При диагностике туберкулёза метод ПЦР применяют в случае получения положительных резуль-татов при проведении плановых аллергических исследований в благополучных по туберкулёзу хозяй-ствах. Цифровая ПЦР – высокоточный современный метод количественного анализа нуклеиновых кислот. Методы исследования нуклеиновых. Открытие метода полимеразной цепной реакции (ПНР) стало одним из наиболее выдающихся событий в об-ласти молекулярной биологии за последние десятилетия.
ПЦР-диагностика: суть подхода
- Чем объясняется популярность ПЦР в настоящее время?
- Анализ ПЦР — что это такое?
- Что такое анализ ПЦР?
- Метод анализа ПЦР: суть и преимущества | Подготовка и проведение анализа ПЦР
- Как проводят анализ методом ПЦР: описание процедуры
ПЦР-диагностика
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. Полимеразная цепная реакция или ПЦР — это метод создания множества копий определенного участка ДНК in vitro (в пробирке, а не в организме). Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – современный метод исследования, основанный на увеличении малых концентраций фрагментов нуклеиновой кислоты в пробе. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам.
Отечественные решения для автоматизации и цифровизации ПЦР-исследований
Чтобы реакция прошла раствор должен содержать нуклеозидтрифосфаты дНТФ , которые используются в качестве «строительного материала». В 1971 г. Клеппе с соавторами определили состав реакционной смеси, и принципы использования ДНК-праймеров для получения новых копий ДНК. Однако, из-за технологической сложности искусственного синтеза праймеров и нестабильности реакции, метод ПЦР было невозможно использовать на практике в полной мере. В 1975 г. Брок и Х. Фриз открыли Thermusaquaticus грамотрицательную палочковидную экстремально термофильную бактерию. А в 1976 г. В 1983—1984 гг.
Мюллисом был проведен ряд экспериментов по разработке ПЦР. Ученый первый начал использовать вместо ДНК-полимеразы устойчивую к высоким температурам Taq-полимеразу, что позволило ускорить работу по разработке полимеразной цепной реакции. Кроме того, К. Мюллисом в соавторстве с Ф. Фалуном был разработан алгоритм циклических изменений температуры в ходе ПЦР. Открытие метода ПЦР стало одним из наиболее выдающихся событий в области молекулярной биологии за последние десятилетия. Метод продолжает развиваться, появляются новые модификации, но мы предлагаем рассмотреть методику проведения классической ПЦР. 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.
Кроме того, некорректно сравнивать FISH-тест с другими видами генетической диагностики - часто FISH имеет специфическое применение в качестве единственного возможного метода диагностики, например, при таких заболеваниях, как миелолейкоз, лейкоз, хронический лимфолейкоз и др. NGS секвенирование нового поколения Позволяет рассмотреть все мутации в заданном списке генов в рамках одного исследования исследование панели генов , давая полную картину имеющихся мутаций, что позволяет избежать дополнительного тестирования. Значительный объем данных, получаемых при выполнении секвенирования генома, обуславливает продолжительность выполнения NGS-секвенирования генома. Например, изучение панели наиболее распространенных генов, мутации в которых имеют клиническую значимость в онкологии примерно 30 генов , методом NGS выполняется в срок 20-30 рабочих дней. Технологические возможности секвенаторов, работающих в лаборатории МИБС, позволяют говорить о резерве снижения срока выполнения тестирования по мере роста спроса на профессиональную генетическую диагностику со стороны российских онкологов из других регионов.
С конца 2021 года МИБС предлагает удобную схему логистики образцов тканей опухолей и образцов крови для выполнения NGS-исследований, что открывает доступ к высокотехнологичной диагностике онкологу из любого региона, тем самым повышая качество лечения онкологических заболеваний на уровне государства. Для выбора наиболее оптимальной схемы лечения с включением в ее состав иммунотерапии либо таргетной терапии, клинические онкологи лечебных центров, входящих в структуру МИБС Онкологическая клиника МИБС, Центр протонной терапии МИБС используют данные NGS, полученные в собственной молекулярно-генетической лаборатории ПЦР полимеразная цепная реакция Полимеразная цепная реакция - это хорошо знакомый, точный и востребованный метод определения мутаций в указанных генах. С появлением секвенирования нового поколения метод ПЦР утрачивает клиническую важность при необходимости исследования широкой панели генов. В таком случае невысокая стоимость и небольшой срок выполнения исследования, являющиеся преимуществом ПЦР при решении точечных диагностических задач при необходимости всестороннего изучения генов у онкологических пациентов не перекрывают определенных ограничений, которые присущи ПЦР. В первую очередь, это недостаточная информативность - один ПЦР-анализ позволяет проверить мутацию в одном конкретном гене, которую может предположить врач-онколог. В случае подозрения о наличии мутаций в различных генах необходимо многократное повторение ПЦР-тестирования на каждом из интересующих участков ДНК. Это резко повышает общую стоимость исследования и длительность самого процесса диагностики, требует проведения дополнительной биопсии для получения дополнительного объема опухолевых тканей, что также увеличивает общий срок и стоимость исследований. На двух иллюстрациях ниже розовым отмечены зоны генов, которые возможно исследовать этими двумя методами: ПЦР исследование - позволяет диагностировать только 4-10 частых мутаций из более чем 3000 описанных патогенных в базах данных, рассматривается только 2 гена из более чем 100 генов к.
Гордиев М.
Весь цикл с изменением температуры продолжается менее 3 минут. Для правильной оценки результатов ПЦР важно понимать, что данный метод не является количественным. Теоретически продукты амплификации единичных молекул ДНК-мишени могут быть обнаружены с помощью электрофореза уже после 30-35 циклов. Однако на практике это выполняется лишь в случаях, когда реакция проходит в условиях, близких к идеальным, что встречается нечасто. Особенно большое влияние на эффективность амплификации оказывает степень чистоты препарата ДНК, то есть наличие в реакционной смеси тех или иных ингибиторов, от которых избавиться в некоторых случаях бывает крайне сложно. Иногда из-за их присутствия не удается амплифицировать даже десятки тысяч молекул ДНК-мишени. Таким образом, прямая связь между исходным количеством ДНК-мишени и конечным количеством продуктов амплификации часто отсутствует. Для визуализации результатов амплификации используют различные методы. Наиболее распространенный на сегодняшний день - электрофорез, основанный на разделении молекул ДНК по размеру.
Застывшая агароза образует пространственную решетку. При заливке с помощью гребенок в геле формируют специальные лунки, в которые в дальнейшем вносят продукты амплификации. Пластину геля помещают в аппарат для горизонтального гель-электрофореза и подключают источник постоянного напряжения. Отрицательно заряженная ДНК начинает двигаться в геле от минуса к плюсу. При этом более короткие молекулы ДНК движутся быстрее, чем длинные. На скорость движения ДНК в геле влияют концентрация агарозы, напряженность электрического поля, температура, состав электрофорезного буфера и, в меньшей степени, состав ДНК. Все молекулы одного размера движутся с одинаковой скоростью. Краситель встраивается интеркалирует плоскостными группами в молекулы ДНК. После окончания электрофореза, продолжающегося от 10 минут до 1 часа, гель помещают на фильтр трансиллюминатора, излучающего свет в ультрафиолетовом диапазоне 254 - 310 нм. Энергия ультрафиолета, поглощаемая ДНК в области 260 нм, передается на краситель, заставляя его флуоресцировать в оранжево-красной области видимого спектра 590 нм.
В качестве «положительного контроля» используют стандарт ДНК искомого микроорганизма. Размер неспецифических ампликонов может быть как больше, так и меньше по сравнению с «положительным контролем». В худшем случае эти размеры могут совпадать и читаются в электрофорезе как положительные. В то же время препарат ДНК, подготовленный для ПЦР из биологического материала, может содержать примеси ингибиторов, заметно снижающих эффективность реакции, а в некоторых случаях приводящих к отсутствию специфических ампликонов даже при наличии искомого возбудителя. Необходимо контролировать ход амплификации в каждой пробирке с реакционной смесью, для чего используют дополнительный, так называемый «внутренний контроль», который представляет собой любой стандарт ДНК, несхожий с ДНК искомого микроорганизма. Для инфекционных тест-систем иногда, например, используют р-глобиновый ген, к концам которого с помощью генно-инженерных манипуляций пришивают участки ДНК, гомологичные праймерам, входящим в состав тест-системы. Если «внутренний контроль» внести в реакционную смесь, то он станет такой же мишенью для отжига праймеров, как и хромосомальная ДНК искомого возбудителя инфекции. Размер продукта амплификации внутреннего контроля подбирают таким образом, чтобы он был в 2 и более раз больше, чем ампликоны, образуемые от амплификации искомой ДНК микроорганизма. В результате, если внести ДНК «внутреннего контроля» в реакционную смесь вместе с испытуемым образцом, то, независимо от наличия микроорганизма в биологическом образце, «внутренний контроль» станет причиной образования специфических ампликонов, но значительно более длинных тяжелых , чем ампликон микроорганизма. Наличие тяжелых ампликонов в реакционной смеси свидетельствует о нормальном прохождении реакции амплификации и отсутствии ингибиторов.
Если ампликоны нужного размера и «внутреннего контроля» не образовались, можно сделать вывод о наличии в анализируемом образце нежелательных примесей, от которых следует избавиться, но не об отсутствии искомой ДНК. Несмотря на всю привлекательность такого подхода, у него есть существенный изъян. Так, если в реакционной смеси находится нужная ДНК, то эффективность ее амплификации резко снижается из-за конкуренции с «внутренним контролем» за праймеры. Это принципиально важно при низких концентрациях ДНК в исследуемом образце и может приводить к ложноотрицательным результатам. Тем не менее, при условии решения проблемы конкуренции за праймеры этот способ контроля эффективности амплификации, безусловно, будет весьма полезен. Метод горизонтального электрофореза Одним из методов визуализации результатов амплификации является метод электрофореза, основанный на разделении молекул ДНК по размеру. В большинстве методик на данном этапе проводится разделение смеси продуктов амплификации, полученной на 2-ой стадии, методом горизонтального электрофореза в агарозном геле. До проведения электрофоретического разделения, к амплификационной смеси добавляется раствор бромистого этидия, образующий с двухцепочечными фрагментами ДНК прочные соединения внедрения. Эти соединения под действием УФ-облучения способны флуоресцировать, что регистрируется в виде светящихся полос после электрофоретического разделения амплификационной смеси в агарозном геле. Яркость полос продуктов амплификации может быть различной.
Поэтому часто в ПЦР-лабораториях принято оценивать результат по трех-, четырех- или пятибалльной системе. Однако нельзя связывать с начальным количеством ДНК-мишени в образце. Часто уменьшение яркости свечения полос связано со снижением эффективности амплификации под влиянием ингибиторов или других факторов. Метод вертикального электрофореза Метод вертикального электрофореза принципиально схож с горизонтальным электрофорезом. Их отличие заключается в том, что в данном случае вместо агарозы используют полиакриламид. Его проводят в специальной камере для вертикального электрофореза. Электрофорез в полиакриламидном геле имеет большую разрешающую способность по сравнению с агарозным электрофорезом и позволяет различать молекулы ДНК разных размеров с точностью до одного нуклеотида. Приготовление полиакриламидного геля несколько сложнее агарозного. Кроме того, акриламид является токсичным веществом. Поскольку необходимость определить размер продукта амплификации с точностью до 1 нуклеотида возникает редко, то в рутинной работе этот метод не используют.
Метод гибридизационных зондов В качестве альтернативы электрофоретическому методу детекции, имеющему некоторые недостатки: субъективность чтения результатов, ограничения по определению ДНК различных микроорганизмов в одной реакции, могут быть предложены гибридизационные схемы детекции. В этих схемах образующийся в результате амплификации фрагмент ДНК гибридизуется образует 2-х цепочечные комплексы - "гибриды" со специфическим олигонуклеотидным зондом. Регистрация таких комплексов может быть проведена колориметрически или флуориметрически.
Все перечисленные выше достоинства этого уникального метода - высокая чувствительность и специфичность, идентификация инфекционного агента и проведение генотипирования любого гена человека, высокая эффективность и экономия времени, универсальность приборной базы — позволяют широко применять сегодня метод ПЦР в клинической диагностике, медицинской практике, научных исследованиях, контроле качества и многих других областях. Применение ПЦР Области применения полимеразной цепной реакции как современного метода молекулярной биологии разнообразны. Во многом это обусловлено широтой материала, который можно анализировать практически все, из чего можно выделить более-менее качественую ДНК может стать объектом исследования , а также подобранных праймеров. Основные области применения ПЦР: клиническая медицина.
Рибосомальная 16S РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование биополимеров
Лекарства и медицинские процедуры могут повлиять на результат анализа. Не следует сдавать кровь сразу после физиотерапевтических процедур, инструментального обследования, рентгенологического или ультразвукового исследования, массажа. Лучше всего выполнять исследование крови до начала приёма лекарственных препаратов или через 10—14 дней после их отмены. О принимаемых лекарствах следует предупредить медсестру, а также врача, который выполняет диагностику или назначает лечение. Исследования для оценки эффективности лечения, как правило, проводят через 1—2 недели после последнего приёма препарата.
Подготовка к ПЦР-анализу мочи За 24 часа до анализа следует исключить из рациона продукты, меняющие цвет и химический состав мочи: алкогольные напитки, «красящие» овощи — свёклу и морковь, а также специи и соль. По согласованию с врачом лучше отказаться от приёма мочегонных препаратов. Перед взятием биоматериала необходимо тщательно вымыть наружные половые органы. Женщинам рекомендуется обработать половые губы ватными тампонами: сначала — смоченными в тёплой воде с мылом, затем — смоченными в чистой воде.
Движения тампона должны быть направлены от лобка к заднему проходу. Лишнюю влагу удалить чистой салфеткой. Мужчинам следует тщательно вымыть отверстие мочеиспускательного канала тёплой водой с мылом, оттянув кожную складку, промыть водой и промокнуть чистой салфеткой. Биоматериал следует собрать в одноразовый стерильный контейнер.
К сожалению, на данном этапе такое невозможно, и приходится довольствоваться результатами того секвенирования, которое есть. Каждая кДНК из такой библиотеки представляет собой фрагмент ДНК разного размера, фланкированный по обоим краям специальными адаптерами. Наличие адаптеров необходимо для последующей амплификации образцов и секвенирования. Методы создания библиотек кДНК варьируются в зависимости от конечной цели исследования и типа изучаемой РНК РНК может различаться в размере, последовательности, структурных особенностях а также в концентрации. Перед созданием бибилиотеки кДНК, подходящей для конкретного эксперимента, необходимо ответить на следующие вопросы: 1 какие именно молекулы РНК представляют интерес; 2 как получить кДНК желаемого размера; 3 каким способом лучше присоединенить адаптерные последовательности к краям кДНК для амплификации и секвенирования. Непосредственно перед проведением ПЦР можно ввести молекулярные маркеры. Эта процедура особенно актуальна, если РНК в образце изначально немного, как, например, в случае секвенирования РНК одной клетки. Метод секвенирования РНК становится основным методом определения того, какие гены и на каком уровне экспрессируются в клетке. С помощью РНК секвенирования можно определять различия в экспрессии генов на различных стадиях развития организма или в разных тканях.
В настоящее время нет ни одного метода секвенирования, который бы работал для молекулы ДНК целиком; все они устроены так: сначала готовится большое число небольших участков ДНК клонируется молекула ДНК многократно и «разрезается» её в случайных местах , а потом читается каждый участок по отдельности. Клонирование происходит либо просто выращиванием клеток в чашке Петри, либо в случаях, когда это было бы слишком медленно или по каким-то причинам не получилось бы при помощи так называемой полимеразной цепной реакции. В кратком и неточном изложении работает она примерно так: сначала ДНК денатурируют, то есть разрушают водородные связи, получая отдельные нити. На следующем этапе полимераза копирует ДНК, после чего процесс можно повторять: после новой денатурации отдельных нитей будет уже вдвое больше, на третьем цикле — вчетверо, и так далее. Все эти эффекты достигаются в основном с помощью изменений температуры смеси из ДНК, праймеров и полимеразы; для наших целей важно, что это достаточно точный процесс, и ошибки в нём редки, а на выходе получается большое число копий участков одной и той же ДНК. Разные методы секвенирования отличаются друг от друга не методами клонирования, а тем, как потом прочесть получившийся «суп» из многочисленных копий одной и той же ДНК... Примечание редактора Если имеется желание ознакомиться с темой секвенирования более детально, а не в обзорном порядке, то в данном разделе предусмотрен т. Выделение ДНК и РНК Выделение нуклеиновых кислот Практически все научные исследования в области молекулярной биологии на той или иной стадии включают этап выделения нуклеиновых кислот. Выделенные нуклеиновые кислоты затем используют в ПЦР, секвенировании и для множества других задач, причем технологии выделения различаются не только по принципу своего действия, но и в зависимости от типа биоматериала и последующего применения экстракта.
Впервые нуклеиновые кислоты пытались выделить в середине XIX века, когда ещё практически ничего не было известно об этих молекулах. Однако с момента открытия структуры и свойств ДНК технологии её выделения непрерывно модифицируются и совершенствуются. В данной статье рассматриваются самые распространенные, а также прогрессивные методики, используемые для экстракции нуклеиновых кислот. Итак, выделение ДНК и РНК - важный шаг подготовки проб для выполнения различных задач в микробиологии, биотехнологии, биохимии, медицинской диагностике и т. Амплификация, проведение обратной транскрипции, детектирование накопления продуктов амплификации методом ПЦР в реальном времени, клонирование, секвенс, гибридизация, синтез ДНК и т. На сегодняшний день имеется множество специализированных методик, которые могут использоваться для выделения нуклеиновых кислот с высокой степенью очистки. Наиболее известные из них относятся к методикам осаждения НК на суспензионный носитель и выделения НК на колонках. Однако набирают популярность и другие методы, о которых будет сказано позднее. Видео: Выделение ДНК.
Просо о сложном. В зависимости от того, из какого организма выделяют НК используют различные методы разрушения клеток: Для разрушения клеток бактерий используют химические вещества, разрушающие клеточную стенку бактерий — ЭДТА, лизоцим, ультразвук, гомогенизация и др. Для лизиса клеток и денатурации белков часто используется детергент додецилсульфат натрия или гуанидинизотиоцианат. Разрушение клеток животных и человека не вызывает сложностей: используют гомогенизацию, обработку SDS додецилсульфатом натрия , либо клетки обрабатывают протеиназами. Для разрушения клеточных стенок растений — ферменты, разрушающие целлюлозу, замораживание в жидком азоте и последующее механическое разрушение клеток и др. Отделение нуклеиновых кислот от белков Депротеинизацию клеточного лизата часто осуществляют с помощью фенола и хлороформа белки переходят в фазу растворителя. Молекулярщики часто подразумевают смесь водонасыщенного фенола с хлороформом 1:1, а не кристаллическое вещество. В смеси с хлороформом фенол работает эффективнее, а изоамиловый спирт гасит пенообразование. Часто белки разрушают протеиназами, например, протеиназой К; центрифугированием для удаления денатурированных белков и фрагментов клеточных органелл.
Ряд современных методов предусматривает осаждение ДНК на гранулах силикагеля, центрифугирование и последующую элюцию ДНК с гранул в раствор. Некоторые коммерческие наборы предусматривают сорбцию ДНК на мембранах или ионообменных сорбентах. Когда нуклеиновые кислоты остаются в водном растворе: ДНК осаждают из раствора этанолом и после центрифугирования растворяют осадок в буферном растворе. Концентрацию полученной нуклеиновой кислоты, а также наличие примесей белки обычно определяют спектрофотометрически по поглощению на А260 нм. Максимум поглощения белка приходится на 280 нм. Для оценки чистоты препарата ДНК, свободного от РНК, проводят измерения оптической плотности раствора при длинах волн 260, 280 и 235 нм, то есть на максимумах поглощения растворов ДНК, белков и полисахаридов, соответственно. Пять популярных методик выделения нуклеиновых кислот Выделение фенол-хлороформом Рис. Схема протокола выделения фенол-хлороформным методом. Первое упоминание об использовании этого метода встречается в статье 1967 года, и с тех пор эта технология является одним из самых распространённых способов выделения нуклеиновых кислот.
Суть методики заключается в смешивании клеточного лизата с фенолом, хлороформом и изоамиловым спиртом в пропорции 25:24:1 и последующем перемешивании и центрифугировании смеси. После проведения этих манипуляций получается раствор с двумя фазами: водной и органической, причем все липиды и жиры находятся в органической нижней фазе, белки — на границе фаз, а нуклеиновые кислоты — в водной верхней фазе Рис. Для повышения чистоты экстракта эти действия повторяют несколько раз. Данный метод используется повсеместно, поскольку он не требует дополнительного сложного оборудования и имеет невысокую стоимость. Однако нуклеиновые кислоты, полученные таким образом, обладают невысоким качеством и зачастую требуют дополнительной очистки. Также эта технология имеет существенно меньший выход нуклеиновых кислот в сравнении с другими методиками. Помимо качества экстракта, этот метод обладает ещё несколькими недостатками: он требует сложных манипуляций, которые могут привести к контаминации и потере образца, а сам процесс трудно автоматизировать. Также весь протокол занимает достаточно много времени. Выделение на спин-колонках Рис.
Схема протокола выделения на спин-колонках. Технология выделения на спин-колонках — это усовершенствованный метод экстракции на частичках силики, предложенный американскими учёными в 1979 году. Они продемонстрировали, что в щелочных условиях и при повышенных концентрациях соли ДНК связывается с силикатами, и это позволяет отделить все остальные компоненты клетки от частиц силики со связанной ДНК. Спин-колонки сконструированы таким образом, что при нанесении клеточного лизата на колонку и последующем центрифугировании ДНК остаётся на колонке, а всё лишнее проходит сквозь неё Рис. Затем ДНК промывают несколько раз и элюируют в пробирку для сбора образца. Преимущества такого метода заключаются в повышенной чистоте и хорошем качестве выделенных нуклеиновых кислот, высокой воспроизводимости и простоте по сравнению с выделением фенол-хлороформом. Однако также большое количество манипуляций может привести к контаминации, а выделение коротких фрагментов ДНК на спин-колонках может быть затруднено. Экстракция на спин-колонках может занять от 20 минут в зависимости от биоматериала и сложности его лизиса. Стоимость одного выделения здесь значительно выше, чем у предыдущего метода, поскольку на каждую реакцию необходима своя колонка, несколько пробирок для сбора фильтрата и элюата и, конечно, реагенты.
Выделение на магнитных частицах Рис. Схема протокола выделения на магнитных частицах. Спустя 20 лет после появления метода выделения на спин-колонках начинает набирать популярность более быстрый способ выделения на магнитных частицах 3. Технология этого способа выделения основана на связывании нуклеиновой кислоты с веществом, покрывающим магнитные частицы целлюлоза, сефадекс, сефакрил, dT-олигонуклеотиды, специфичные олигонуклеотиды и др. К клеточному лизату добавляют такие магнитные частицы и перемешивают для связывания ДНК с ними. После этого пробирку ставят в магнитный штатив или подносят к магниту, фиксируя таким образом твердую фазу. После отбора супернатанта нуклеиновые кислоты на частицах промывают и элюируют Рис. Этот метод имеет те же преимущества, что и выделение на спин-колонках, но для экстракции на магнитных частицах не требуется сложное лабораторное оборудование например, центрифуга. Более того, процесс выделения на магнитных частицах легко автоматизировать, и многие автоматические станции выделения основаны именно на этой методике.
Однако здесь также присутствует риск контаминации и потерь образца. Данный протокол выделения займет немного меньше времени благодаря отсутствию этапов центрифугирования, но количество манипуляций будет примерно таким же. Также стоимость одной реакции обычно выше, чем при выделении на колонках, а панели наборов предоставляют Qiagen, Analytik Jena, ThermoFisher и другие. Умное выделение Smart Extraction Рис. Схема протокола умного выделения. Протокол основан на принципе работы наборов для выделения компании Analytik Jena. Методики выделения нуклеиновых кислот не перестают совершенствоваться: в 2005 году специалисты из компании Analytik Jena доказали, что для связывания нуклеиновых кислот с неорганической твёрдой фазой можно использовать не только хаотропные соли, но и смесь из хаотропных и нехаотропных солей с низкой ионной силой, эту технологию они назвали Dual Chemistry. Позднее они усовершенствовали технологию Dual Chemistry при помощи немагнитных частиц с «умной» поверхностью. Для выделения используются специальные наконечники с этими частицами, которые надеваются на дозатор.
При заборе клеточного лизата в наконечник нуклеиновая кислота из раствора связывается с частицами, затем следуют этапы промывки и элюции, в результате чего получается очищенная нуклеиновая кислота высокого качества Рис. Эта технология значительно ускоряет процесс выделения, а благодаря особенностям «умной» поверхности выход и качество нуклеиновых кислот значительно превосходит все предыдущие методы. Данный способ экстракции очень легко автоматизировать, ведь носики со связывающими частицами подходят как для обычных лабораторных дозаторов, так и для различных автоматических станций выделения нуклеиновых кислот. Ферментативное температурно-зависимое выделение Рис. Схема протокола ферментативного температурно-зависимого выделения. Протокол основан на принципе работы наборов для выделения компании MicroGEM. Все вышеперечисленные методики имеют общую лимитирующую стадию — этап лизиса. Во всех технологиях используется SDS и протеиназа K для разрушения клеточных стенок и высвобождения нуклеиновых кислот. SDS является ингибитором ПЦР, именно поэтому необходимы множественные стадии промывки, которые повышают риск контаминации и приводят к потерям образца.
Также более сложные для лизиса образцы могут требовать дополнительную долгую и трудозатратную пробоподготовку. Специалисты из новозеландской компании MicroGEM ликвидировали проблемы, связанные с длительным и сложным лизисом и использованием вредных химикатов, благодаря применению очень эффективной термофильной протеиназы EA1 вместе с мезофильными гидролазами. Процесс ферментативного температурно-зависимого выделения начинается со смешивания буфера и ферментов с образцом. При последующей инкубации при комнатной температуре гидролазы деградируют клеточные стенки. Для особо загрязненных образцов вроде почвы или растений можно добавить этап очистки на колонке для избавления от ингибиторов. Данная технология оптимальна для работы с малым количеством биоматериала, поскольку нет потерь нуклеиновых кислот. Также эту методику легко автоматизировать, она самая быстрая среди всех упомянутых способов выделения от 7 минут и включает меньше всего манипуляций. Стоимость одной реакции невысока, поскольку кроме реагентов не требуется никаких специальных расходных материалов. Разрезание и сшивание ДНК Рестрикция и рестриктазы Разрезание ДНК с помощью рестрикционных эндонуклеаз Одним из первых и важнейших из шагов молекулярной биологии стала возможность разрезать молекулы ДНК, причем в строго определенных местах.
Этот метод был изобретен при изучении в 1950—1970-е годы такого феномена: некоторые виды бактерий при добавлении в среду чужеродной ДНК разрушали ее, в то время, как их собственная ДНК оставалась невредимой.
После нужного числа температурных циклов, применяют специальный прибор — детектор флюоресценции. За счет того, что в образец можно добавлять флуорофоры для разных мишеней они будут и светиться под ультрафиолетом разным цветом , метод гибридизации подходит для диагностики сразу нескольких мишеней в одном образце. Отличается тем, что детекция проводится прямо в процессе амплификации. Для этого нужны зонды-люминофоры из предыдущего пункта и специальные приборы ДНК-амплификаторы. Эти устройства оценивают нарастание яркости люминофора после каждого температурного цикла и впоследствии, вычисляют исходное число искомых нуклеиновых кислот в образце. Электрофорез и гибридизация подходят только для качественной оценки, то есть дают ответ на вопрос, есть ли в образце искомый материал. ПЦР в реальном времени — единственный доступный метод количественной оценки. Если мишеней для праймеров в образце не окажется, то температурные циклы пройдут в холостую и при детекции будет получен отрицательный результат.
Преимущества методики ПЦР Всего разработано более 10 разных методик амплификации, применяемых лабораториями в зависимости от исходных условий и поставленных целей. Общим для них есть высокая чувствительность для положительного результата достаточно 40! Но точность результатов сильно зависит от качества сбора диагностического материала, тщательного соблюдения всех технических требований к каждому этапу и качеству оборудования, расходных материалов буфера, праймеров, раствора для отмывки и т. Области применения в медицине В дерматовенерологии ПЦР используют для выявления венерических заболеваний: микоплазменной, хламидийной инфекций, сифилиса, генитального герпеса и др. А с помощью ПЦР в реальном времени, оценивая вирусную нагрузку, врачи могут составить мнение о динамике заболевания, отклике на лечение, что особенно актуально для пациентов с ВИЧ, принимающих терапию. Также благодаря ПЦР врачи могут в течение нескольких дней с уверенностью идентифицировать коклюш и паракоклюш, выявить возбудителей эпидемии ОРВИ. Уточняются типы вируса гриппа, циркулирующие на определенной территории, на основании чего появляется возможность разработать эффективную вакцину для каждого сезона гриппа. В течение суток или быстрее можно установить вид возбудителя кишечной инфекции, а значит — назначить адекватное лечение и обнаружить вероятный источник заражения.
Использование ВКО основано на возможности проведения в одной реакционной смеси нескольких практически независимых реакций амплификации для разных фрагментов ДНК мультиплексная ПЦР. Так, например, для контроля за эффективностью ПЦР можно использовать одновременное протекание двух реакций амплификации в одной пробирке. С помощью ВКО, добавляемого в образец перед этапом пробоподготовки очистки ДНК от примесей , можно проконтролировать эффективность всех этапов анализа. Специалисты знают, что очень важным этапом разработки ПЦР-тест-системы является правильная разработка и использование ВКО внутреннего контрольного образца. В случае ОТ-ПЦР ПЦР с предшествующей ей обратной транскрипцией ВКО — это специально сконструированный препарат РНК экзогенный внутренний контроль , добавленный к каждому исследуемому образцу на этапе пробоподготовки биологического материала или изначально содержащийся в биологическом материале эндогенный внутренний контроль , который проходит через все стадии ПЦР-анализа. На этапе детекции результат амплификации ВКО позволяет судить о качестве результата при проведении ПЦР-анализа в целом. Хотя использование эндогенного внутреннего контроля — тоже вариант, все же лучше всего использовать экзогенный внутренний контроль — ВКО на основе РНК.
Сколько стоит сдать ПЦР-анализ
Анализ методом ПЦР – это диагностический метод, позволяющий выявить наличие возбудителя заболевания в организме даже, если он присутствует в минимальных количествах. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — важнейший лабораторный метод исследования тонкой молекулярной структуры генетического материала. Материалом, который используется для лабораторного исследования методом ПЦР, являются различные биологические жидкости организма человека.
Сколько стоит сдать ПЦР-анализ
Этот метод был разработан в 1983 году американским биохимиком Кери Муллисом, получившим Нобелевскую премию за это ценное открытие 10 лет спустя. 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.
Помимо положительного или отрицательного результата, тест ИФА может дать ложноположительный или ложноотрицательный результат. Ложноположительный — речь может идти об сходных по своей структуре антителах, которые вырабатываются в организме при аутоиммунных заболеваниях, множественных миеломах, алкогольном гепатите и других патологиях. Ложноотрицательный — скорее всего, тестирование было проведено преждевременно или иммунная система слишком слаба и не вырабатывает антитела к ВИЧ. При сомнительном результате тест проводится повторно. Иммунный блоттинг Иммуноблот — это основной метод диагностики ВИЧ, сочетающий иммуноферментный анализ ИФА с предварительным электрофоретическим переносом на нитроцеллюлозную полоску антигенов вируса. Для их выявления анализ проводят в три этапа: подготовка нитроцеллюлозной полоски; исследование пробы биологического материала пациента; трактовка результата. Таким образом, в ходе проводимого исследования, основные белки ВИЧ распределяются по поверхности в виде отдельных полос, которые проявляются при проведении иммуноферментной реакции и подтверждают наличие или отсутствие антител к антигенам ВИЧ. Полученные в ходе исследования иммунным блоттингом результаты считаются окончательными. С ее помощью можно выявить даже единичные вирусные частицы. Однако ПРЦ проводят только в исключительных случаях. Несмотря на высокую чувствительность метода ПЦР, он обладает меньшей диагностической чувствительностью к ВИЧ, что объясняется вариабельностью генома вируса. Поэтому для постановки окончательного диагноза данный метод не используется. Новые и альтернативные методы диагностики ВИЧ Недавно, сотрудниками Питтсбургского университета был разработан новый высокочувствительный тест для обнаружения скрытых вирусов — тест TZA. Для его проведения требуется меньше времени и крови пациента.
Инструкция по использованию контейнера Открутите крышку контейнера и положите её, не касаясь внутренней части крышки. Соберите первую порцию мочи в контейнер. Если мочу на анализ берут у ребёнка, можно использовать мочеприёмник. Закройте контейнер крышкой и плотно закрутите её. Доставьте контейнер в лабораторное отделение в течение 2 часов после взятия биоматериала. 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.
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. Его применяют для амплификации РНК. Вложенная ПЦР нужна для уменьшения побочных реакций, для этого в амплификатор помещают два праймера. Количественная ПЦР применяется для наблюдения за изменением цепной реакции. Ступенчатая ПЦР позволяет снизить связывание праймеров. Его делают при помощи прибора, в котором есть картридж, определяющий только одну инфекцию, например, коронавирус. Кроме него аппарат ничего не видит, как и при обычном ПЦР, однако в таком случае результат можно получить намного быстрее".
Рибосомальная 16S РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование биополимеров
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — важнейший лабораторный метод исследования тонкой молекулярной структуры генетического материала. ПЦР анализ на инфекции Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – высокоточный метод молекулярно-генетической диагностики, который позволяет выявить у человека различные инфекционные и наследственные заболевания, как в острой и хронической стадии. Анализ методом ПЦР основан на обнаружении в материале исследования небольшого фрагмента ДНК возбудителя той инфекции, которую подозревает врач.
Диагностика COVID-19: обзор основных методов
Методика проведения анализа с использованием метода ПЦР включает три этапа. диагностика) считается одним из самых современных и точных методов молекулярной диагностики различных инфекций, в том числе урологических и гинекологических заболеваний. читайте в медицинском журнале клиники Адмиралтейские Верфи.
ПЦР: современные методики диагностики туберкулеза
Открытие метода ПЦР стало одним из наиболее выдающихся событий в области молекулярной биологии за последние 30 лет и позволило поднять медицинскую диагностику на качественно новый уровень. За короткое время ПЦР-анализ распространился по всему миру, быстро выйдя из лабораторий научных институтов в сферу практического клинического использования. Этот метод нашел применение в: диагностике инфекционных заболеваний, в том числе вызванных агентами, трудно поддающимися культивированию: в клинической диагностике вирусных и бактериальных инфекций; диагностике наследственных муковисцидоз, фенилкетонурия, гемофилия , онкологических и др. Кроме того, молекулярные методы используются в таких областях, как эпидемиология, фармакология, экология, сельское хозяйство, пищевая промышленность, биотехнология. Изящность, простота исполнения, непревзойденные показатели чувствительности и специфичности принесли новому методу небывалую популярность. История открытия и разработка метода пцр Молекулярная биология началась с эры ДНК.
ДНК была провозглашена "главной молекулой жизни", "нитью жизни", началом начал и основой всего живого. Белки, ранее рассматриваемые как основной компонент живых систем, теперь "увольнялись" со всех руководящих позиций и "назначались" на второстепенные роли катализаторов, обслуживающих существование ДНК.
Это — наиболее точный анализ на половые инфекции, скрытые инфекции и другие заболевания, передающиеся половым путем. Кроме этого, с помощью ПЦР сегодня определяется наличие коронавируса и ряда других инфекционных болезней, которые передаются воздушно-капельным путем.
Полимеразная цепная реакция является эффективным диагностическим инструментом, который позволяет врачу не только точно определить тип инфекционного возбудителя в организме пациента, но и выявить количество патогенов. Эта помогает обнаруживать хронические инфекции, например, вирусный гепатит. Отличие ПЦР-диагностики от других методик лабораторных исследований заключается в следующем: Метод направлен на идентификацию самого возбудителя. Диагностика универсальна и может использоваться для выявления нескольких патогенов.
Для точной диагностики достаточно только одного биологического образца пациента. Метод обладает высокой чувствительностью и не сопровождается другими перекрестными реакциями. Для анализа подходит любой биологический материал пациента: возможно изучение мазка, мочи, спермы и т. Если говорить о других преимуществах методики, то можно отметить следующее: Специфичность.
Поставить диагноз на основании полимеразной цепной реакции можно через 48 часов после сдачи биологического материала, что дает возможность своевременно начать лечение. Возможность количественного анализа. Эта характеристика важна при выявлении заболеваний, вызываемых условно патогенной микрофлорой например, кандидоза. К недостаткам ПЦР-диагностики можно отнести необходимость в высокотехнологичном оборудовании и высококвалифицированных специалистах.
Кроме этого, из-за крайне высокой чувствительности есть риск неверного результата, если пациент инфицирован сразу несколькими видами микроорганизмов. Специфичность и применение Анализ методом полимеразной цепной реакции стал «золотым стандартом» для выявления ряда инфекций. Сегодня можно говорить о том, что такое исследование проверено временем, а строгие клинические испытания только подтвердили его эффективность и точность.
Как в любых других исследованиях, иной раз результаты теста оказываются ложноположительными или ложноотрицательными, где ПЦР исключением не является. Подобное может происходить в случаях: Нарушения технологического процесса на одном из этапов реакции; Несоблюдения правил забора материала, его хранения или транспортировки; Присутствие посторонних примесей в материале.
Это говорит о том, что к ПЦР — диагностике инфекций нужно подходить внимательно, осторожно и аккуратно, иначе образцы материала могут поменять свое структурное строение или вовсе разрушиться. Этапы ПЦР-диагностики. Ложные результаты могут дать нарушения на любом из этапов исследования ПЦР-диагностика инфекций относится к категории «золотых стандартов» среди других лабораторных методов, поэтому ее можно применить для поиска возбудителей многих заболеваний, на первый взгляд не имеющих ничего общего между собой: Туберкулез различной локализации, пневмония в том числе и атипичная, вызванная хламидией ; Детские инфекции коревая краснуха, паротит, корь ; Дифтерия; Зоонозная инфекционная болезнь — листериоз заболевание характеризуется многообразием симптомов с поражением лимфоузлов, ЦНС, внутренних органов ; Заболевания, обусловленные проникновением вируса Эпштейн-Барра инфекционный мононуклеоз и др. Доказано, что хеликобактер становится причиной развития рака желудка или 12-перстной кишки; Кандидоз и практически все ЗППП. ПЦР-диагностика инфекций, передающихся половым путем, имеет особую значимость, поскольку заболевания, вызванные таким образом, часто длительное время протекают без каких бы то ни было клинических проявлений, зато при беременности начинают активизироваться и, таким образом, угрожать здоровью и даже жизни ребенка.
Некоторые из них «торч» относятся одновременно и к ИППП, поэтому последние требуют более подробного рассмотрения. Ознакомиться с самыми популярными методиками читатель сможет в следующих разделах статьи. Как правильно подготовиться, чтобы получить достоверный результат? Сразу заметим, что подготовка к ПЦР довольно простая, никаких особых усилий со стороны пациента не требующая. Нужно лишь выполнить три несложных задания: Не иметь половых контактов за 24 часа до того, как сдать анализ; Для забора и анализа крови из вены нужно прийти на голодный желудок, пить, кстати, тоже нельзя; Сдать мочу следует ночную утром — в стерильную баночку, приобретенную накануне в аптеке.
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. Без соблюдения этих условий праймеры не отжигаются. Элонгация синтез. Температура в реакционной смеси доводится до оптимума работы Taq-полимеразы.
Таким образом, специфические фрагменты, ограниченные на концах праймерами, впервые появляются в конце второго цикла, накапливаются в геометрической прогрессии и очень скоро начинают доминировать среди продуктов амплификации. В клинико-диагностических лабораториях наиболее распространенными модификациями ПЦР являются: ПЦР с «горячим» стартом hot-start PCR — суть этой модификации состоит в предотвращении возможности начала реакции до момента достижения условий, которые обеспечивают специфический отжиг праймеров. ПЦР с «горячим» стартом дает возможность минимизировать вероятность образования неспецифических продуктов ПЦР и возможность получения ложноположительных результатов анализа. ПЦР с анализом результатов «по конечной точке» End-point PCR — эта модификация позволяет учитывать результаты реакции по наличию флуоресценции после амплификации, не открывая пробирку. Таким образом, решается проблема контаминации ампликонами. Преимущество состоит в возможности совмещения детекции и количественного определения специфической последовательности ДНК в образце после каждого цикла амплификации в реальном времени.
Для этого используются флуоресцентные красители, которые интеркалируют в двуцепочечные молекулы ДНК или модифицированные дезоксинуклеоты, флуоресцирующие после гибридизации с комплементарными участками ДНК. Мультиплексная мультипраймерная ПЦР — амплификация двух и более последовательностей ДНК в одной пробирке одновременно. Преимущество этого метода заключается в возможности выявления ряда патогенов, генетических модификаций организмов или генотипирования множественных аллелей и т. Все перечисленные виды ПЦР не могут быть проведены без необходимого пространства и оборудования. Комплект необходимого оборудования для проведения ПЦР должен включать в себя все необходимые приборы для выделения НК, их амплификации и детекции результатов. Все оборудование должно быть исправным, иметь технический паспорт и инструкцию по эксплуатации.
Все приборы должны соответствовать нормам безопасности. Для предотвращения контаминации исходных образцов используют одноразовые пробирки с плотно закрывающимися крышками и наконечники к микродозаторам, термостаты с твердотельнымтермоблоком, специальные контейнеры для сброса использованных наконечников и пробирок. Смена наконечников является обязательной после каждой проведенной манипуляции [3]. Для каждого отдельного помещения предусмотрено наличие холодильников и морозильников для поддержания определенной температуры, вортексов и ротаторов для перемешивания, центрифуг различной мощности для перемешивания и разделения образцов.
Что такое ПЦР-тест? Методика, преимущества и недостатки анализа
В качестве материала для исследований методом полимеразной цепной реакции выступают кровь, моча, слюна, мокрота, ликвор, биоптаты тканей, соскобы со слизистых оболочек. 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. читайте в медицинском журнале клиники Адмиралтейские Верфи. Исследования, проводимые одним из широко применяемых методов – методом, основанным на полимеразной цепной реакции (ПЦР), являются наиболее точными и достоверными. один из наиболее чувствительных и надежных количественных методов анализа экспрессии генов. В России начали внедрять в клиническую практику ПЦР-анализы на коронавирусную инфекцию по любым доступным пробам биологических жидкостей.