полимеразная цепная реакция. Анализ методом ПЦР основан на обнаружении в материале исследования небольшого фрагмента ДНК возбудителя той инфекции, которую подозревает врач. ПЦР с анализом результатов по конечной точке (End-point PCR) – это модифика-ция метода ПЦР, которая позволяет учитывать результаты реакции по наличию флуо-ресценции после амплификации. Материалом для исследования методом ПЦР служит ДНК возбудителя. один из наиболее чувствительных и надежных количественных методов анализа экспрессии генов.
Чем отличается диагностика ПЦР от ИФА
Методика полимеразной цепной реакции Метод постановки ПЦР требует наличия в реакционной смеси ряда основных компонентов: праймеры, Taq-полимераза, смесь дезоксинуклеотидтрифосфатов, буфер, анализируемый образец. Праймеры — искусственно синтезируемые олигонуклеотиды, как правило, размером от 15 до 30 нуклеотидов, которые идентичны соответствующим участкам ДНК-мишени. Играют ключевую роль в амплификации, образуя продукты реакции. Для полимеразной цепной реакции последовательности праймеров очень важны, потому что реакционный цикл имеет определенные величины температур, используемые на этапах нагрева и охлаждения. Кроме того, большой избыток праймеров в реакционной смеси ПЦР приводит к тому, что они с большей вероятностью сталкиваются с частично комплементарным праймером, чем с полностью комплементарной ДНК матрицой. Таким образом, следует избегать комплементарностипраймеров друг другу.
Этот фермент довольно часто используется при проведении стандартной ПЦР. Таким образом, она может оставаться активной после каждого из шагов денатурации. Для оптимального включения оснований в синтезируемую цепь ДНК их обычно добавляют к реакционной смеси ПЦР в эквимолярных количествах. Как правило, конечная концентрация каждого дезоксинуклеозидтрифосфата составляет 0,2 мМ. Буфер — смесь катионов и анионов используемая в определенной концентрации, обеспечивающая оптимальные условия для реакции, а также стабильное значение рН.
Значение рН буфера колеблется от 8,0 до 9,5 и стабилизируется Трис-HCl. Одним из компонентов буфера Taq-полимеразы является ион калия KCl , который способствует отжигу праймеров. Буферная концентрация ионов магния является еще одним важным фактором для правильного функционирования ДНК-полимеразы. Ионы магния служат кофактором для ДНК полимеразы. Анализируемый образец — вносимый в реакционную смесь препарат, обычно содержащий искомую ДНК, служащую мишенью для амплификации.
В случае отсутствия ДНК-мишени продукт не образуется. Иногда для удобства детекции или контроля эффективности в состав реакционной смеси могут быть внесены дополнительные компоненты. Внутренние контроли — несвойственный данному организму фрагмент ДНК, как правило, большего размера, ограниченный специфическими праймерами. Практически представляет собой альтернативную матрицу ПЦР и позволяет контролировать эффективность амплификации в каждой конкретной пробирке. ДНК-зонды — искусственно синтезированные олигонуклеотиды небольшого размера около 30 нуклеотидов , комплементарные специфическим ампликонам продуктам реакции.
Могут использоваться для детекции продуктов ПЦР, благодаря прикрепленным к ним изотопным или флуоресцентным меткам. Эти компоненты способны понижать температуру денатурации матрицы или стабилизируют ДНК-полимеразу. Если в пробе имеется искомая ДНК, с ней происходит ряд последовательных цикличных реакций, которые различаются температурными режимами. Ход реакции Амплификация может включать в себя множество циклов, но все они состоят из трёх этапов: денатурация, отжиг, элонгация [1]. Денатурация — процесс перехода двухнитевой формы ДНК в однонитевую из-за разрыва водородных связей между комплементарными парами оснований при воздействии высоких температур.
Отжиг — процесс присоединения праймеров к одноцепочечной ДНК-мишени. Отжиг происходит благодаря правилу комплементарностиЧаргаффа.
Достоинства метода ПЦР Высокая чувствительность исследования Чувствительность метода такова, что амплифицировать в ПЦР и выявить целевую последовательность можно даже в том случае, если она встречается однажды в образце из 105 клеток. Специфически подбирая компоненты реакции праймеры , Вы можете одновременно выявлять ДНК близкородственных микроорганизмов. Универсальность метода ПЦР Дело в том, что для ПЦР-диагностики инфекционных заболеваний, либо наследственных заболеваний человека можно использовать одно и то же оборудование, следовать универсальным процедурам подготовки образцов проб и постановки анализа, а также однотипные наборы реактивов. Экономия времени Важное преимущество ПЦР — отсутствие стадий культуральной микробиологической работы.
Подготовка образцов, проведение реакции и анализ результатов максимально облегчен и во многом автоматизирован.
Большое внимание уделялось и различным аспектам молекулярной диагностики. ПЦР-диагностика в настоящее время представляет собой очень детальный, сложный и многоэтапный процесс, поэтому вектором развития для лабораторий докладчик назвал внедрение современных автоматизированных и программных решений наравне с новыми тест-системами. Это поможет, во-первых, избежать ошибок, возникающих вследствие человеческого фактора, ведь в предыдущие два года, когда количество выполняемых исследований и нагрузка на сотрудников резко возросли, увеличилось и число ошибок, случаев контаминации и задержек выдачи результатов. Во-вторых, внедрение цифровизации ПЦР-диагностики увеличит пропускную способность лаборатории и поспособствует лавинообразному росту количества выполняемых анализов.
В-третьих, это позволит сохранить все данные и сделать их доступными специалистам с любой момент. Максим Ионов подчеркнул, что в лабораториях существует не только физический поток образцов, который идет по всем этапам выполнения ПЦР-исследования, но и поток информации об образце — от направления на анализ до результата. Программа называется FRT Manager, и ее задача — автоматизировать ПЦР-амплификацию на всех этапах: до запуска термоциклера, во время его работы и после получения результатов.
В них происходит анализ на предмет присутствия возбудителей инфекционных, паразитарных или вирусных заболеваний. Суть ПЦР состоит в многократном «клонировании» находящихся в исследуемом материале фрагментов ДНК инфекционного агента. ПЦР диагностика инфекций считается наиболее быстрым, современным методом. ПЦР диагностику используют повсеместно. Все ведущие клиники используют диагностику ПЦР для верификации инфекционных заболеваний.
Часто пациенты спрашивают, какие именно заболевания можно выявить при помощи метода ПЦР диагностики? Диагностика методом ПЦР используется для выявления широкого спектра возбудителей. Как делают ПЦР анализ? Такое исследование проводится одинаково для диагностики любого заболевания. Разница может быть лишь в исследуемом субстрате. Для этого пробирку с биоматериалом помещают в реактор, где с помощью катализаторов происходит процесс копирования молекул ДНК возбудителя инфекции. Метод ПЦР очень быстрый и простой.
В Роспотребнадзоре объяснили, чем отличается экспресс-тест на COVID-19 от ПЦР
Лучше всего комбинировать различные методы исследования – помимо определения самого возбудителя методом ПЦР необходимо оценивать и иммунный ответ организма, который определяется традиционными уже серологическими методами, например, ИФА. Анализ ПЦР – полимеразная цепная реакция, позволяющая многократно увеличить объем микробной среды и определить возбудителя. ПЦР диагностика является быстрым и точным методом исследования, когда невозможно вывить возбудителя другими методами.
Похожие статьи
- На чем основана диагностика при помощи ИФА
- Содержание:
- Как проводят анализ методом ПЦР: описание процедуры
- ПЦР анализ – что это такое, как делают ПЦР анализ крови.
- ПЦР-диагностика: суть подхода
ПЦР: сверхчувствительная диагностика инфекций
В 1977 году Фредерик Сенгер разработал метод определения нуклеотидной последовательности ДНК секвенирование по Сенгеру , который основан на достройке второй ДНК цепи мечеными нуклеотидами, что позволяет однозначно детектировать их порядок. Эти и другие открытия подготовили почву для того, чтобы в 1984 году Кэри Муллис предложил технологию, позволяющую специфически амплифицировать короткие ДНК-фрагменты в искусственных условиях — метод ПЦР. Хронологическая последовательность ключевых открытий, которые послужили основой для создания технологии ПЦР. Сегодня, когда метод ПЦР стал неотъемлемой составляющей как биологических наук, так и медицины, практически невозможно представить, что потребовалось немало времени, прежде чем эта методика заслужила внимание специалистов. Между тем, это было именно так! И на то было две основных причины. Ученому пришлось изрядно потрудиться, чтобы убедить руководителей в исключительных перспективах разработанного им метода.
Во-вторых, ПЦР-технология в том виде, в котором она была предложена Кэри Муллисом, требовала доработки. Из-за этого полимеразу приходилось добавлять после каждого цикла, что существенно увеличивало как стоимость реактивов, так и времязатраты экспериментатора. Этот недостаток удалось преодолеть в 1986 году, когда Муллис и его научная группа решили использовать Taq-полимеразу, обладающую термоустойчивостью. Были и другие трудности, но их все удалось преодолеть, и со временем ПЦР-технология заняла почетное место среди других успешно применяющихся технологий. Полимеразная цепная реакция: принцип работы Несмотря на революционное значение, принцип ПЦР основан на довольно базовых свойствах молекулы ДНК. Чтобы понять этот принцип, необходимо вспомнить, как устроена молекула ДНК и как осуществляется ее удвоение в клетке — репликация.
ДНК представляет собой длинный полимер, состоящий из нуклеотидов — своего рода букв алфавита, — на котором записана вся генетическая информация о нашем организме. Только разных букв — нуклеотидов — в этом алфавите всего 4: аденин А , тимин Т , гуанин Г и цитозин Ц. Нуклеотиды в составе ДНК образуют две нити, которые комплементарно связаны между собой: нуклеотид А в одной цепи строго соответствует нуклеотиду Т в другой цепи, а Г соответствует Ц Рис. А: Строение молекулы ДНК.
Подготовка к ПЦР-анализу кала Кал следует сдавать до приёма антибиотиков или не ранее, чем через 12 часов после приёма препарата. За 72 часа до исследования откажитесь от использования ректальных свечей и масел, слабительных средств и клизм, а также прекратите приём препаратов, оказывающих влияние на работу кишечника и окраску кала. Соберите образец кала после естественного опорожнения кишечника без применения клизм или слабительных средств. Позаботьтесь о том, чтобы в биоматериал не попали посторонние примеси: вода, моча, выделения половых органов, дезинфицирующие средства и химические вещества, содержащиеся в подгузниках: перед дефекацией вымойте и высушите промежность; соберите кал с чистой и не впитывающей влагу поверхности: это может быть чистый пакет из полиэтилена, клеёнка, чистое судно или горшок. Собирать кал из унитаза, пелёнок или подгузников — нельзя!
Поместите 1—2 чайные ложки биоматериала в герметичный контейнер. Если нужно выполнить несколько анализов, подготовьте для каждого исследования отдельную порцию биоматериала в отдельном контейнере. Доставьте контейнер в лабораторное отделение в течение 2 часов после сбора. Чтобы сохранить температуру контейнера, можно поместить его в термос с кубиком льда или в пакет с хладоэлементами. Если отслеживаете показатели в динамике, сдавайте каждый анализ при одинаковых условиях: в том же лабораторном отделении, тем же методом. Исследования для оценки эффективности лечения, как правило, проводят через 2—4 недели после приёма антибактериальных препаратов. Подготовка к ПЦР-анализу слюны За 24 часа до исследования по предварительному согласованию с лечащим врачом следует отказаться от терапии полости рта какими-либо лекарственными препаратами. За 3 часа до исследования рекомендуется отказаться от курения, употребления пищи и гигиены полости рта полоскание, чистка зубов, применение освежителей для рта, употребление леденцов, жевательной резинки.
И, наконец, в заключительной третьей стадии, "фермент-строитель" достраивает нити, восстанавливая ДНК. В настоящее время весь этот сложный процесс протекает в одной пробирке и состоит из повторяющихся циклов размножения амплификаций определяемой ДНК с целью получения большого количества копий, которые могут быть, затем выявлены обычными методами. То есть из одной нити ДНК мы получаем сотни тысяч или миллионы копий. Поначалу для каждой стадии использовали отдельную водяную баню, что сильно увеличивало время получения результата. Поставить "на поток" метод помогли специальные автоматические термостаты - амплификаторы, в которых изменение температуры происходит по заданной программе. Современный амплификатор — сложный электронный прибор, не только управляющий циклами амплификации и поддерживающий необходимые температуры, но и делающий количественные замеры после каждого цикла. В её основе лежит принцип флуоресцентной детекции продуктов ПЦР непосредственно в ходе амплификации. Детекция продуктов амплификации проводится прямо в реакционной среде через стенки или крышку закрытой пробирки. Для этого в состав реакционной смеси, наряду с праймерами и другими компонентами реакции, добавлены специальные флуоресцентные метки зонды. Флуоресцентный зонд выполнен по той же технологии, что и праймер и отличается он него тем, что на одном его конце прикреплена флуоресцентная молекула флуорофор , а на другом конце расположена специальная молекула-гаситель флуоресценции. За счёт близости гасителя, энергия поглощаемая флуорофором не вызывает флуоресцентного свечения, а целиком передаётся гасителю. При этом, при облучении смеси ультрафиолетом, флуоресцентный отклик полностью отсутствует. Дальше всё происходит, так же, как было описано выше: В ходе ПЦР при повышении температуры происходит денатурация ДНК с распадом на две половинки. Зонд вместе с праймерами присоединяется к комплементарному участку ДНК. При этом флуорофор и гаситель освобождаются, расстояние между ними увеличивается и эффект гашения перестаёт работать. Теперь при облучении смеси ультрафиолетом, мы получим устойчивый флуоресцентный сигнал-отклик от флуорофора. Изготавливая молекулы флуорофора с разным цветом свечения можно проводить одновременный поиск разных возбудителей в одной пробирке. Большинство используемых сегодня, для ПЦР диагностики, амплификаторов , относится к классу автоматических, высокоскоростных многофункциональных Real Time аппаратов. Они позволяют проводить множественный ПЦР анализ до 5 мишеней цветных флуоресцентных красителей в 96 пробирках одновременно. Это полностью автоматические термоциклеры со встроенным оптическим блоком и возможностью детекции накопления продуктов амплификации непосредственно в пробирке во время протекания реакции. Весь процесс амплификации протекает в закрытых одноразовых пробирках, считывание происходит через прозрачные стенки пробирок, без их открытия. Но они напрямую связаны с его достоинствами и с тем, что называется "человеческим фактором". ПЦР — высокотехнологичный метод, требующий соблюдения строжайших правил устройства и оснащения лаборатории. Это связано с тем, что в воздухе постоянно присутствует невероятный коктейль из фрагментов ДНК всевозможных живых организмов.
Но всё дело в том, что половинки не могут соединяться, как попало, а только особыми "комплементарными" парами. Комплементарность — это точное взаимное соответствие и взаимное дополнение. Если хотите - единство противоположностей! Нуклеотиды обладают свойством комплементарности, то есть сцепляться друг с другом могут только нуклеотиды, входящие в одну комплементарную пару. Никакие другие связи в природе не возможны. Это весьма напоминает поведение магнитов, когда южный полюс легко сцепляется с северным, а попытки соединить юг с югом и север с севером обречены на провал… Здесь тоже самое, только полюсов не два, а четыре попробуйте это себе представить. Свойство комплементарности - ключевое в методе ПЦР. Комплементарными являются пары Тимин - Аденин и Гуанин — Цитозин. Практически это означает, что напротив аденина A в одной цепочке ДНК, в другой цепочке обязательно стоит тимин T , а напротив гуанина G — цитозин C. Схематически всё это выглядит следующим образом: Кроме ДНК, точно такую же структуру имеет РНК рибонуклеиновая кислота , отличающаяся от ДНК тем, что вместо тимина в ней используется урацил и комплементарная пара имеет вид A — U. РНК — является хранителем генетической информации у некоторых вирусов, которые называются ретровирусами. Наиболее известный и активно изучаемый представитель этого поганого семейства — ВИЧ. Не смотря на то, что размеры клетки исчисляются микронами, из-за очень специфической плотной упаковки спирали, ядро клетки свободно вмещает десятки хромосом. Итак, пора переходить к решению задачи. Рассматривая поставленную выше задачу, мы уже увидели две основных проблемы на пути к её решению. Понятно, что с одной стороны, выискивать клетку возбудителя инфекции среди миллионов клеток крови — занятие достаточно бесперспективное, если не сказать бестолковое, а с другой стороны, выделять ДНК из клеток " в рукопашную" — тоже не вариант, из-за опасности порвать на кусочки, всё что мы с таким трудом отыскали… Поэтому, нам очень помог бы какой-нибудь метод, позволяющий активно размножать ДНК, но делающий это только с определёнными, "избранными" экземплярами. Это позволит увеличивать концентрацию интересующей культуры до уровней, безошибочно определяемых и не требующих длительного поиска. Вот этим чудо-методом и стал метод полимеразной цепной реакции ПЦР. Эта реакция носит название репликации ДНК. Так это звучит сухим академическим языком. Но мы задались целью, объяснить Вам всё, буквально, "на пальцах", а потому продолжим свой рассказ о том, как всё происходит. На первом этапе реакции надо разъединить двойную нить ДНК. Этот процесс называется денатурацией и проходит при температуре 93 - 95 градусов Цельсия. Уже через 30 - 40 секунд связи нуклеотидов разрываются и вместо двойной цепи получаются две одиночные.
Цепная реакция. Как работают тесты на коронавирус?
это метод, имитирующий естественную репликацию ДНК и позволяющий обнаружить единственную специфическую молекулу ДНК в присутствии миллионов других молекул. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — метод молекулярной биологии. В 1986 году метод полимеразной цепной реакции был существенно улучшен. Использование ПЦР-диагностики производится в совокупности с другими методами исследования (ИФА, ПИФ, РИФ и др.).
ПЦР: что это такое? Диагностика инфекционных заболеваний методом полимеразной цепной реакции
В плане обнаружения ДНК наибольшее распространение получил метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Согласно руководству ВОЗ, анализы на коронавирус COVID-19 должны проводиться методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с обратной транскрипцией. При самолечении и самостоятельной сдаче анализов для исследования методом ПЦР в сетевой лаборатории высок риск того, что вы будете годами лечиться от несуществующей болезни. По сравнению с другими имеющимися методами выделения вирусов ОТ-ПЦР в реальном времени значительно быстрее и имеет меньшую вероятность контаминации образца или ошибок, поскольку все исследование может быть выполнено в одной закрытой пробирке.
Чем отличается диагностика ПЦР от ИФА
| Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Особенности | Что такое ПЦР, как работает метод ПЦР в диагностике, преимущества методики, показания, подготовка к проведению ПЦР-анализа, как проводится ПЦР-анализ, что показывают результата теста. |
| ПЦР: сверхчувствительная диагностика инфекций | Один метод ПЦР породил множество тестов, отвечающих разным тематикам исследований во многих отраслях человеческой деятельности. |