设计丙肝探针作为阴性对照。为了减少杂交的空间位阻，合成时，在寡核苷酸的5’端加一段polyT(连接臂)，连接臂的长度为8-20聚时，杂交效果好，最后为了使寡核苷酸能固定在玻片上，在寡核苷酸的5’端进行氨基修饰。

针对基因型区设计的探针为：          长度                Tm

ACCATGCAAGACCTGC                    16                 48.77

CATGCCGGACCTGC                      14                 50.47

TTCGCAAAATTCCTATG                   17                 47.41

TTTGGCAAGATTCCTATG                  18                 49.54

将上述合成好的探针稀释到30-40p mol/ul，通过点样仪转移到醛基修饰的玻片上，然后在25℃，75％相对湿度的环境中放置3天，3天后取出在室温下将玻片浸于0.2％SDS中，摇床上振动2分钟以除去自由存在的寡核苷酸室温下再将该玻片浸于纯水中摇床上振动2分钟，然后将玻片室温下干燥5分钟，干燥的玻片在室温下浸入硼氢化钠溶液中振摇，以除去自自存在的醛基，再将玻片浸于SDS中三次，每次一分钟。然后玻片在纯水中浸1分钟，再在95-100℃的纯水中浸2秒钟，以加快水份的挥发，获得乙肝病毒基因多态性检测芯片。

本发明乙肝病毒基因多态性检测芯片的制作方法如下：

1、载玻片的修饰。

2、探针设计及合成。

3、探针的固定。

4、芯片的应用。

本发明涉及DNA芯片及制作方法，更具体地说乙肝病毒基因多态性检测芯片及它的制作方法和应用。

本发明的目的是提供一种能检测是否有乙肝病毒DNA、乙肝病毒的基因分型、有关临床有意义的主要突变位点和耐药性信息等的乙肝病毒多态性检测芯片；本发明的另一目的是提供上述芯片的制作方法及它的样品处理标记方法，本发明的第三目的为上述芯片的应用。

本发明是提供乙肝病毒多态性检测芯片，具体地说，是根据乙肝病毒的基因分型、突变及耐药性信息设计均一的探针，然后将探针固定在修饰好的玻片上，用荧光标记、全基因法扩增乙肝病毒DNA，然后与芯片杂交，从而得到乙肝病毒的相关信息。

本发明乙肝病毒基因多态性检测芯片的制作方法，其步骤包括：

1、载玻片的修饰

取载玻片数片，置于1-3mol/L NaOH的50％-95％乙醇溶液中浸泡1-4小时，取出后用水荡洗数次，80-150℃烘干并冷却至室温。然后置于0.2％-2％的3-氨丙基三甲氧基硅烷95％丙酮溶液中浸泡2-10分钟，取出用丙酮洗数次，80-150℃烘0.5-1.5小时，并冷至室温，然后将玻片浸入45ml 0.1-0.2mol/L的磷酸钾溶液和5ml的25-40％戊二醛溶液的混合液中4小时，取出玻片，置75-85％相对湿度30℃10小时，然后用水冲洗，室温晾干备用。

2、探针设计及合成

设计15-20聚针对相同突变位点、在中央位置有单碱基差异的寡核苷酸，且尽量将针对不同突变位点的寡核苷酸探针的Tm值(解链温度)调整到大致相同。另外，设计丙肝探针作为阴性对照。为了减少杂交时的空间位阻，合成时，在寡核苷酸的5’端加上一段PolyT(连接臂)，实验证明，PolyT的长度为8-20聚时，杂交效果好。此外，为了使寡核苷酸能固定在玻片上，还需在其5’端进行氨基修饰。

3、探针的固定

将合成好的探针稀释到30-40pmol/ul，用微阵列芯片制作仪(Pixsys7500)将探针点制在处理好的玻片上，然后，将探针固定在玻片上。

4、芯片的应用

(1)样品的处理和标记

HBV全基因扩增：SDS-蛋白酶K法(见：“临床基因扩增实验指南”一书)提取乙肝患者血清中DNA。根据乙肝病毒基因负链有一缺口、正链部分仅为负链50-80％的特点设计两引物(引物1：5’-TGAAAAAGTTGCATGGTGCTG-3’；引物2：5’-CTTTTTCACCTCTGCCTAATC-3’)以使片段扩增回避缺口区。取适量DNA，分别加入dNTP、PCR缓冲液、引物及Taq DNA聚合酶(BM公司Expand High Fidelity System)等。PCR反应条件为94℃3分钟后行94℃50秒、55℃3分钟、72℃3分钟(每循环自动延长10秒)，30循环后于72℃延伸10分钟。

乙肝病毒全基因扩增样品的片段化：由于杂交时使用的片段大小一般为100bp左右，因此需打断3.2Kb的全基因扩增样品，用牛胰核糖酸酶(1U/ul)酶切的方法所得结果较为理想，且操作简便，重现性好。

(2)杂交和检测

取5ul酶切后的HBV DNA片段，加于20ul Easy Hyb(罗氏公司)中，混匀后与芯片进行杂交反应。杂交时间为30-40mins，杂交温度为40-50℃。

将杂交好的玻片，分别置于2×SSC(在800ml水中溶解175.3g NaCl和88.2g柠檬酸钠，加入数滴10mol/L NaOH溶液调节pH值至7.0，加水定容至1L，制成20×SSC，然后稀释10倍即为2×SSC)、0.1％SDS(十二烷基硫酸钠)溶液，0.1×SSC，0.1％SDS溶液和0.1×SSC溶液中各5min(摇床上振动)，取出后让玻片自然风干。

然后，将玻片放入激光共聚焦扫描仪(Scanner Array 3000)进行扫描检测，并分析检测结果。

优点与效果：

a、本发明的乙肝病毒基因多态性检测芯片具有检测灵敏度高的特点，可以分辨单个碱基的差别；

b、本发明的乙肝病毒基因多态性检测芯片，可以用于检测乙肝病毒的基因分型、重要的突变位点和耐药性信息等；

c、本发明中的样品处理，采用全基因扩增时加入荧光标记，然后酶切打断的方法，效率高，速度较快；

d、本发明的乙肝病毒基因多态性检测芯片还可以检测丙肝病毒的基因分型。

本发明附图说明：

图1是本发明的制造工艺流程图。

图2是单碱基差异分辨率的结果。

图3包括48种探针的乙肝病毒基因多态性芯片。

实施例一、载玻片的修饰

取载玻片数片，置于1.5mol/L NaOH的60％乙醇溶液中浸泡3h，取出后用水荡洗数次，140℃烘干并冷却至室温。将玻片置于1.5％的3-氨丙基三甲氧基硅烷95％丙酮溶液中浸泡3min，取出用丙酮洗10次，140℃烘1h并冷至室温，然后将玻片浸入45ml 0.15mol/L的磷酸钾溶液和5ml的35％戊二醛溶液的混合液中4小时，取出玻片，置80％相对湿度30℃10小时，然后用水冲洗，室温晾干备用。

实施例二、探针的设计

针对Precore区(前核心区)(1989 TGG-TAG，1901 GGC-GAC)

    设计的探针为：                 长度        Tm

TGGCTTTGGGGCAT                      14         50

TGGCTTTaGGGCATG                     15         47.48

TGGCTTTaGGaCATGGA                   17         49.45

GCTTTGGGaCATGGAC                    16         48.12

针对基因型区

    设计的探针为：                 长度        Tm

ACCATGCAAGACCTGC                    16         48.77

CATGCCGGACCTGC                      14         50.47

TTCGCAAAATTCCTATG                   17         47.41

TTTGGCAAGATTCCTATG                  18         49.54

以上探针由上海生物工程公司合成

实施例三、探针的固定

将合成好的探针稀释到30-40pmol/ul，通过点样仪转移到醛基修饰的玻片上，此后，经以下处理：

1.在25℃、75％相对湿度的环境中放置3天。

2.取出后室温下将玻片浸于0.2％SDS中(2mins，摇床上振动)以去除自由存在的寡核苷酸。

3.室温下将玻片浸于纯水中(2mins，摇床上振动)。

4.取出后让玻片在室温下充分干燥(5mins)。

5.室温下将玻片浸入硼氢化钠溶液(1克硼氢化钠、300ml磷酸缓冲液PBS、100ml 100％乙醇)中(5mins，摇床上振动)以去除自由存在的醛基。

6.室温下将玻片浸于0.2％SDS中(3次1mins)。

7.将玻片浸于纯水中(1mins)。

8.将玻片浸于纯水(95-100℃，2秒)中以加速水分挥发。

实施例四、样品的全基因扩增和处理

自100ul乙肝患者血清中用SDS-蛋白酶K法提取乙肝病毒DNA。取适量DNA，分别加入dNTP、PCR缓冲液、引物及TaqDNA聚合酶(BM公司Expand High Fidelity System)等。PCR反应条件为94℃3分钟后行94℃50秒、55℃3分钟、72℃3分钟(每循环自动延长10秒)，30循环后于72℃延伸10分钟。取5ulPCR反应物上0.8％凝胶电泳，EB染色观察结果并定量。取2-3ug(10ul)的HBVDNA，在50mM Tris-HCL、PH7.9、10mM NaCl、8mM MgCl2及10mM CaCl2的缓冲系统中，用0.3U牛胰核糖酸酶(1U/ul)消化，30℃ 15mins，90℃ 10mins终止酶切反应及使酶切片段变性(电泳结果显示：片段长度在100-200bp)。

实施例五、杂交和检测

取标记好的样品溶液加至芯片上，盖上盖玻片置于湿盒中45℃杂交30分钟，然后置2×SSC，0.1％SDS溶液中洗5min，0.1×SSC，0.1％SDS溶液中洗5min，0.1×SSC溶液中荡洗数遍，晾干。

将杂交完毕晾干的cDNA微阵列芯片用激光共聚焦扫描仪在适当条件下扫描检测其杂交信号，根据信息的强弱来获得乙肝分型和突变位点的信息。

Claims (8)

1、一种乙肝病毒基因多态性检测芯片，其特征在于设计15-20聚探针，探针的Tm值(解链温度)基本相同，突变位点尽可能位于序列中间。

针对前核心区设计的探针为：               长度             Tm

  TGGCTTTGGGGCAT                        14              50

  TGGCTTTaGGGCATG                       15              47.48

  TGGCTTTaGGaCATGGA                     17              16

  GCTTTGGGaCATGGAC                      17              49.45

针对基因型区设计的探针为：

  ACCATGCAAGACCTGC                      16              48.77

  CATGCCGGACCTGC                        14              50.47

  TTCGCAAAATTCCTATG                     17              47.41

  TTTGGCAAGATTCCTATG                    18              49.54

通过点样仪转移到醛基修饰的玻片上，经SDS，硼氢化钠溶液，纯水处理制成。

2、一种乙肝病毒基因多态性检测芯片制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)载玻片的修饰；

(2)探针设计及合成；

(3)探针的固定。

3、根据权利要求2所述的乙肝病毒基因多态性检测芯片制作方法，其特征在于：载玻片用1-3mol/L NaOH的50％-95％乙醇溶液中浸泡1-4小时85-150℃烘干，冷却到室温，置于0.2％-2％的3-氨丙基三甲氧基硅烷95％丙酮溶液中浸泡2-10分钟，取出用丙酮冼，80-150℃烘0.5-1.5小时，冷到室温，然后将玻片浸入0.1-0.2mol/L磷酸钾溶液和5ml的25-40％戊二醛溶液的混合液中4小时，取出玻片，置75-85％相对湿度30℃10小时.然后用水冲洗室温晾干。

4、根据权利要求2所述的乙肝病毒基因多态性检测芯片制作方法，其特征在于寡核苷酸的5′端加上一段连接臂(polyT)，连接臂的长度为8-20聚时，5′端进行氨基修饰。

5、根据权利要求2所述的乙肝病毒基因多态性检测芯片制作方法，其特征在于将探针稀释30-40p mol/μl通过点样仪转移到醛基修饰的玻片上，再经25℃，75％相对湿度的环境中放3天。室温下将玻片浸于0.2％SDS振摇数分钟，然后，玻片浸入纯水中振摇数分钟，室温干燥数分钟。再浸入硼氢化钠溶液中振摇数分钟，再浸于0.2％是SDS三次，每次1分钟，玻片浸于纯水中。

6、根据权利要求1所述的乙肝病毒基因多态性检测芯片的应用，其特征在于根据乙肝病毒基因分型、突变及耐药性信息设计探针，用荧光标记，全基因法扩增乙肝病毒DNA与芯片杂交从而得到乙肝病毒的相关性信息。

7、根据权利要求1所述的乙肝病毒基因多态性检测芯片的应用，其特征在于根据丙肝病毒的分型信息，设计相应的探针作为阴性对照，应用于检测丙肝病毒的基因分型。

8、根据权利要求6所述的乙肝病毒基因多态性检测芯片的应用，其特征在于乙肝病毒DNA样品处理方法为全基因扩增样品并加上荧光标记，然后用核酸酶切断成适当长度；或者全基因扩增样品，然后用核酸酶切断成合适长度后，再用末端标记法加上荧光标记。

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