Молекулярно-биологические исследования с применением метода полимеразной цепной реакций (ПЦР). 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. При самолечении и самостоятельной сдаче анализов для исследования методом ПЦР в сетевой лаборатории высок риск того, что вы будете годами лечиться от несуществующей болезни. Метод ПЦР был признан обязательным методом ускоренной диагностики для индикации и лабораторной диагностики возбудителей инфекционных болезней бактериальной и вирусной этиологии в клиническом материале и пробах из объектов окружающей среды.
Характеристика метода ПЦР
- Важность клинической диагностики ВИЧ
- Что такое ПЦР?
- Микробиологические исследования
- Настройки шрифта:
ПЦР в режиме реального времени – новейшие технологии в диагностике инфекций
Позднее, в 1976 году из этой бактерии был выделен особый тип ДНК-полимеразы: Taq-полимераза 6. В 1971 году Хьель Клеппе с коллегами представили теоретическое описание механизма создания множества копий заданного фрагмента ДНК, или амплификации 7. Этот механизм очень близок к тому, что предложил в 1984 году создатель ПЦР Кэри Муллис для своей методики. В связи с этим ему иногда приписывают первенство в изобретении технологии ПЦР. 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.
Тест на антитела к коронавирусу. Первые четыре метода имеют идентичную задачу. Отличаются они сложностью проведения, затрачиваемым временем, точностью. Пятый их заменить не может. Она может делаться только в лабораторных условиях, поскольку требует изучения молекулярной структуры ДНК. Суть процедуры сводится к следующему: Берется мазок из носоглотки человека для большей точности это должен сделать медицинский работник. Выделяется интересующий участок ДНК биоматериала. Осуществляется амплификация многократное удвоение этого участка до объема, оптимального для визуализации. Изучаются визуализированные фрагменты. Если при копировании участка ДНК в нем продолжает появляться вирус, значит, пациент заражен. Получить результаты ПЦР-теста можно через несколько дней. Во время ожидания особенно при наличии симптомов лучше соблюдать самоизоляцию. Сегодня это наиболее достоверный диагностический метод. Риск получения ошибочного результата Вероятность получения ложноположительного результата невелика. Вирус может попасть в биоматериал пациента извне при условии нарушения санитарных правил. Поэтому проходить обследование лучше в надежных лабораториях, где подобное исключено. Ложноотрицательные результаты встречаются чаще. Во избежание их получения перед забором биоматериала нельзя курить и дезинфицировать носоглотку антисептиками. Исказить клиническую картину также могут: ошибки медработника при взятии мазка; забор материала на поздней стадии, когда концентрация вируса минимальна; отсутствие микроорганизмов в носоглотке. Последнее возможно, если коронавируса там не было изначально попал в организм иным путем, например, через кровь. Бывает, что в носоглотке возбудитель не оседает, а сразу продвигается в легкие и выявляется только на компьютерной томографии. Экспресс-тест на коронавирус Экспресс-тест можно сделать в домашних условиях.
Для него нужно сдать только один анализ, никаких дополнительных тестов не требуется. В тесте пишется концентрация выявленных у ДНК и РНК микроорганизмов, если берется мазок из носа или ротовой полости, а также к какому классу они принадлежат. То есть присутствует четкое понимание, к какому типу относится возбудитель и каково его количество. Мало, много, либо его вообще нет в организме. Сразу начнется увеличение концентрации этих частиц, которое машина может прочитать. Второе — чтобы пошла реакция, нужны специальные материалы, праймеры. Для каждой реакции есть свои праймеры — кусочки, из которых будут создаваться новые РНК. Тест небыстрый — по времени может занимать около суток. Кроме этого, нужен обученный, высокопрофессиональный персонал. Сами аппараты довольно громоздкие, хотя сейчас уже есть и установки меньшего размера. Но чем больше машина, тем больше она может прочитать. Это система не для мобильного использования". Загрязнение материала для теста может произойти также, если при его транспортировке были допущены ошибки, из-за непригодности реагентов, попадании в них крови, клеток эпителия, большого количества слизи. Лаборатория научно-исследовательского института скорой помощи имени Н.
Даже если вы уверены в себе и своем половом партнере или всегда пользуетесь барьерными методами контрацепции. Это как раз тот случай, когда работает правило — выявить на ранней стадии. Кстати, обнаружение какого-либо возбудителя ЗППП в крепких парах далеко не всегда является доказательством измены. Поэтому положительный ПЦР анализ ни в коем случае не должен быть причиной для скандала или разрыва отношений. И еще целесообразно провериться на инфекции тем парам, которые планируют беременность. Что искать? Нужно удостовериться в отсутствии сифилиса и гонореи. Эти заболевания однозначно потребуют лечения, будучи обнаруженными во время беременности. Кроме того, высок риск прерывания беременности, врожденных уродств у ребенка, а также его инфицирования и болезней. Имеет смысл сдать анализ на хламидии и микоплазму гениталиум — выявление этих возбудителей во время беременности даже если нет никаких симптомов по существующим стандартам будет поводом к назначению антибиотиков. Поэтому лучше сдать анализы и, при необходимости, пролечиться заранее, чем во время беременности взвешивать гипотетические риски, оказавшись перед выбором: пить или не пить антибиотики. А вот обследоваться просто так, без симптомов, на ВПЧ, герпес, цитомегаловирус, а также условные патогены уреаплазму, микоплазму гоминис, кандиду на этапе планирования беременности нет необходимости, так как результаты диагностики, какими бы они не оказались, ни на что не повлияют. Их не лечат, если нет признаков болезни. Какой метод диагностики выбрать? Клиники предлагают готовые пакеты услуг: ПЦР на разное количество инфекций — от 3 до 16. На самом деле метод полимеразной цепной реакции действительно незаменим только при определении четырех возбудителей половых инфекций, это: ВПЧ HPV16, 18, 31, 33, 35, 39, 45 и др. Из этого списка ПЦР на ВПЧ назначают женщинам старше 30 лет 1 раз в пять лет или тогда, когда есть изменения на шейке матки. ПЦР на герпес при отсутствии проявлений инфекции не имеет никакого смысла. Остается анализ ПЦР на микоплазму и хламидию — это мелкие бактерии, выявить их другими методами можно, но гораздо сложнее. Хламидии вызывают всевозможные воспаления в мочеполовой системе. Хроническая инфекция может осложняться образованием спаек в малом тазу, а значит болями и, возможно, бесплодием.
ПЦР-тестирование: как работает метод ПЦР в диагностике
Чтобы избежать испарения реакционной смеси, в пробирку добавляют высококипящее масло, например, вазелиновое. Добавление специфичеких ферментов может увеличить выход ПЦР-реакции. Ход реакции Обычно при проведении ПЦР выполняется 20 - 35 циклов, каждый из которых состоит из трех стадий. Эта стадия называется денатурацией — разрушаются водородные связи между двумя цепями. Иногда перед первым циклом проводят предварительный прогрев реакционной смеси в течение 2 - 5 минут для полной денатурации матрицы и праймеров. Когда цепи разошлись, температуру понижают, чтобы праймеры могли связаться с одноцепочечной матрицей. Эта стадия называется отжигом. Время стадии — 0,5 - 2 минут. ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, используя праймер в качестве затравки. Это — стадия элонгации.
Температура элонгации зависит от полимеразы. Время элонгации зависит как от типа ДНК-полимеразы, так и от длины амплифицируемого фрагмента. Обычно время элонгации принимают равным одной минуте на каждую тысячу пар оснований. После окончания всех циклов часто проводят дополнительную стадию финальной элонгации, чтобы достроить все одноцепочечные фрагменты. Эта стадия длится 10 - 15 мин. Подготовка материала к исследованию и транспорт его в лабораторию Для успешного проведения анализа важно правильно собрать материал у пациента и правильно провести его подготовку. Для взятия крови в лаборатории ИНВИТРО в настоящее время применяются вакуумные системы, которые с одной стороны минимально травмируют пациента, а с другой - позволяют произвести взятие материала таким образом, что он не контактирует ни с персоналом, ни с окружающей средой.
Нередко анализ навязывают тогда, когда обследоваться совсем не обязательно или можно обойтись более дешевой диагностикой без потери качества. Давайте разберемся, когда нужно искать половые инфекции и когда это необходимо делать именно методом ПЦР. Обследоваться на ЗППП можно хоть каждый день — по желанию. Все зависит от наличия свободного времени, денег и уровня вашей тревожности. Есть только один нюанс. Метод ПЦР — очень точный анализ. С его помощью можно обнаружить в недрах организма считанные копии вируса или бактерии. И ни один честный врач не скажет вам наверняка, насколько эта находка опасна для здоровья, и каков достоверный риск осложнений. Поэтому решите для себя заранее, сможете ли вы спокойно жить дальше или будете лечить результаты анализа даже в тех случаях, когда до похода в клинику у вас не было никаких проблем с интимным здоровьем. Иначе обстоят дела с обследованием на ЗППП в группе риска — у людей с рискованным сексуальным поведением и беременных женщин. Им необходимо периодически сдавать анализы на половые инфекции, даже если нет никаких жалоб на здоровье. Сексуальным экстремалам профилактическое обследование нужно, чтобы выявить факт инфицирования еще до появления симптомов и как можно раньше принять меры для защиты своих половых партнеров от заражения. Беременным женщинам диагностика ЗППП необходима, потому что многие мамины инфекции передаются будущему малышу. Даже если нет симптомов у женщины, последствия для ребенка могут быть тяжелыми. Согласно принятым государственным программам как в нашей стране , так и в США , профилактическая диагностика скрининг на ЗППП проводится только среди людей с рискованным сексуальным поведением и у беременных женщин. Скрининг на герпес и ВПЧ не проводят даже в группе риска. Для остальных людей при отсутствии жалоб и клинических проявлений обследование на ЗППП вообще не рекомендуется. Забор материала — дело нескольких минут. Врач делает это с помощью стерильного зонда в виде ватной палочки, щетки, «ершика» или специальной ложки. Источник: hemltd. По настоящему скрытые инфекции — это редкость.
Подробную инструкцию по правилам подготовки к каждому анализу вы всегда можете получить у лечащего врача или у консультантов на нашей горячей линии. Как проводится ПЦР-анализ С 1983 года, когда был изобретен данный метод, прошло много времени, и технологии не стоят на месте. Сегодня существует несколько различных методик для проведения ПЦР-теста: С обратной транскрипцией. Самый распространенный способ идентификации известной последовательности РНК, включающий амплификацию, определение патогена и его идентификации среди образцов, хранящихся в научной картотеке. Вложенная ПЦР или «гнездовая» — используется для снижения количества неспецифичных продуктов реакции и имеет две стадии с использованием двух видов праймеров. Изотермические методы — не требуют повторяющихся температурных циклов, менее энергозатратны. Инвертированная ПЦР — применяется, если имеется только короткий фрагмент известной последовательности, но необходимо определить соседние последовательности после вставки ДНК в геном. ПЦР в реальном времени — метод, позволяющий определить не только присутствие целевой нуклеотидной последовательности в образце, но и измерять количество ее копий после каждого цикла амплификации, что дает возможность для проведения тестов с количественным результатом Это далеко не все существующие на сегодняшний день разновидности ПЦР-технологий. Ученые активно развивают эту важную и перспективную область лабораторной диагностики, совершенствуют методы ПЦР, оттачивают техники и изобретают новые подходы. Иногда возможно проведение экстренного теста — его часто используют при оказании срочной медицинской помощи при госпитализации. Тогда срок готовности результата сокращается до считанных часов. Результаты ПЦР-теста дадут точную информацию о том, какая инфекция была обнаружена. При количественном тестировании анализ определит также вирусную или бактериальную нагрузку на организм. В этом случае в результатах будет значиться титр обнаруженного патогена его количество в одном миллилитре пробы. Количественный анализ особенно важен при диагностике заболеваний, спровоцированных условно-патогенными микроорганизмами, которые присутствуют в норме практически у каждого человека. Такие микроорганизмы представляют угрозу только при большой численности, а в остальных случаях мирно сосуществуют с носителем. Перезвоните мне.
Детекция - заключительный этап в постановке ПЦР. Для визуализации результатов амплификации используют различные методы. Метод электрофореза основан на разделении фрагментов ДНК ампликонов в агарозном геле в соответствии с их зарядом и линейными размерами с ультрафиолетовой детекцией при окрашивании бромистым эти-дием. Этот метод позволяет осуществлять только качественный анализ и имеет ряд ограничений и недостатков: большие затраты времени на стадию детекции; невозможность автоматизации; сложность и субъективность трактовки результатов; высокий риск контаминации и большие затраты на ее устранение; повышенные требования к организации лаборатории; максимальное удаление зоны детекции от других зон проведения ПЦР; выделение отдельного сотрудника на стадию детекции; постоянный контроль смывов. Преимуществом данного подхода является возможность совмещения детекции и количественного определения специфической последовательности ДНК в образце в реальном времени после каждого цикла амплификации. Москва, ул. Касаткина, За тел. Новгород, ул. Невзоровым д.
Что такое ПЦР анализ
| История открытия современных методов молекулярной диагностики | это метод диагностики, широко применяемый в современной медицине. |
| Что такое ПЦР | Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — высокоточный метод диагностики заболеваний, основанный на копировании ДНК или РНК патогена в пробе. |
| Насколько достоверен тест ПЦР – Частная практика | Анализ — полимеразная цепная реакция имеет аббревиатуру — ПЦР. |
История открытия современных методов молекулярной диагностики
ПЦР (полимеразная цепная реакция) – достижение молекулярной биологии, одна из главных методик клинической лабораторной диагностики конца 20-го и начала 21-го веков, приносящая огромную пользу в различных областях медицинской науки. В середине 1990-х с помощью метода ПЦР-амплификации ДНК исследовали останки царской семьи Романовых. Материалом, который используется для лабораторного исследования методом ПЦР, являются различные биологические жидкости организма человека.
Как проводят анализ методом ПЦР: описание процедуры
Сверху — целевая последовательность рестриктазы SmaI, при работе которой образуются «тупые» концы. Снизу — целевая последовательность рестриктазы EcoRI, при работе которой образуются «липкие» концы. Итак, рестриктазы — это группа ферментов, относящихся к классу гидролаз, катализирующих гидролиз фосфодиэфирных связей чужеродных ДНК в большинстве прокариотических и некоторых других организмах и выполняющие тем самым «иммунную» функцию — системы рестрикции-модификации. Для исследований их выделяют преимущественно из прокариотических клеток. Данные ферменты, «узнающие» определенные последовательности сайты рестрикции в двухцепочечной ДНК, расщепляют нуклеиновые кислоты в середине молекулы.
Рестриктазы этого типа - узнают палиндромальные последовательности, которые обладают центральной осью и считываются одинаково в обе стороны от оси симметрии. Эти рестриктазы узнают асимметричные сайты. Также рестриктазы делят на мелко- и крупнощепящие. Мелкощепящие рестриктазы узнают тетрануклеотид последовательность из 4-х пар оснований и вносят в молекулы гораздо больше разрывов, чем крупнощепящие, узнающие последовательность из шести нуклеотидных пар.
Рестрикционный анализ ДНК Для каждого фермента рестрикции существуют оптимальные условия реакции, которые приводятся в описании, прилагаемом фирмой-изготовителем. Основные переменные параметры — это температура инкубации и состав буфера. К температурному режиму предъявляются достаточно жесткие требования, тогда как различия между буферами чаще всего лишь незначительны. Рестрикционный анализ ДНК широко используется в молекулярно-биологических исследованиях и прикладных работах и является одним из наиболее важных инструментов при изучении ДНК.
При помощи эндонуклеаз рестрикции можно исследовать ДНК различных вирусов, бактерий, животных, растений. Как правило, продукты расщепления ДНК анализируются с помощью гель-электрофореза в агарозном или акриламидном геле, а полученная таким образом картина разделения фрагментов ДНК в виде определенного, отличающегося для разных ферментов, набора полос и является результатом рестрикционного анализа той или иной ДНК. Короткие фрагменты мигрируют намного быстрее, чем длинные. При сравнительно высокой концентрации агарозы большие фрагменты вообще не могут проникнуть в гель.
В процессе миграции рестрикционные фрагменты не деградируют, их можно вымывать в виде биологически активных двухцепочечных молекул. При окрашивании гелей красителями, связывающимися с ДНК, выявляется набор полос, каждая из которых отвечает рестрикционному фрагменту, молекулярную массу которого можно определить, проведя калибровку с помощью ДНК с известными молекулярными массами подробнее см. При использовании нескольких эндонуклеаз рестрикции на одном образце можно составлять рестрикционные карты. Располагая такой информацией, можно идентифицировать на ДНК биологически важные участки.
Поскольку рестрикционная карта отражает расположение определенной последовательности нуклеотидов в данном участке, сравнение таких карт для двух или более родственных генов позволяет оценить гомологию между ними. Анализируя рестрикционные карты, можно сравнивать определенные участки ДНК разных видов животных без определения их нуклеотидной последовательности. Таким образом, например, было установлено, что хромосомные участки, кодирующие цепи гемоглобина у человека, орангутанга и шимпанзе сохранились в практически неизменном виде в течение последних 5 - 10 млн. Метод рестрикционного картирования позволяет увидеть крупные генетические изменения, такие как делеции или инсерции.
При этом происходит уменьшение или увеличение рестрикционных фрагментов, а также исчезновение или возникновение сайтов рестрикции. Поскольку по химическому строению ДНК не отличается у разных организмов, можно сшивать ДНК из любых источников, и клетка не сможет отличить полученную молекулу от своей собственной ДНК. Рекомбинантный фермент выделен из штамма кишечной палочки E. Для улучшения результатов лигирования, общая рекомендация заключается в создании нескольких реакций с различными вставками: вектор молярных соотношений, как правило, в диапазоне от 1:1 до 5:1.
Для менее эффективных лигирований, как и для фрагментов ДНК с тупыми концами, часто рекомендуется добавление инертных макромолекул, таких как полиэтиленгликоль ПЭГ , чтобы увеличить эффективную концентрацию компонентов реакции и тем самым повысить эффективность лигирования. Разделение молекул ДНК и белков Метод гель-электрофореза Электрофорез - это движение дисперсных частиц относительно жидкости под действием пространственно однородного электрического поля. Часто приходится иметь дело со смесью молекул ДНК разной длины. Например, при обработке химически выделенной из организма ДНК рестриктазами как раз получится смесь фрагментов ДНК, причем их длины будут различаться.
Поскольку любая молекула ДНК в водном растворе отрицательно заряжена, появляется возможность разделить смесь фрагментов ДНК различных размеров по их длине с помощью электрофореза. ДНК помещают в гель обычно, агарозный для относительно длинных и сильно отличающихся молекул или полиакриламидный для электрофореза с высоким разрешением , который помещают в постоянное электрическое поле. Из-за этого молекулы ДНК будут двигаться к положительному электроду аноду , причем их скорости будут зависеть от длины молекулы: чем она длиннее, тем сильнее ей мешает двигаться гель и, соответственно, тем ниже скорость. После электрофореза смеси фрагментов разных длин в геле образуют полосы, соответствующие фрагментам одной и той же длины.
С помощью маркеров смесей фрагментов ДНК известных длин можно установить длину молекул в образце Физический принцип метода заключается в следующем. Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают некоторым суммарным электрическим зарядом, величина и знак которого зависят от рН среды. Если через этот раствор, заключенный в канал из изолирующего материала начать пропускать электрический ток, то вдоль канала установится определенный градиент напряжения, то есть сформируется электрическое поле. Под действием поля макромолекулы в соответствии со своим суммарным зарядом мигрируют в направлении катода или анода, причем их трение об окружающую среду ограничивает скорость миграции.
В зависимости от величины заряда и размеров молекулы приобретают разные скорости, и в этом — сущность процесса электрофореза. Постепенно исходный препарат, состоявший из различных молекул, разделяется на зоны одинаковых молекул, мигрирующих с одной и той же скоростью. Со временем эти зоны распределяются по длине канала. В современных приборах рабочий канал заполняют гелем.
Достаточно чистая и хорошо смачиваемая гидрофильная пространственная сетка геля удерживает жидкость от вытекания и препятствует конвекции. Наличие сетки геля вносит важную дополнительную деталь в картину электрофоретической миграции. Теперь фракционируемые макромолекулы любых размеров неизбежно сталкиваются с нитями полимера, образующего сетку геля, что увеличивает эффективное трение о среду, а следовательно, снижает скорость движения молекул. Очевидно, что препятствия для миграции становятся особенно серьезными, если средний диаметр пространственных ячеек геля оказывается соизмерим с размерами макромолекул.
В этом случае решающее влияние на электрофоретическую подвижность различных макромолекул и степень разделения оказывает соотношение их линейных размеров. Возможна даже такая ситуация, когда особенно крупные молекулы нуклеиновых кислот вообще не смогут «протиснуться» через поры геля и их миграция прекратится. В настоящее время почти исключительно используются полиакриламидные гели ПААГ и гели агарозы. Варьируя концентрацию полимера, можно получать гели с очень широким диапазоном размеров пор.
Кроме того, можно изменять электрические заряды макромолекул путем вариации рН буфера, а их конфигурацию путем введения в буфер денатурирующих агентов или детергентов. Все это придает методу электрофореза исключительную гибкость. Но есть, разумеется, и свои проблемы. Разделяемые макромолекулы все же находятся в растворе, поэтому возможна их диффузия, приводящая к размыванию зон.
Это тем более серьезно, что протекание через жидкость электрического тока неизбежно связано с выделением тепла. К счастью, крупные молекулы нуклеиновых кислот диффундируют не слишком быстро. Для визуализации результатов электрофореза проводят окрашивание зон путем вымачивания геля в растворе красителя, прочно связывающегося с нуклеиновой кислотой. Излишек красителя удаляют, а гель облучают ультрафиолетом, под действием которого связавшийся с двунитевой ДНК краситель флуоресцирует.
А Электрофорез в полиакриламидном геле Рис. Электрофорез в полиакриламидном геле чаще используется для белков Электрофорез в полиакриламидном геле ПААГ или PAGE - метод, широко используемый для разделения биологических макромолекул в соответствии с их электрофоретической подвижностью. Подвижность является функцией длины, конформации и заряда молекулы. Как и во всех формах гель-электрофореза, молекулы могут работать в своем естественном состоянии, сохраняя структуру молекул более высокого порядка, или может быть добавлен химический денатурант, чтобы удалить эту структуру и превратить молекулу в неструктурированную линейную цепь, подвижность которой зависит только от ее длины и отношение массы к заряду.
Таким образом, разделяют т. Базовые приготовления Образцы могут представлять собой любой материал, содержащий белки. Они могут быть получены биологически, например, из прокариотических или эукариотических клеток, тканей, вирусов, проб окружающей среды или очищенных белков. Образец для анализа необязательно смешивают с химическим денатурантом, обычно SDS для белков.
SDS - это анионный детергент, который денатурирует вторичные и недисульфидно-связанные третичные структуры и дополнительно придает отрицательный заряд каждому белку пропорционально его массе. Приготовление акриламидных гелей Гели обычно состоят из акриламида, бисакриламида, необязательного денатурирующего вещества SDS и буфера с отрегулированным pH. Раствор можно дегазировать под вакуумом, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха во время полимеризации. Источник свободных радикалов и стабилизатор, такой как персульфат аммония и TEMED, добавляются для инициирования полимеризации.
Реакция полимеризации создает гель из-за добавленного бисакриламида, который может образовывать поперечные связи между двумя молекулами полиакриламида. Гели, как правило, полимеризуются между двумя стеклянными пластинами в гелеобразователе, с гребнем, вставленным вверху для создания лунок для образца. После того, как гель полимеризован, «расческа» может быть удалена, и гель готов для электрофореза. Электрофорез В PAGE используются различные буферные системы в зависимости от природы образца и цели эксперимента.
Буферы, используемые на аноде и катоде, могут быть одинаковыми или разными. Электрическое поле воздействует на гель, заставляя отрицательно заряженные белки мигрировать через гель от отрицательного электрода катода к положительному электроду аноду. В зависимости от их размера каждая биомолекула движется по-разному через матрицу геля: маленькие молекулы легче проникают через поры в геле, в то время как более крупные имеют большую сложность. Гель обычно работает в течение нескольких часов, хотя это зависит от напряжения, приложенного к гелю; Миграция происходит быстрее при более высоких напряжениях, но эти результаты обычно менее точны, чем при более низких напряжениях.
По истечении заданного времени биомолекулы мигрируют на разные расстояния в зависимости от их размера. Меньшие биомолекулы движутся дальше вниз по гелю, в то время как более крупные остаются ближе к точке происхождения. Следовательно, биомолекулы могут быть разделены примерно в соответствии с размером, который зависит в основном от молекулярной массы в денатурирующих условиях, но также зависит от конформации высшего порядка в нативных условиях. После окрашивания биомолекулы разных видов появляются в виде отдельных полос внутри геля.
Для калибровки геля и определения приблизительной молекулярной массы неизвестных биомолекул путем сравнения пройденного расстояния относительно маркера обычно используют маркеры размера молекулярной массы с известной молекулярной массой на отдельной дорожке в геле. Кроме «обычного» электрофореза в пластине из геля, в некоторых случаях используют капиллярный электрофорез, который проводят в очень тонкой трубочке, наполненной гелем обычно полиакриламидным. Разрешающая способность такого электрофореза значительно выше: с его помощью можно разделять молекулы ДНК, отличающиеся по длине всего на один нуклеотид. Об одном из важных приложений такого метода читайте в описании метода секвенирования ДНК по Сэнгеру.
Элекрофорез в агарозном геле Самым популярным методом электрофореза с гелем является использование агарозного геля. Именно этот гель, как среду с определенным рН, используют в целях разделения, очищения и идентификации отдельных фрагментов ДНК. Почему эта методика стал столь популярна в современной генетике? Гель электрофорез помогает выделить и разделить фрагменты дезоксирибонуклеиновой кислоты.
За счет трений материалов, образующих гель, формируется «молекулярное сито», что помогает дифференцировать молекулы в соответствии с размером и зарядом. Скорость движения заряженных частиц ДНК через образованные поры в электрическом поле зависят от нескольких факторов: Силы образованного электрического поля; Относительной степени «боязни» воды образцов; Температурной кривой буфера и ионной силы. Рисунок 18. Электрофорез в агарозном геле с использованием бромистого этидия для визуализации результатов в ультрафиолете слева.
Вторая слева дорожка-маркер с известными длинами фрагментов. Справа - Установка для проведения электрофореза в геле. Первый, наиболее часто используемый в последнее время - добавление в гель веществ флуоресцирующих, в присутствии ДНК традиционно использовался довольно токсичный бромистый этидий; в последнее время в обиход входят более безопасные вещества.
Однако в литературе хорошо описаны ложноотрицательные тесты образцов из верхних дыхательных путей. Если первоначальное тестирование является отрицательным, но подозрение на COVID-19 сохраняется, предлагается повторить тест, т. В таких случаях ВОЗ также рекомендует тестирование образцов из нижних дыхательных путей, если это возможно. Применение мер предосторожности в борьбе с COVID-19 должно продолжаться, пока проводится повторная оценка. Во многих случаях из-за ограниченной доступности тестирования и озабоченности по поводу ложноотрицательных результатов диагноз COVID-19 предполагается на основе клинической картины в условиях возможного контакта проживание или поездка в регион неблагоприятный по распространению инфекции или при известном контакте. В таких случаях, особенно у госпитализированных пациентов с отрицательными тестами на РНК SARS-CoV-2, характерные лабораторные данные или результаты визуализирующих методов диагностики могут дополнительно подтвердить клинический диагноз COVID-19 и стать причиной применения профилактических мер.
Анализ крови ПЦР — что это такое? Полимеразная цепная реакция представляет собой исследование, суть которого заключается в проведении амплификации множественное копирование генетического материала инфекционного агента. Оно необходимо для последующей идентификации генома и видовой принадлежности микроорганизмов. Благодаря ферментативной реакции множественного копирования молекул генетического материала ПЦР обладает высокой чувствительностью. Для выявления и идентификации достаточно нескольких фрагментов ДНК возбудителей в исследуемом биологическом материале.
К ним относятся патологические процессы, вызванные: вирусами герпетическая, папилломавирусная инфекция , ВИЧ СПИД, вирусные гепатиты с парентеральным путем передачи специфическими бактериями сифилис, гонорея, микоплазмоз, уреаплазмоз, хламидиоз простейшими трихомониаз Полимеразная цепная реакция также может использоваться для диагностики инфекций, вызванных условно-патогенными грибами кандидоз. Какой материал исследуется? Материалом, который используется для лабораторного исследования методом ПЦР, являются различные биологические жидкости организма человека. В зависимости от локализации и характера диагностируемого заболевания, это может быть: мазок со слизистой оболочки урогенитального тракта моча.
Достоверность метода ПЦР
Метод ПЦР позволяет выявить наличие определенной ДНК последовательности с мутацией и подтвердить диагноз. При диагностике туберкулёза метод ПЦР применяют в случае получения положительных результатов при проведении плановых аллергических исследований в благополучных по туберкулёзу хозяйствах. метод применяется в медицине, биологии, ветеринарии, криминалистике, санитарной службе и других отраслях деятельности человека. В плане обнаружения ДНК наибольшее распространение получил метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Основу процесса исследования составляет метод ПЦР в реальном времени, который зарекомендовал себя как очень быстрый и чувствительный способ, подчеркивают в Роспотребнадзоре. Встречаемость Enterococcus spp и генов обуславливающих резистентность, при анализе методом ПЦР в реальном времени.
Диагностика COVID-19: обзор основных методов
Открытие метода полимеразной цепной реакции (ПНР) стало одним из наиболее выдающихся событий в об-ласти молекулярной биологии за последние десятилетия. Как проводится ПЦР-диагностика, когда назначают исследование с помощью этого метода и как подготовиться к анализу. 6) автоматизация и стандартизация ПЦР-анализа Метод ПЦР в реальном времени основан на детектировании сигнала флуоресценции, позволяющем наблюдать процесс накопления продукта в процессе реакции. Анализ — полимеразная цепная реакция имеет аббревиатуру — ПЦР. 6) автоматизация и стандартизация ПЦР-анализа Метод ПЦР в реальном времени основан на детектировании сигнала флуоресценции, позволяющем наблюдать процесс накопления продукта в процессе реакции.
ПЦР-анализ: что это такое, когда он назначается и как проводится?
Диагностика инфекционных заболеваний, в том числе вызванных трудно культивируемыми агентами, генотипирование микроорганизмов, оценка их вирулентности, определение устойчивости микрофлоры к антибиотикам, пренатальная диагностика, биологический контроль препаратов крови - вот неполный перечень направлений медицины с применением ПЦР. На сегодняшний день ПЦР-анализ остается наиболее распространенной и динамично развивающейся технологией. Ежегодно на рынке появляются десятки новых тест-систем для ПЦР-анализа, предназначенных как для выявления нуклеотидных последовательностей различных микроорганизмов - возбудителей заболеваний, так и для исследования генов человека. Себестоимость ПЦР-анализа неуклонно снижается, что способствует все более широкому использованию метода в лечебных и диагностических учреждениях. Количество ПЦР-лабораторий в странах СНГ растет в геометрической прогрессии и, видимо, в ближайшее время ПЦР-анализ станет одним из самых распространенных методов лабораторной диагностики. Суть метода заключается в многократном копировании амплификации в пробирке определенных участков ДНК в процессе повторяющихся температурных циклов. На каждом цикле амплификации синтезированные ранее фрагменты вновь копируются ДНК-полимеразой. Благодаря этому происходит многократное увеличение количества специфических фрагментов ДНК, что значительно упрощает дальнейший анализ. Эта реакция носит название репликации ДНК. Данный процесс можно использовать для получения копий коротких участков ДНК, специфичных для конкретных микроорганизмов, то есть осуществлять целенаправленный поиск таких специфических участков, что и является целью генодиагностики для выявления возбудителей инфекционных заболеваний. Создание программируемых термостатов амплификаторов , которые по заданной программе осуществляют циклическую смену температур, создало предпосылки для широкого внедрения метода ПЦР в практику лабораторной клинической диагностики.
При многократном повторении циклов синтеза происходит экспоненциальное увеличение числа копий специфического фрагмента ДНК, что позволяет из небольшого количества анализируемого материала, который может содержать единичные клетки микроорганизмов получить достаточное количество ДНК копий для их идентификации. Комплементарное достраивание цепи начинается не в любой точке последовательности ДНК, а только в определенных стартовых блоках - коротких двунитевых участках. При присоединении таких блоков к специфическим участкам ДНК можно направить процесс синтеза новой цепи только в этом участке, а не по всей длине ДНК цепи. Для создания стартовых блоков в заданных участках ДНК используют две олигонуклеотидные затравки 20 нуклеотидных пар , называемые праймерами. Праймеры комплементарны последовательностям ДНК на левой и правой границах специфического фрагмента и ориентированы таким образом, что достраивание новой цепи ДНК протекает только между ними. Амплификация специфических фрагментов ДНК;. Детекция продуктов амплификации. Выделение ДНК РНК На данной стадии проведения анализа клиническая проба подвергается специальной обработке, в результате которой происходит лизис клеточного материала, удаление белковых и полисахаридных фракций, и получение раствора ДНК или РНК, свободной от ингибиторов и готовой для дальнейшей амплификации. Амплификация специфических фрагментов ДНК На данной стадии происходит накопление коротких специфических фрагментов ДНК в количестве, необходимом для их дальнейшей детекции. Они играют ключевую роль в образовании продуктов реакции амплификации.
Правильно подобранные праймеры обеспечивают специфичность и чувствительность тест-системы. Ее пять штрих-концов фиксируются ферментом ДНК-полимеразой, что обеспечивает построение из отдельных нуклеотидов второй цепи ДНК, комплиментарной первой. То же самое, только в обратном направлении, происходит и на второй нити ДНК, однако, поскольку расплетение молекулы ДНК идет в обратном порядке, новая цепь строится небольшими фрагментами, которые затем сшиваются. Для того чтобы фермент ДНК-полимераза начал свою работу, требуется наличие затравки или праймера - небольшого одноцепочечного фрагмента ДНК, который, соединяясь с комплиментарным участком одной из цепей родительской ДНК, образует стартовый блок для наращивания дочерней нити. Присоединение праймеров происходит комплиментарно к соответствующим последовательностям на противоположных цепях ДНК на границах специфического участка. Точно рассчитанная и экспериментально проверенная температура отжига праймеров - одна из определяющих специфичность реакции характеристик, исключающих присоединение праймеров к не полностью комплиментарным последовательностям. Поскольку наращивание дочерних нитей ДНК может идти одновременно на обеих цепях материнской ДНК, то для работы ДНК-полимеразы на второй цепи тоже требуется свой праймер. Таким образом, в реакционную смесь вносятся два праймера. Фактически праймеры, присоединившись к противоположным цепям молекулы ДНК, ограничивают собой тот ее участок, который будет в дальнейшем многократно удвоен или амплифицирован. Такие фрагменты ДНК называются ампликонами.
Длина ампликона может составлять несколько сот нуклеотидов. Меняя пару праймеров, мы можем переходить от анализа одного возбудителя к анализу другого. Время отжига -20-60 сек. Механизм копирования таков, что комплементарное достраивание нитей может начаться не в любой точке последовательности ДНК, а только в определенных стартовых блоках коротких двунитевых участках. Для создания стартовых блоков в заданных участках ДНК используют затравки, представляющие собой олигонуклеотиды длиной около 20 п. Они комплементарны последовательностям ДНК на левой и правой границах специфического фрагмента и ориентированы таким образом, что синтез ДНК, осуществляемый ДНК-полимеразой, протекает только между ними. Материалом для синтеза новых цепей ДНК служит вносимый дезоксирибонуклеотидфосфат. Этот процесс катализируется ферментом Tag-полимеразой. Образовавшиеся в первом цикле синтеза новые ДНК служат исходным материалом для второго цикла, в котором происходит образование искомого специфического фрагмента ДНК ампликона и т. Процедура подготовки пробы включает лизис микроба и экстракцию нуклеиновой кислоты.
С целью разрушения микробной клетки используют простое кипячение, замораживание-оттаивание в присутствии лизоцима, а также специальные лизирующие буферы, содержащие детергенты и протеиназу. Выбор метода, как правило, диктуется природой микроба, точнее, природой его клеточной стенки. Стандартной и ставшей уже классической считается методика получения чистого препарата ДНК, описанная В. Она включает ферментативный протеолиз с последующей депротеинизацией и осаждением ДНК спиртом. Этот метод позволяет получить чистый препарат ДНК, однако он довольно трудоемок и предполагает работу с такими агрессивными и имеющими резкий запах веществами, как фенол и хлороформ. Одним из наиболее популярных является метод выделения ДНК, предложенный R. После отмывок в пробе остается ДНК, сорбированная на носителе, с которого она легко снимается с помощью элюирующего буфера. Метод удобен, технологичен и пригоден для подготовки образца к амплификации. Однако возможны потери ДНК вследствие необратимой сорбции на носителе, а также в процессе многочисленных отмывок. Особенно большое значение это имеет при работе с небольшими количествами ДНК в образце.
Кроме того, даже следовые количества GuSCN могут ингибировать ПЦР, поэтому при использовании этого метода очень важен правильный выбор сорбента и тщательное соблюдение технологических нюансов.
Для ПЦР- обследования применяется несколько специально разработанных методик. Недавно разработанная технология ПЦР, работающая в режиме реального времени, становится часто используемым в современной медицине. Вирусные инфекции можно выявить сразу после заражения, за некоторое время до того, как проявятся симптомы заболевания. Особенно эффективен метод ПЦР для диагностики скрыто существующих форм микроорганизмов при латентных и хронических инфекциях. Для успешного проведения анализа важно правильно собрать материал у пациента и правильно провести его подготовку.
В лабораторной диагностике большинство ошибок совершается на этапе пробоподготовки. Метод ПЦР в режиме реального времени позволяет проводить детекцию продуктов амплификации в процессе реакции и вести мониторинг кинетики накопления ампликонов. Для детекции используются флуоресцентные красители, обеспечивающие флуоресценцию, прямо пропорциональную количеству ПЦР-продукта. Регистрация флуоресцентного сигнала проводится в процесса амплификации на специальном приборе — амплификаторе. По нарастанию интенсивности флуоресцентного сигнала с помощью программного обеспечения, прилагаемого к амплификатору, вычисляется концентрация исходной матрицы ДНК. Правила получения иподготовки материала для ПЦР-диагностики.
Осуществлять взятие клинического материала, строго следуя инструкции, только стерильными одноразовыми инструментами в стерильные одноразовые флаконы, пробирки, контейнеры. Взятие клинического материала должно производиться в пробирки с транспортной средой, предоставляемой фирмой-производителем наборов реагентов в случаях, где использование транспортной среды является необходимым. Сразу после взятия плотно закрывать пробирки, флаконы с клиническим материалом, не касаясь их внутренней поверхности и внутренней поверхности крышек. При работе с клиническим материалом, открывая пробирки, флаконы, не производить резких движений и не допускать разбрызгиваний и расплескиваний, что может привести к контаминации проб и рабочих поверхностей. При переносе клинического материала из пробирок, флаконов в новые использовать только отдельные одноразовые стерильные наконечники с аэрозольными барьерами. Строго соблюдать правила хранения и транспортирования клинических проб.
Охлаждающие элементы перед транспортированием клинического материала замораживать до необходимой температуры. Для проведения пробоподготовки используют ПЦР-боксы.
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.
Клонироваться будут все новые и новые фрагменты, но только те, в которых заинтересован исследователь. Вот почему так важно взять «чистый», без посторонних примесей анализ, а тест проводить очень аккуратно. Учитывая перечисленные способности полимеразной цепной реакции, можно догадаться, почему она так легко отличает уреаплазму от микоплазмы , или каждую из них от хламидии. Таким образом, даже если среди миллионов клеток человеческого организма затеряется не сам живой вирус, а лишь частица его ДНК, то ПЦР, если ей ничто не помешает, пожалуй, справится с задачей и сообщит о пребывании «чужака» положительным результатом. В этом суть ПЦР и ее основное достоинство. Достоинства и недостатки К лаборатории, осуществляющей ПЦР-диагностику, предъявляются высочайшие требования в плане оборудования, тест-систем и квалификации медицинского персонала. Это высокотехнологичная лаборатория, располагающая арсеналом высокочувствительных и высокоспецифичных реагентов, поэтому особых недостатков она не имеет. Разве что выдает положительный результат при отсутствии клинических проявлений и тем самым ставит лечебника перед дилеммой: стоит начинать лечение или нет? Врач, наблюдающий пациента, начинает сомневаться в достоверности результатов тестирования, поскольку никаких признаков заболевания не видит. Но все же, учитывая высокую чувствительность ПЦР-системы, следует помнить, что она обнаруживает возбудителя даже в доклинической стадии, а положительный результат в таком случае является скорее достоинством, чем недостатком. Исходя из этого, лечащий врач должен сам принять решение о целесообразности терапии, взяв во внимание и другие аргументы «за» и «против». Например, при диагностике хламидийной инфекции, где ПЦР относится к основным методам, наряду с хламидией, можно обнаружить и нейссерию гонококк — возбудитель гонореи.
ПЦР-анализ: что это такое, когда он назначается и как проводится?
Этот метод позволяет выделить в исследуемом материале уникальный участок генетической информации любого организма. В настоящее время ПЦР широко применяется в следующих отраслях: в генетических исследованиях, диагностике инфекционных заболеваний, для определения ГМО в продуктах питания, в ветеринарии, растениеводстве и судебно-медицинской экспертизе, позволяя производить разнопрофильные исследования на минимальном оборудовании, с привлечением меньшего количества квалифицированного персонала по сравнению с другими методами. Метод ПЦР был признан обязательным методом ускоренной диагностики для индикации и лабораторной диагностики возбудителей инфекционных болезней бактериальной и вирусной этиологии в клиническом материале и пробах из объектов окружающей среды. ПЦР позволяет выявлять возбудителя даже при минимальном его содержании при скрининговой детекции вирусных и бактериальных возбудителей ОКИ в лабораторной диагностике и санитарно-эпидемиологическом надзоре.
Эта их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией. Еще одной предпосылкой к появлению нового метода явилась расшифровка нуклеотидной последовательности геномов ряда микроорганизмов. ПЦР стала действительно недорогой и технологичной методикой в результате использования ДНК-полимеразы, выделенной из термофильной бактерии Thermus aquaticus, обитающей в трубопроводах горячей воды.
Универсальным носителем генетической информации и наследственных признаков у всех существующих на Земле организмов является дезоксирибонуклеиновая кислота ДНК. Исключение составляют только некоторые микроорганизмы, например, вирусы, носителем генетической информации у которых является РНК — одноцепочечная рибонуклеиновая кислота. ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из последовательности химически связанных нуклеотидов. Две полинуклеотидные цепи в ДНК соединяются двумя или тремя водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями.
Многим будет интересно узнать, что это такое - ПЦР , как такое тестирование позволяет выявить наличие коронавируса в организме. Самыми большими преимуществами этого метода, несомненно, являются высокая чувствительность, специфичность и скорость выполнения. В отличие от других методов, генетический материал, используемый в реакции ПЦР, может быть значительно разрушен. Достаточно следового количества ДНК - менее 1 мкл.
Метод ПЦР используется в нескольких вариантах. Наиболее часто используемый тип сегодня - это так называемый ПЦР в реальном времени.
Врачи сами определяют области взятия материалов для анализа ПЦР, которые зависят от типа заболевания и его локализации. Если вы обратились к венерологу с целью выявления инфекций, передающихся половым путем ИППП , то будут исследованы выделения из половых органов мазок или соскоб с шейки матки, влагалища и мочеиспускательного канала, а также кровь и моча. Герпетические инфекции и мононуклеоз диагностируются на основании анализа мазков из полости рта пациента. ЦМВ подтверждается после обследования мочи, спинномозговой жидкости. В отделении пульмонологии для анализа ПЦР берут мокроту и содержимое плевральной полости. У беременных при подозрении на внутриутробные инфекции плода исследуют околоплодные воды и ткани плаценты.