第 63 期 2004-09-08

研究發展
Primer Design Assistant -- 有效提高實驗效能與成功率

PCR技術對一般的分子生物實驗室來說,是非常普遍及基本的DNA複製方法,其應用層面十分廣泛,由疾病偵測、病原檢驗到親子鑑定等,是近代生物醫學大幅進步的重要關鍵技術。核酸引子的設計更是實驗設計的重要部分。好的核酸引子能夠提高專一性及穩定性,也決定了實驗的正確性及可重複性。

有鑑於一般常用的PCR核酸引子設計程式,所套用的模型往往過於簡化,而無法找到最合適的引子配對,我們在2003年推出了一個以開放軟體(Open Source)為基本架構,免費的線上核酸引子設計工具,名為Primer Design Assistant (PDA)(圖一)。其設計考量因子涵蓋了大部份已知會影響PCR實驗的可能原因,包括total GC content、terminal GC content、Tm、secondary structure、ion strength、G/C clamp、repeat sequences及是否包括特定序列區塊等,並濾除可能造成hairpin或是dimer的引子序列,同時也將熱動力學(thermodynamic theory)及實驗室經驗融合到整個系統之中。另外,為了因應High throughput大規模實驗(譬如大量的PCR反應或是微矩陣晶片Microarray 相關研究)所需,PDA可以容許一次單筆或多筆核酸序列資料同時進行線上最佳化分析,均一化所需批次進行的PCR反應條件,有效地提高實驗的效能比與成功率。

PDA所設計之引子經實驗室驗證,確能大幅提高PCR之成功率達97%。透過這套系統,我們也於2003年5月,以Nested PCR結合Realtime PCR的手法,成功地研發出高敏感度之SARS檢測方法(可偵測病毒顆粒少於10個的檢體)。PDA之論文已發表於國際知名期刊Nucleic Acid Research,於2003年7月Bioinformatics Web Application Issue刊出。

從發表至今約一年左右的時間,共有約九千餘人次造訪PDA 網址( http://dbb.nhri.org.tw/primer/ ) 產生了共約七萬三千條的核酸引子序列(圖二)。依造訪的網路位址來看,使用者遍佈15個國家﹔其中以國內的使用者人數居冠,共有兩千兩百四十個人次,產生了近兩萬條的核酸序列。美國地區則為次多,共有近一千九百個人次,產生了約一萬六千條的核酸序列。其他如日本、加拿大、比利時等,也都有眾多使用者上線的紀錄(圖三)。相關的使用統計數值及時分析,請參閱網站或直接連結至 http://dbb.nhri.org.tw/primer/stat/stat.php

PDA系統之建置,乃由國衛院生物統計與生物資訊研究組熊昭組主任、林仲彥助研究員、資深工程師羅存仁先生、卓啟祥先生,所組成的研發小組以近一年的時間進行開發,在中央研究院基因體中心幹細胞實驗室陳淑華博士的協同合作下,完成系統優化、整體架構以及實作驗證。小組所推出的核酸引子設計工具-Primer Design Assistant (PDA)在短短一年的上線服務期間,不僅吸引了國內外的生物醫學研究社群前來使用,更於SARS疫情急速蔓延的同時,快速地提供了高感度的PCR檢測引子。這樣一個傲人的研究成果,不僅展現同仁們對研究工作的盡心付出,也進一步實現國家衛生研究院肩負促進國內生物醫學相關研究及改善國民衛生健康的使命。
《文/圖:林仲彥》