一种基于热力学优化的特异性核酸杂交方法

摘要

本发明涉及一种基于热力学优化的高特异性核酸杂交方法，包括：该方法主要根据核酸反应热力学最近邻模型，计算DNA以及RNA反应的热力学参数，从理论上阐明探针特异性的理论极限，同时计算出不同单碱基突变的特异性差异与热力学性质，并在计算机上模拟预测出不同的核酸反应结果；设计出具有理论优化过的具有高特异性的核酸探针。本发明基于热力学计算设计出的探针特异性达到了理论上最优结果；稳定性好，保存时间长；检测过程及其简单；且检测时间短；检测过程不受环境温度影响，同时不受溶液中盐离子浓度影响；该方法能够满足临床需求，在医学方面具有很好的应用前景。

主权项

一种基于热力学优化的特异性核酸杂交方法，包括：(1)针对预检测的目的靶标X，设计多个结构具有差别并与目的靶标相匹配的链置换探针PC，与目的靶标序列的反应作为反应1，反应产物为P和XC，与具有单碱基突变的靶标S的反应作为反应2，反应产物为P和SC；分别计算反应1和反应2中每一种核酸分子的标准吉布斯自由能ΔG⁰、标准熵ΔS⁰以及标准焓ΔH⁰，并根据此计算出反应1和反应2的标准吉布斯自由能变化量Δ_rG⁰，标准熵变化量Δ_rS⁰以及标准焓变化量Δ_rH⁰；结合各反应物的初始浓度，最终分别计算出反应1与反应2的杂交产物产量；其中，杂交产物产量的计算公式为：${\lambda }_1=\frac{3e^{\frac{1}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(1)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(1\left)\right)}-\sqrt{e^{\frac{2}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(1)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(1\left)\right)}+14e^{\frac{1}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(1)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(1\left)\right)}+1}+1}{2e^{\frac{1}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(1)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(1\left)\right)}-2};$${\lambda }_2=\frac{3e^{\frac{1}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(2)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(2\left)\right)}-\sqrt{e^{\frac{2}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(2)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(2\left)\right)}+14e^{\frac{1}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(2)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(2\left)\right)}+1}+1}{2e^{\frac{1}{R}\left({\Delta }_r{S}^0\right(2)-\frac{1}{T}{\Delta }_r{H}^0(2\left)\right)}-2}$其中R为理想气体常数，T为反应温度；(2)根据步骤(1)的杂交产物产量，选出倾向于反应1的探针；最后合成选出的探针，实现目的靶标特异性检测；所述倾向于反应1的探针的判断标准为：链置换探针PC与目的靶标X的反应产量大于链置换探针PC与单碱基突变靶标S的反应产量。