Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК/РНК) в биологическом материале (пробе).
ПЦР: сверхчувствительная диагностика инфекций
| ПЦР на половые инфекции: что сдавать и как не переплатить? - Блог НаПоправку | Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – современный метод исследования, основанный на увеличении малых концентраций фрагментов нуклеиновой кислоты в пробе. |
| Как проводят анализ методом ПЦР: описание процедуры | Флуоресцентные методы детектирования продуктов ПЦР расширяют возможности применения. |
| Сколько стоит сдать ПЦР-анализ | Диагностика методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) показывает наличие половых инфекций с очень большой точностью. |
| ПЦР: сверхчувствительная диагностика инфекций | При самолечении и самостоятельной сдаче анализов для исследования методом ПЦР в сетевой лаборатории высок риск того, что вы будете годами лечиться от несуществующей болезни. |
| ПЦР анализ: когда нужно сдавать, как проводится исследование, методы диагностики заболеваний | Преимущества метода ПЦР над иммуноферментным анализом и прочими иммунологическими инструментами выявления инфекции заключается в том, что он реже дает ошибочные результаты. |
Улучшение качества обследования пациентов с помощью ПЦР-лаборатории
Согласно руководству ВОЗ, анализы на коронавирус COVID-19 должны проводиться методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с обратной транскрипцией. С появлением секвенирования нового поколения метод ПЦР утрачивает клиническую важность при необходимости исследования широкой панели генов. Встречаемость Enterococcus spp и генов обуславливающих резистентность, при анализе методом ПЦР в реальном времени. Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Главное отличие ПЦР от других методов диагностики – тест-система определяет ДНК вируса.
Сколько стоит сдать ПЦР-анализ
Учитывая развитие и доступность в России в том числе по ОМС в МИБС более современных методов генетической диагностики можно сказать, что на начало 2022 года применение секвенирования по Сэнгеру обусловлено реактивностью мышления и недостаточной информированностью некоторых врачей, которые игнорируют более современные технологии. При каких видах рака нужна молекулярно-генетическая диагностика? Данное оборудование, точнее, технологический цикл секвенирования с использованием оборудования Illumina, обеспечивает высокую скорость расшифровки секвенирования ДНК и относительно низкую стоимость исследования, позволяющую использовать этот современный диагностический метод в широкой клинической практике. Интерпретация полученных данных проводится в соответствии с постоянно дополняемыми международными информационными базами мутаций.
В нашей лаборатории работают уникальные специалисты, имеющие профессиональную подготовку и богатый подтвержденный опыт как клинической, так и научной работы в направлении секвенирования генома. Вовлеченность в международное профессиональное сообщество и постоянное взаимодействие с клиническими онкологами и химиотерапевтами лечебных центров МИБС позволяет оперативно реагировать на потребности отрасли. Именно поэтому услуги молекулярно-генетической лаборатории МИБС востребованы онкологами по всей РФ - с конца 2021 года образцы для выполнения исследования можно передать в любом из региональных центров МИБС либо отправить курьерской службой для получения подробной информации о логистике образцов, обратитесь любым из доступных на сайте способов.
К тому же большинство исследований, связанных с определением эффективности лечения, могут быть выполнены в нашей лаборатории за счет ОМС , независимо от региона проживания гражданина РФ. Комплексное геномное профилирование КГП определяет уникальный молекулярный профиль опухоли, изучая список из 324 генов, значимых с точки зрения лечения онкологических заболеваний. Тест выполняется в рамках одного биоматериала парафиновые блоки образцов опухоли либо образец крови, в зависимости от заболевания во внешней лаборатории Foundation Medicine Пензбург, Германия.
Результаты КГП позволяют оптимизировать проводимую противоопухолевую терапию у детей и взрослых, назначив персонализированное таргетное лечение при любых солидных опухолях, гемобластозах, саркомах. По результатам проведения КГП также определяются клинические исследования, в которых могут принять участие пациенты, исходя из их геномного профиля. Наши пациенты имеют возможность передать образцы на тестирование, заключив договор на получение услуги в любом из 79 региональных диагностических центров МИБС в более чем 60 городах РФ.
Общее время ожидания результатов КГП, включая транспортировку, составит 5-6 недель.
Для повышения точности и достоверности результатов ПЦР-исследования и их однозначного толкования в лабораторной диагностике, так же, как и в научных экспериментах, используют ряд контрольных экспериментов реакций. Помимо стандартных положительной и отрицательной контрольных реакций, в ПЦР-диагностике используют внутренний контрольный образец ВКО. 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.
Денатурация Самый первый этап — развернуть денатурировать нуклеиновые кислоты, чтоб сделать их доступными для дальнейшей работы. Благодаря запрограммированному участку, праймеры прикрепляются только к тем нуклеиновым кислотам, для которых были созданы. Например, праймер для вируса простого герпеса 1 типа, никогда не свяжется с ДНК другого вируса, микроорганизма или клетки. Именно праймеры обусловливают крайне высокую специфичность ПЦР — способность реагировать только на нуклеиновые молекулы конкретных типов, видов классов и даже штаммов микроорганизмов. Или отдельные виды клеток живых организмов. Элонгация Или синтез. После завершения процесса отжига, в реакционной смеси создают условия для активности полимеразы. Которые становятся копиями исходных, искомых молекул нуклеиновых кислот. Такой температурный цикл проводится 30 и более раз.
В результате, даже при изначально небольшом количестве искомого генетического материала, в реакционной смеси накапливается значительное число «помеченных» праймерами нуклеиновых кислот растет экспоненциально, с удвоением при каждом цикле. В среду агар или полиакридный гель добавляют краситель ДНК например — бромистый этидий. В процессе сеанса электрофореза, молекулы нуклеиновых кислот движутся и формируют скопления, подкрашенные этидием. Под ультрафиолетом, это выглядит в виде полосок разной толщины и яркости. Метод гибридизации. Используются праймеры, заранее помеченные люминофором флуорофором. После нужного числа температурных циклов, применяют специальный прибор — детектор флюоресценции.
Реактивы для количественных ПЦР-тестов более дорогие, а методика сложнее, так что количественные тесты дороже качественных. Чтобы сравнить цены в разных клиниках, мы выбрали один анализ — на гепатит С, для которого берут кровь из вены. Цены указаны с учетом взятия крови. Запомнить ПЦР-тесты помогают обнаружить фрагменты генетического материала бактерий, вирусов или других людей. Но для каждого микроорганизма реактив нужен свой, так что универсальных тестов ПЦР на все инфекции сразу не бывает.
Что такое анализ 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. 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. один из наиболее чувствительных и надежных количественных методов анализа экспрессии генов. ПЦР называют прямым методом, поскольку он выявляет возбудителя, а не иммунную реакцию организма, и является подтверждающим методом в диагностике инфекционных заболеваний. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — экспериментальный метод молекулярной биологии, способ значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе).
ПЦР-анализ: что это такое, когда он назначается и как проводится?
| Насколько достоверен тест ПЦР – Частная практика | • При необходимости исследования единого первичного образца разными диагностическими методами первая аликвота должна отбираться для ПЦР‐анализа наконечником с фильтром. |
| Улучшение качества обследования пациентов с помощью ПЦР-лаборатории | Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR) — метод молекулярной биологии, позволяющий создать копии определенного фрагмента ДНК из исходного образца, повысив его содержание в пробе на несколько порядков. |
| ПЦР-тест: что это, расшифровка анализа, как его делают | Молекулярно-биологические исследования с применением метода полимеразной цепной реакций (ПЦР). |
Улучшение качества обследования пациентов с помощью ПЦР-лаборатории
Razumovskaya I. Nanotechnology: Manual. Elective Course. Rebrikov D. Knowledge Laboratory, 2009. Традиционные методы лабораторной диагностики инфекций базируются на таких классических методах микробиологии, как микроскопия, культуральное исследование, а также на серологической диагностике — радиоиммунном, иммуноферментном, иммунофлюоресцентном анализе, реакции прямой и непрямой гемагглютинации, реакции преципитации и связывания комплемента. Но у этих методов есть свои недостатки — большая длительность и трудоемкость проведения анализа, необходимость специальной подготовки персонала, а также достаточно высокая стоимость. Молекулярная биология на современном этапе располагает широким спектром новейших методик, направленных на возможность выявления антигенов, ферментов, токсинов и нуклеиновых кислот возбудителя ДНК И РНК. Ведущую роль среди них занимают методы исследований, направленные на обнаружение генетического материала возбудителей инфекций.
Использование наночастиц позволяет определить присутствие инфекционных агентов в малом объеме пробы напрямую, а также дает возможность проведения современной мультиплексной диагностики в максимально сжатый срок. На сегодняшний день генодиагностика занимает одно из ведущих мест среди других методов клинической лабораторной диагностики. Оптимальным для проведения рутинных анализов считается полимеразная цепная реакция ПЦР , которая представляет собой осуществляемую в условиях in vitro специфическую амплификацию накопление нуклеиновых кислот с использованием синтетических праймеров. Методика исследования материала с использованием принципа полимеразной цепной реакции была разработана американским ученым Кэри Мюллисом в 1983 г. Перед ним стояла задача создания метода, который бы позволил амплифицировать ДНК в ходе многократных последовательных удвоений исходной молекулы ДНК с добавлением фермента ДНК-полимеразы. Спустя несколько лет после обнародования своего открытия, в 1993 г. Изначально метод диагностики был запатентован компанией «Цетус Корпорейшн», в которой и работал его создатель.
Цены указаны с учетом взятия крови. Запомнить ПЦР-тесты помогают обнаружить фрагменты генетического материала бактерий, вирусов или других людей.
Но для каждого микроорганизма реактив нужен свой, так что универсальных тестов ПЦР на все инфекции сразу не бывает. Подготовка к анализу зависит от того, какой биологический материал вы сдаете. Если кровь, то особо готовиться не надо.
Для выявления герпеса, цитомегаловируса, гепатита, токсоплазмоза и ВИЧ на анализ берут кровь.
При анализе на мононуклеоз и цитомегаловирус берут мазок из зева. Спинномозговая жидкость используется для анализа при поражениях нервной системы. Для диагностики внутриутробных инфекций исследуются ткани плаценты. Для выявления легочных инфекций — мокрота или плевральная жидкость.
Подготовка к исследованию Подготовка к ПЦР-диагностике напрямую зависит от типа биоматериала[10]. Кровь сдается натощак утром. Мочу также следует собрать утром в стерильный контейнер и сдать в лабораторию в ближайшие два часа. Перед взятием мазка или соскоба из урогенитальной области нельзя вступать в половые контакты за несколько дней до исследования, не следует проводить спринцевания.
Мазок или соскоб нельзя сдавать во время менструации. Пациент, принимающий какие-либо лекарственные препараты или БАД, должен сообщить об этом врачу: возможно придется остановить курс приема, так как действующие вещества средства могут исказить результаты лабораторного анализа.
Цикл образования новой молекулы ДНК занимает порядка трех минут, при этом 30—40 циклов оказывается вполне достаточно для получения должного количества молекул, необходимого для достоверного визуального определения искомого агента методом электрофореза. Литература: 1. Высотин С. Гильмиярова Ф. Полимеразная цепная реакция. История открытия.
Лопухов Л. Нестеров С. Современное состояние и перспективы. Орадова А. Разумовская И. Нанотехнология: учеб. Элективный курс. Ребриков Д.
ПЦР «в реальном времени». Лаборатория знаний, 2009.
Микробиологические исследования
В Роспотребнадзоре разъяснили, чем отличается тестирование на коронавирус методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) от экспресс-теста. Материалом для исследования методом ПЦР служит ДНК возбудителя. один из наиболее чувствительных и надежных количественных методов анализа экспрессии генов. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет всего в течение нескольких часов обнаружить возбудителя инфекции, причем выявить можно даже 1-2 молекулы среди огромного количества. При диагностике туберкулёза метод ПЦР применяют в случае получения положительных резуль-татов при проведении плановых аллергических исследований в благополучных по туберкулёзу хозяй-ствах.
ПЦР: современные методики диагностики туберкулеза
Для исследования забирают биоматериал. Какой именно — зависит от конкретных показаний. Обычно берут мазки со слизистых оболочек полости рта, половых органов, уретры. В качестве исходного образца изучают мочу, кровь, мокроту, слюну.
Есть отдельные условия по подготовке и проведению диагностики полимеразной цепной реакции. Что можно обнаружить методом ПЦР По результатам обследования есть возможность выявить группу патологических процессов. Папилломатоз Провоцируется особым одноименным вирусом.
Вызывает образование на коже и внутренних органах хорошо знакомых многим наростов. В самом простом случае, речь идет о бородавках. Но существуют и другие аномальные структуры.
Например, невус родинка , остроконечная кондилома. Последние образуются на репродуктивных органах и в области заднего прохода, передаются половым путем. Многие штаммы вируса папилломы человека а известно их более 150 потенциально онкогенны.
Способны спровоцировать рак. Потому ПЦР незаменима при ранней диагностике и разработке индивидуальных мер профилактики, лечения. Герпес Любого типа.
Известно более 6-и штаммов этого вируса. Первый провоцирует образование папул в полости рта и на губах. Второй — транспортируется половым путем и плохо поддается коррекции.
Третий — это вирус Варицелла-Зостер, которые вызывает ветряную оспу. Четвертый становится виновником мононуклеоза. Пятый — цитомегалии.
Шестой влияет на работу головного мозга. Так можно продолжать и далее. Суть в том, что с помощью ПЦР удается выявить сам герпес и его штамм, определить характер и давность поражения, патологического процесса.
В этом суть диагностики. Гепатит Воспаление печени. Полимеразная цепная реакция назначается не только для определения самого факта расстройства.
Суть в другом. ПЦР диагностика инфекций дает возможность дифференцировать септические и токсические, прочие формы гепатита, определить конкретный штамм вируса, который спровоцировал патологический процесс. Кандидоз Молочница.
Вызывается грибком с идентичным названием. Поражает слизистые оболочки. В том числе полость рта, половые органы женщины реже — мужчины.
Вызывает массу осложнений и дискомфортных ощущений.
Такой анализ позволяет выявить инфекции мочеполового тракта у мужчин и мочевыделительных органов у женщин. Применяется для обнаружения туберкулеза и некоторых других заболеваний легких. В основном применяется для обнаружения заболеваний, которые передаются половым путем, а также коронавируса. Их забирают методом биопсии.
Преимущества и недостатки метода ПЦР отличается от других исследований тем, что может обнаружить несколько разных возбудителей одновременно. 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».
По словам Андрея Кондрахина, к одному из минусов теста относятся сложности при заборе материала: «Самый первый недостаток метода — необходима абсолютная чистота в помещении, ближе к стерильности, потому что попадание даже мельчайших инородных объектов может дать неправильный результат из-за того, что чувствительность аппарата очень высокая. 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.
К «затравкам» подходит фермент- «строитель» и синтезирует новую цепочку ДНК. То есть за один цикл ПЦР происходит увеличение количества генетического материала в два раза. Один цикл длится 2-3 минуты. Для образования достаточного количества генетического материала для идентификации, обычно производится 30-50 циклов ПЦР, что занимает 2-3 часа. Этап идентификации размноженного генетического материала Собственно ПЦР на этом заканчивается и далее идет не менее значимый этап идентификации. Для идентификации используют метод электрофореза или меченые «затравки». При использовании электрофореза полученные нити ДНК разделяются по размерам, и наличие фрагментов ДНК разной длины свидетельствует о положительном результате анализа то есть о наличии того или иного вируса, бактерии и т. При использовании меченых «затравок», к конечному продукту реакции добавляют хромоген краситель , вследствие чего ферментативная реакция сопровождается образованием окраски. Развитие окраски прямо свидетельствует, что вирус или другой выявляемый агент присутствуют в исходной пробе. На сегодняшний день, используя меченые «затравки», а также соответствующее программное обеспечение, можно производить сразу и «чтение» результатов ПЦР. Это так называемаяreal-time ПЦР. Почему ПЦР диагностика обладает такой ценностью?
В образцах из нижних дыхательных путей может наблюдаться высокая вирусная нагрузка, и с большей вероятностью определяется положительный результат, чем в образцах с верхних дыхательных путей. 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.
История открытия современных методов молекулярной диагностики
Новая систематика В последнее время идет интенсивный пересмотр старой, фенотипической классификации бактерий, основанной на плохо формализуемых критериях — от внешнего вида колоний до пищевых предпочтений и способности окрашиваться разными красителями. Новая систематика опирается на молекулярные критерии 16S РНК и только отчасти повторяет фенотипическую. Что у нас внутри Кодирующие последовательности 16S РНК с помощью полимеразной цепной реакции ПЦР извлекали непосредственно из «окружающей среды» - 125 мг человеческого, извините, стула встраивали в плазмиды кишечной палочки не потому, что она кишечная, а потому, что Escherichia coli - одна из любимых рабочих лошадок молекулярных биологов и снова выделяли из культуры размножившихся бактерий. Таким образом была создана библиотека генов рибосомной 16S РНК всех микроорганизмов, находившихся в образце. После этого случайным образом было отобрано и секвенировано 284 клона. Три четверти микрофлоры, находящейся в кишечнике каждого человека, больше сотни лет избегали внимания исследователей, вооруженных методами классической микробиологии! Ученые просто не могли подобрать условия для культивирования этих бактерий, потому что самые капризные обитатели кишечника отказывались расти на традиционных микробиологических средах. На сегодняшний день при помощи молекулярных методов установлено, что в микробиоте взрослого человека представлены 10 из 70 крупных бактериальных таксонов дополнительно о секвенировании 16S рРНК см. В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде. В результате секвенирования перекрывающихся участков ДНК получают последовательности участков генов, целых генов, тотальной мРНК и даже полных геномов организмов. Рассмотрим сначала ДНК.
Молекулы полимеров характеризуются первичной структурой, под которой понимается просто состав молекулы в случае ДНК — это последовательность букв A, C, G и T, которые и составляют геном , вторичной структурой, то есть тем, какие именно химические связи устанавливаются между этими компонентами и какие в результате получаются базовые пространственные структуры в данном случае — двойная спираль , и третичной структурой, то есть тем, как вторичная структура «уложена» в пространстве. Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из четырёх разных нуклеотидов. Нуклеотиды обозначаются по содержащимся в них азотистым основаниям: аденину A , цитозину C , гуанину G и тимину T есть ещё урацил, который в РНК заменяет тимин , и в дальнейшем мы всегда будем пользоваться этими буквами. В двойной спирали эти аминокислоты связаны друг с другом водородными связями, и связь устанавливается по принципу комплементарности: если в одной нити ДНК стоит A, то в комплементарной нити будет T; а если в одной нити C, то в другой будет G. Именно это позволяет относительно просто проводить репликацию копирование ДНК, например, при делении клетки: для этого достаточно просто разорвать водородные связи, разделив двойную спираль на нити, после чего парная нить для каждого «потомка» автоматически соберётся правильно. Важно понять, что ДНК — это две копии одного и того же «текста» из четырёх «букв»; «буквы» в копиях не идентичны, но однозначно соответствуют друг другу. При таком идеальном методе секвенирования чтения ДНК никаких хитрых алгоритмов не понадобилось бы. 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.
Праймеры разрабатывают таким образом, что первый комплементарен одной нити молекулы ДНК с одной стороны целевой последовательности, а второй — другой нити противоположной стороны этой же последовательности. Затем, используя последовательность между праймерами как шаблон, с помощью ДНК-полимеразы синтезируются две новые нити ДНК. Вновь синтезированные комплементарные нити ДНК формируют следующую копию исходной целевой последовательности. Регулярные циклы тепловой денатурации, гибридизации праймеров и ферментативного синтеза ДНК приводят к экспоненциальному росту 2, 4, 8,16, 32,... В результате количество копий участка ДНК между праймерами будет увеличиваться до тех пор, пока не израсходуются субстраты реакции праймеры и нуклеотиды. При использовании специально разработанных приборов для ПЦР цикл амплификации занимает всего несколько минут. Таким образом, в течение нескольких часов могут быть получены миллиарды копий стартовой молекулы ДНК.
Если вы сомневаетесь, можно ли вам сдавать ПЦР или нет, проконсультируйтесь с врачом. Разберем, какие материалы могут быть применены для тестирования ПЦР. Тем не менее, существует определенный перечень материалов, которые покажут наиболее точные результаты. Соскобы со слизистых оболочек чаще всего уретры, влагалища, шейки матки. Их исследуют, главным образом, для диагностики половых инфекций. Таким способом во взятом мазке можно обнаружить возбудителей уреаплазменной и микоплазменной инфекций, гонококки, хламидии, трихомонады, гарднереллы, грибки рода Candida, вирус генитального герпеса и др. Ее можно использовать в диагностике урогенитальных инфекций. ПЦР анализ мочи является альтернативой исследованию мазка из уретры для мужчин. Это особенно подходит тем пациентам, которые боятся болезненного взятия уретрального мазка. Бронхиальная слизь. Может исследоваться с целью диагностики респираторных форм хламидийной и микоплазменной инфекций. Анализ крови ПЦР — это один из самых точных способов выявления в организме некоторых патогенных вирусов.
Например, туда могут быть включены дополнительные типы вируса герпеса или папилломовируса, тогда анализ будет называться «ПЦР 13» или «ПЦР 14». Иногда перечень, наоборот, сокращается до «ПЦР 4» гонорея-трихомониаз-хламидиоз-микоплазмоз. ПЦР качественная и ПЦР количественная У этих двух видов ПЦР-диагностики принципиально разные цели: качественный анализ даёт ответ на вопрос, имеется ли вообще у пациента искомый микроб, то есть просто «да» или «нет». Только что рассмотренный комплекс ПЦР 12 относится как раз к этой категории. Но существует ещё количественный анализ, или ПЦР в режиме реального времени. Метод основывается на том, что число новых ампликонов копий заданного участка ДНК возбудителя болезни прямо пропорционально их исходному количеству. То есть если в пробе с самого начала было много вредоносных молекул ДНК, то с каждым циклом полимеразной цепной реакции их будет становиться вдвое больше, а к концу процесса накопятся миллионы. Современные приборы амплификаторы следят за тем, как меняется количество копий, и по итогам исследования вычисляют примерную концентрацию возбудителя в организме пациента. Для чего это нужно? В случае с бактериями, простейшими или грибками подобные сведения имеют спорную диагностическую ценность, поскольку численность колоний постоянно меняется под воздействием самых разных факторов, да и уничтожить такие микроорганизмы сравнительно просто. Другое дело — вирус. Это неклеточная форма жизни, которую невозможно истребить подобно тому, как антибиотики справляются с бактериями. В борьбе с вирусами человек может твёрдо рассчитывать только на свой иммунитет, а возможности противовирусных средств сильно ограничены. Именно когда дело касается вирусов, становится особенно актуальной методика ПЦР в режиме реального времени. Вирусная нагрузка или виремия — это степень тяжести поражения организма вирусом. Показатель рассчитывается путём определения числа вирионов в биологическом материале, измеряется в МЕ или в количестве копий на 1 мл крови и служит для контроля над ходом терапии и предупреждения распространения вируса. Но и в случае с другими вирусами определение нагрузки может оказаться полезным — например, когда речь идёт о цитомегаловирусе, герпесе или папилломовирусе.
Все под контролем! Правильный способ использования внутреннего контрольного образца (ВКО)
читайте в нашей статье. 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. 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.
Основные принципы
- Благоприятные сроки для диагностики ВИЧ
- Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Особенности
- Отечественные решения для автоматизации и цифровизации ПЦР-исследований
- ПЦР в режиме реального времени – новейшие технологии в диагностике инфекций
- Почему ПЦР диагностика обладает такой ценностью?
ПЦР в режиме реального времени – новейшие технологии в диагностике инфекций
В случае положительного результата — еще один анализ крови по методу ИФА. Положительный второй результат — проводится дообследование методом ИФА или иммуноблоттингом. В исключительных случаях для окончательной постановки диагноза можно применить более сложный и дорогостоящий метод ПЦР. Экспресс-тесты методом ИХА или скрининг ИФА, предполагающий серологическое иммуноферментное исследование крови, выполняются в течение 15-30 минут.
Высокая скорость диагностики актуальна в неотложных случаях, при планировании срочных операций. Но для постановки окончательного диагноза необходимо использовать основной метод диагностики — иммунный блоттинг. Если результаты ИФА и иммунного блоттинга противоречат друг другу, то возможно проведение референс диагностики — анализ сразу двумя методами.
К проведению ПЦР прибегают в исключительных случаях, так как это наиболее дорогостоящий метод исследования. Далее разберем каждый из методов диагностики более подробно. Визуально они выглядят как полоски, на поверхность которых наносят исследуемый биологический материал кровь, слюна.
Для получения результата потребуется всего 10-15 минут, по истечении которых на тесте проявится, или цветная и контрольная полоска — положительный результат, подтверждающий наличие антител к ВИЧ, или только контрольная полоска — отрицательный результат. С недавнего времени американская компания OraSure Technologies наладила массовое производство экспресс-тестов для домашнего применения. Они отпускаются без рецепта, и при желании их может использовать каждый желающий.
Однако необходимо учесть, что по точности диагностики ИХА уступает методу ИФА, а для постановки окончательного диагноза необходимо проведение иммуноблота.
За данный метод диагностики ученый получил Нобелевскую премию в области химии. Благодаря международной программе «Геном человека» метод получил особенно бурное развитие. ПЦР диагностика является быстрым и точным методом исследования, когда невозможно вывить возбудителя другими методами. При правильном выполнении всех методик можно с уверенностью заявить, что ПЦР-анализ не дает ложных результатов, в отличии от метода иммуноферментного анализа, где нередки ошибки в связи с перекрестно-реагирующими компонентами. Необычайная чувствительность метода позволяет обнаруживать единичные клетки возбудителя в самых различных биологических тканях — слизи, моче, крови, мокроте, соскобе эпителиальных клеток. Полимеразно-цепная реакция основана на обнаружении специфической ДНК или РНК бактерий либо вируса в присутствии миллионов других молекул. Метод ПЦР позволяет определить наличие возбудителя заболевания, даже если в пробе присутствует всего несколько молекул ДНК возбудителя.
Использование метода ПЦР для диагностики инфекционных заболеваний бактериальной и вирусной природы имеет огромное значение для эффективного лечения и предотвращения распространения инфекции. Принцип действия ПЦР состоит в многократном синтезе копий генетического материала вирусов или бактерий в лабораторных условиях. Для понимания этого явления напомним, что основой хранения наследственной информации и основой жизни является ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота. ДНК состоит из двух нитей, которые сформированы из азотистых оснований — нуклеотидов. Нуклеотидов всего четыре. Нуклеотиды обладают свойством комплиментарности, то есть с определенным типом нуклеотида может связаться только определенный тип другого нуклеотида. Например известны нуклеотиды аденин, тимидин, цитозин и гуанин. Из них аденин может связываться с тимидином, а цитозин с гуанином.
Но не наоборот. В последовательности нуклеотидов закодирована уникальная для каждого живого организма информация. Будь то человек или вирус. У некоторых вирусов наследственная информация закодирована в другой нуклеиновой кислоте —РНК.
Благодаря этому происходит многократное увеличение количества специфических фрагментов ДНК, что значительно упрощает дальнейший анализ. Методика проведения анализа с использованием метода ПЦР включает три этапа: 1. Амплификация специфических фрагментов ДНК. Детекция продуктов амплификации. Суть пробоподготовки заключается в экстракции извлечении ДНК из биопрепарата и удалении или нейтрализации посторонних примесей для получения препарата ДНК с чистотой, пригодной для постановки реакции амплификации. В настоящее время существуют различные методы выделения нуклеиновых кислот: экспресс -метод, выделение НК при помощи осаждения на носителе, фенольно-хромофорный метод метод Хом-чинского. Амплификация - увеличение количества ампликонов в ходе многократно обычно 30-50 раз повторяющихся циклов раундов денатурации, гибридизации и удлинения цепей. Процесс синтеза катализируется ферментом Тад-полимеразой. Детекция - заключительный этап в постановке ПЦР.
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. Он не предполагает лабораторных исследований, не требует специального оборудования. Достаточно купить набор в аптеке. Например, к Standard Q Covid-19 прилагается подробная инструкция. Для проведения экспресс-теста на коронавирус понадобятся: стерильный тампон человек берет у себя мазок сам ; одноразовая кассета в индивидуальной упаковке; пробирка с реактивом; насадка с капельницей. При наличии инфекции в организме контакт биоматериала с реактивом приводит к окрашиванию контрольной полоски. Результат появляется через 20-30 минут. Наибольшую точность тест показывает в первую неделю после заражения. В дальнейшем повышается вероятность получения ложноотрицательного результата. Для уточнения диагноза лучше сделать ПЦР-тест. Анализ на антитела к коронавирусу Анализ на антитела к коронавирусу показывает не присутствие инфекции в организме, а ответ иммунной системы на нее. В ответ на заражение она вырабатывает несколько типов иммуноглобулинов: IgA являются реакцией непосредственно на коронавирус; IgM синтезируются при наличии инфекции в организме указывают на острое течение заболевания ; IgG появляются, когда тело «запоминает» вирус и формирует иммунитет к нему. Недостаточно, чтобы антитела были просто выявлены. Нужно смотреть и на их комбинацию. Сдать такой анализ нужно, чтобы узнать, вырабатывает ли организм антитела к вирусу, а если да, то сколько. Тесты на антитела Разные виды тестов на антитела к коронавирусу проводятся дома или в лаборатории. В лаборатории берут кровь из вены и выполняют количественную оценку вырабатываемых иммуноглобулинов. Домашний тест покажет, есть ли антитела в принципе. Сколько их вырабатывается, с его помощью узнать нельзя: для этого требуются познания в биохимии и специальное оборудование для подсчета.