полимеразная цепная реакция. ПЦР (полимеразная цепная реакция) — это метод тестирования, который способен находить генетический материал вируса непосредственно в крови пациента, слюне или любой другой жидкости, изобретенный в 1983 году американским биохимиком Кэрри Муллисом.
Отечественные решения для автоматизации и цифровизации ПЦР-исследований
один из наиболее чувствительных и надежных количественных методов анализа экспрессии генов. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания. Специфическое обследование на SARS-CoV-2 делают двумя способами: методом ПЦР и посредством экспресс-тестирования. При самолечении и самостоятельной сдаче анализов для исследования методом ПЦР в сетевой лаборатории высок риск того, что вы будете годами лечиться от несуществующей болезни. Согласно руководству ВОЗ, анализы на коронавирус COVID-19 должны проводиться методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с обратной транскрипцией. Открытие метода полимеразной цепной реакции (ПНР) стало одним из наиболее выдающихся событий в об-ласти молекулярной биологии за последние десятилетия.
Рибосомальная 16S РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование биополимеров
Во-вторых, внедрение цифровизации ПЦР-диагностики увеличит пропускную способность лаборатории и поспособствует лавинообразному росту количества выполняемых анализов. Анализ методом ПЦР основан на обнаружении в материале исследования небольшого фрагмента ДНК возбудителя той инфекции, которую подозревает врач. Преимущества метода ПЦР над иммуноферментным анализом и прочими иммунологическими инструментами выявления инфекции заключается в том, что он реже дает ошибочные результаты. Лучше всего комбинировать различные методы исследования – помимо определения самого возбудителя методом ПЦР необходимо оценивать и иммунный ответ организма, который определяется традиционными уже серологическими методами, например, ИФА.
ПЦР-исследования
Использование ПЦР-диагностики производится в совокупности с другими методами исследования (ИФА, ПИФ, РИФ и др.). Один метод ПЦР породил множество тестов, отвечающих разным тематикам исследований во многих отраслях человеческой деятельности. Метод ПЦР позволяет выявить наличие определенной ДНК последовательности с мутацией и подтвердить диагноз. Во-вторых, внедрение цифровизации ПЦР-диагностики увеличит пропускную способность лаборатории и поспособствует лавинообразному росту количества выполняемых анализов. Флуоресцентные методы детектирования продуктов ПЦР расширяют возможности применения.
ПЦР-исследования
Благодаря ИФА, реально подтвердить или опровергнуть факт распространенности инфекционного процесса в любом участке организма. Метод ПЦР же предназначен для обнаружения возбудителя только в исследуемом образце, то есть биологических жидкостях, фрагментах органов и тканей, которые были предоставлены для исследования. Для проведения иммуноферментного анализа пригоден абсолютно любой материал для исследования кровь, моча, слюна, частички органов и тканей. Потому как иммуноглобулины при ответе организма на проникновение возбудителя могут находиться где угодно. Для исследования путем полимеразной цепной реакции берется тот биологический материал, где предположительно может присутствовать возбудитель. Как видно из перечисленных особенностей каждого лабораторного исследования различия между ИФА и методом ПЦР существенные. Если коротко сформулировать, то ИФА направлен на обнаружение продуктов жизнедеятельности белков-маркеров. А ПЦР нацелен на установление конкретного возбудителя, который может относиться к группе бактерий, вирусов или грибков. С той лишь целью, чтобы сразу получить полномасштабную клиническую картину о происходящих патологических процессах внутри организма пациента. Теперь, если когда-нибудь станет выбор, какой вид диагностики предпочесть ПЦР либо ИФА, у человека, ознакомившегося с предложенной информацией, вопросов не возникнет. Когда речь идет о здоровье, дабы не допустить развития инфекционного процесса до неизлечимой стадии.
Лучше сделать полное обследование, чтобы обнаружить инфекцию как можно раньше и провести своевременное лечение.
ПЦР «в реальном времени». Лаборатория знаний, 2009. Vysotin S.
Polymerase chain reaction as a method of laboratory diagnosis of tuberculosis in HIV-infected. Gilmiyarova F. Polymerase chain reaction. Discovery history.
A new stage of development. Lopukhov L. Polymerase chain reaction in clinical microbiological diagnostics. Nesterov S.
Current state and prospects. New information technologies. Oradova A. Polymerase chain reaction in laboratory diagnostics.
Razumovskaya I.
Кэри Муллис: создатель технологии ПЦР. Ниже мы кратко резюмируем суть и значение наиболее важных для возникновения ПЦР работ см. В 1953 году исследователи Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали работу 2 , которая внесла существенный вклад в понимание структуры ДНК — молекулы, в которой зашифрована уникальная для каждого организма генетическая информация. Именно эта информация является ключом как к определению вида организма, что необходимо для детектирования патогена, так и к выявлению генетических особенностей и заболеваний человека методом ПЦР. В 1950-х гг.
Артур Корнберг изучал механизмы репликации, или самоудвоения, ДНК. Ему же удалось впервые осуществить синтез ДНК вне живой клетки, в пробирке. А в 1957 ученый вместе со своей научной группой выделил из бактерии Escherichia coli первую ДНК-полимеразу 3 — ключевой фермент, обеспечивающий синтез ДНК. В 1960-х Хар Гобинд Корана продолжил изучение механизмов синтеза нуклеиновых кислот. В частности, в его лаборатории впервые синтезировали целый ген. Корана продемонстрировал, что такой искусственно созданный фрагмент ДНК нормально функционирует, встроив его в геном Escherichia coli 4.
Кроме того, исследователь занимался расшифровкой генетического кода и его роли в синтезе белков. 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.
В 1950-х гг. Артур Корнберг изучал механизмы репликации, или самоудвоения, ДНК. Ему же удалось впервые осуществить синтез ДНК вне живой клетки, в пробирке. А в 1957 ученый вместе со своей научной группой выделил из бактерии Escherichia coli первую ДНК-полимеразу 3 — ключевой фермент, обеспечивающий синтез ДНК. В 1960-х Хар Гобинд Корана продолжил изучение механизмов синтеза нуклеиновых кислот. В частности, в его лаборатории впервые синтезировали целый ген. Корана продемонстрировал, что такой искусственно созданный фрагмент ДНК нормально функционирует, встроив его в геном Escherichia coli 4.
Кроме того, исследователь занимался расшифровкой генетического кода и его роли в синтезе белков. 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!
Диагностика COVID-19: обзор основных методов
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. Считается, что даже бессимптомный хламидиоз опасен, хотя достоверных данных и прогнозов на этот счет нет. По существующим стандартам , если хламидию нашли, это нужно лечить. Чтобы выявить микоплазменную инфекцию, сдают количественный ПЦР, чтобы определить, сколько именно бактерий поселилось внутри. Только микоплазма гениталиум считается патогеном, если она обнаружена в анализах, требуется лечение. Количество микробных клеток и наличие симптомов не имеет значение.
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. Для детекции PCR-продукта используются флуоресцентные красители, обеспечивающие флуоресценцию, прямо пропорциональную количеству ПЦР-продукта - репортерную флуоресценцию. Кинетическая кривая в координатах "Уровень репортерной флуоресценции - цикл амплификации" имеет S-образную форму. В ней можно выделить три стадии: 1. Стадию инициации когда ПЦР-продукты еще не детектируется флуоресцентной меткой. Экспоненциальную стадию в которой наблюдается экспоненциальная зависимость количества флуоресценции от цикла ПЦР.
Плато стадию насыщения. По нарастанию интенсивности флуоресцентного сигнала с помощью программного обеспечения, прилагаемого к амплификатору, вычисляется концентрация исходной матрицы ДНК. Данный участок ДНК уникален и не характерен ни для одной инфекции на земле. Специфичность задается нуклеотидной последовательностью праймеров, что исключает возможность получения ложных результатов, в отличие от метода иммуноферментного анализа, где нередки ошибки в связи с перекрестно-реагирующими антигенами. ПЦР-диагностика обнаруживает наличие возбудителей инфекционных заболеваний в тех случаях, когда другими методами иммунологическими, бактериологическими, микроскопическими это сделать невозможно. Чувствительность ПЦР-анализа составляет 10-1000 клеток в пробе чувствительность иммунологических и микроскопических тестов - 103-105 клеток.
Унифицированный метод обработки биоматериала и детекции продуктов реакции, и автоматизация процесса амплификации дают возможность провести полный анализ за 4-4. В настоящее время преимущество ПЦР-анализа перед культуральным методом обнаружения микроорганизмов состоит в следующем:. Эти различия объясняются возможной гибелью микроба при хранении и транспортировке, тогда как ПЦР способна обнаруживать и нежизнеспособные формы микроорганизма. Время, необходимое для обнаружения возбудителя культуральным методом, составляет около 4 суток, тогда как использование ПЦР позволяет обнаружить микроб через 4-5 часов. Использование технологии ПЦР позволяет проводить определение возбудителей, например хламидий, в образцах, взятых неинвазивным путем, например в порциях мочи. Особенно эффективен метод ПЦР для диагностики трудно культивируемых, некультивируемых и персистирующих форм микроорганизмов, с которыми часто приходится сталкиваться при латентных и хронических инфекциях, поскольку этот метод позволяет избежать сложностей, связанных с выращиванием таких микроорганизмов в лабораторных условиях.
Данный метод сравним по трудоемкости с классическими методами иммуноферментным, иммунофлуоресцентным и т. Поэтому метод ПЦР, наравне с культуральным методом, признается «золотым стандартом» для диагностики инфекционных заболеваний. В общем случае подобный контроль должен проводиться спустя промежуток времени, в течение которого происходит полная элиминация возбудителя. Обычно этот интервал составляет 4-8 недель.
Диагностика СПИДа. Определить ВИЧ инфекцию можно несколькими способами. Но полимеразная цепная реакция дает однозначный ответ, практически сразу. Потому именно ПЦР считается предпочтительным вариантом и основной мерой диагностики. Венерические инфекции. Обследование проводится в любой момент.
В качестве биоматериала забирают мазок со слизистых оболочек уретры. Методика предоставляет точные результаты. С ее же помощью можно обнаружить ход течения заболевания, давность, наличие иммунитета, сопротивляемость организма. Проводится параллельно с микробиологическим исследованием или вместо него. Зависит от ситуации. На венерические инфекции указывают такие симптомы: боли в области половых органов, рези при мочеиспускании, жжение, зуд, выделения гнойного, прозрачного характера с неприятным запахом или без такового, нарушения отхождения урины. Герпесвирусные инфекции, папилломатоз. Другими способами определить патологические процессы, ассоциированные с этими возбудителями, не выйдет. Многие из них потенциально опасны. Некоторые штаммы вируса папилломы человека крайне агрессивны, онкогенны.
Могут привести к сложным формам рака. Потому так важна ранняя диагностика. Злокачественные процессы на начальной стадии. Пока еще симптомов нет. С помощью ПЦР-анализа удается обнаружить аномальные клетки, которые имеют одну, а то и несколько мутаций генетического материала. Как правило, это случайные находки. Например, при анализе соскоба со слизистых оболочек полости рта заядлого курильщика. Благодаря такому способу удается обнаружить проблему на ранней стадии, когда как таковой опухоли еще нет. Но предпосылки — представлены в полном объеме. Исследование иммунной реакции на того или иного возбудителя.
Изучают особые вещества, которые отвечают за инактивацию и сдерживание аномальных агентов, инфекционных структур. Методика отличается от схожего по целям ИФА. Обследование на предмет генетических аномалий. В рамках диагностики наследственных патологических процессов. В качестве основного метода. Также с помощью ПЦР возможно установление отцовства, родства двух людей. Но это тема для отдельного разговора. Для исследования забирают биоматериал. Какой именно — зависит от конкретных показаний.
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.
ПЦР: сверхчувствительная диагностика инфекций
Открытие метода полимеразной цепной реакции (ПНР) стало одним из наиболее выдающихся событий в об-ласти молекулярной биологии за последние десятилетия. Один метод ПЦР породил множество тестов, отвечающих разным тематикам исследований во многих отраслях человеческой деятельности. Метод ПЦР позволяет определить наличие возбудителя заболевания, даже если в пробе присутствует всего несколько молекул ДНК возбудителя. Цифровая ПЦР – высокоточный современный метод количественного анализа нуклеиновых кислот.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Особенности
- ПЦР-диагностика
- Диагностика ВИЧ: методы и исследования
- ПЦР: современные методики диагностики туберкулеза
- Что такое ПЦР-диагностика
- Принципы ПЦР-диагностики. Реферат. Медицина, физкультура, здравоохранение. 2013-05-03
- Методы диагностики ВИЧ-инфекции: сроки и достоверность исследований
ПЦР анализ: что это такое? На какие 12 инфекций сдается?
ПЦР с анализом результатов по конечной точке (End-point PCR) – это модифика-ция метода ПЦР, которая позволяет учитывать результаты реакции по наличию флуо-ресценции после амплификации. 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. Цифровая ПЦР – высокоточный современный метод количественного анализа нуклеиновых кислот. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания.