解决方案 | 环介导等温扩增（LAMP）原理浅析-技术前沿-资讯-生物在线

解决方案 | 环介导等温扩增（LAMP）原理浅析

作者：无锡耐思生命科技股份有限公司 2023-02-03T13:25 (访问量:6242)

环介导等温扩增（Loop-Mediated Isothermal Amplification，LAMP）是2000年由T. Notomi等人研发出来的一种等温核酸扩增技术。它的特点是能够在恒温条件下完成对DN**段的扩增，从而实现基因检测的目的。这篇文章通过卡通的表现方式来解析LAMP的扩增原理。

01 DNA及其扩增的几个基本规则

1.DNA双链的互补性与方向性：

自然界的大多数DNA都以双链形式存在：正负配对，就像一对磁铁。而且正负链的方向相反，一个从左往右，一个从右往左。DNA链的序列称为一级结构，正负链之间会形成很多氢键（虚线）来稳定结构，形成“二级结构”。而图2中的DNA单链自身就会通过序列互补形成“哑铃”型的二级结构。

图1：DNA双链和正负链通过氢键（虚线）结合，1234都是链中任意的序列

图2：DNA一级序列通过互补配对形成二级结构

2.DNA扩增需要“引物”，且只能延一个方向扩增：

引物是人工合成的可以和长DNA链互补的短序列，目的是实现DNA的扩增。DNA扩增的这种特性主要由DNA聚合酶决定。DNA聚合酶——无论是PCR中的Taq酶，还是LAMP中的Bst酶，都需要识别引物来开始序列扩增。引物的末端有暴露的-OH羟基，是DNA聚合酶的结合位点之一。聚合酶会在引物后端按照模板互补扩增，直至无链可扩。为了方便起见，本文中所有结合了DNA聚合酶并且可以扩增的唯一方向都用红色箭头表示，且当扩增结束时，红色箭头会变为普通的末端，不能继续延伸。

图3 引物、DNA聚合酶和扩增方向（√符号示意）

3.Bst DNA聚合酶的“链置换活性”：

氢键是一种可强可弱的相互作用力，在高温时会断开，降温时会稳定，而LAMP的反应温度则处于两者之间（65℃），因此LAMP反应中的氢键理论上处于一种动态平衡的状态。LAMP中使用的Bst DNA聚合酶具有很强的“链置换活性”，两条链之间氢键可能会在断开后立马和其它链形成新的氢键（图4）

图4 Bst聚合酶的链置换活性

02“哑铃型”核酸结构开始的LAMP扩增

2.1临床检查

现在我们就可以来看看LAMP是如何通过巧妙的设计来完成等温扩增。与大多数叙述LAMP的文章不同，本文直接从LAMP扩增最关键的“哑铃型”核酸入手，将它作为起点，来分解LAMP的扩增原理。笔者自制了反应过程中的中间结构（.5与.75结构）以帮助理解。

这个“哑铃型”核酸就是刚才见过的自带双环结构的DNA，它的两端可以自身配对，这种结构恰恰就自带引物结构，提供扩增的起始位点（图5）。

图5 哑铃型核酸以自身为模板的扩增（1）→（2）

LAMP中并不是没有引物，但它的引物有双重作用，其中之一就是与结构（2）中存在的单环结合完成扩增形成结构（3）（图6）。