Характеристика метода ПЦР. Исследование при помощи полимеразной цепной реакции относится к количественным анализам.
Все под контролем! Правильный способ использования внутреннего контрольного образца (ВКО)
Впоследствии он получил за это изобретение Нобелевскую премию. В настоящее время ПЦР-диагностика является, одним из самых точных и чувствительных методов диагностики инфекционных заболеваний. Полимеразная цепная реакция ПЦР — экспериментальный метод молекулярной биологии, способ значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты ДНК в биологическом материале пробе. В основе метода ПЦР лежит многократное удвоение определённого участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях in vitro. В результате нарабатываются количества ДНК, достаточные для визуальной детекции. При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. Кроме простого увеличения числа копий ДНК этот процесс называется амплификацией , ПЦР позволяет производить множество других манипуляций с генетическим материалом введение мутаций, сращивание фрагментов ДНК , и широко используется в биологической и медицинской практике, например, для диагностики заболеваний наследственных, инфекционных , для установления отцовства, для клонирования генов, введения мутаций, выделения новых генов.
Специфичность и применение ПЦР - метод молекулярной диагностики, ставший для ряда инфекций «золотым стандартом», проверен временем и тщательно апробирован клинически. Метод ПЦР позволяет определить наличие возбудителя заболевания, даже если в пробе присутствует всего несколько молекул ДНК возбудителя. ПЦР позволяет диагностировать наличие долго растущих возбудителей, не прибегая к трудоёмким микробиологическим методам, что особенно актуально в гинекологии и урологии при диагностике урогенитальных инфекций, передающихся половым путем ИППП. Также, этим методом проводят диагностику вирусных инфекций , таких как гепатиты , ВИЧ и др. Чувствительность метода значительно превосходит таковую у иммунохомических и микробиологических методов, а принцип метода позволяет диагностировать наличие инфекций со значительной антигенной изменчивостью. Метод ПЦР позволяет выявлять даже единичные клетки бактерий или вирусов.
ПЦР-диагностика обнаруживает наличие возбудителей инфекционных заболеваний в тех случаях, когда другими методами иммунологическими, бактериологическими, микроскопическими это сделать невозможно. Особенно эффективен метод ПЦР для диагностики трудно культивируемых, некультивируемых и скрыто существующих 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. Применение ПЦР-диагностики также очень эффективно в отношении возбудителей с высокой антигенной изменчивостью и внутриклеточных паразитов. Методом ПЦР возможно выявление возбудителей не только в клиническом материале, полученном от больного, но и в материале, получаемом из объектов внешней среды вода, почва и т.
Клонироваться будут все новые и новые фрагменты, но только те, в которых заинтересован исследователь. Вот почему так важно взять «чистый», без посторонних примесей анализ, а тест проводить очень аккуратно. Учитывая перечисленные способности полимеразной цепной реакции, можно догадаться, почему она так легко отличает уреаплазму от микоплазмы , или каждую из них от хламидии. Таким образом, даже если среди миллионов клеток человеческого организма затеряется не сам живой вирус, а лишь частица его ДНК, то ПЦР, если ей ничто не помешает, пожалуй, справится с задачей и сообщит о пребывании «чужака» положительным результатом.
В этом суть ПЦР и ее основное достоинство. Достоинства и недостатки К лаборатории, осуществляющей ПЦР-диагностику, предъявляются высочайшие требования в плане оборудования, тест-систем и квалификации медицинского персонала. Это высокотехнологичная лаборатория, располагающая арсеналом высокочувствительных и высокоспецифичных реагентов, поэтому особых недостатков она не имеет. Разве что выдает положительный результат при отсутствии клинических проявлений и тем самым ставит лечебника перед дилеммой: стоит начинать лечение или нет? Врач, наблюдающий пациента, начинает сомневаться в достоверности результатов тестирования, поскольку никаких признаков заболевания не видит. Но все же, учитывая высокую чувствительность ПЦР-системы, следует помнить, что она обнаруживает возбудителя даже в доклинической стадии, а положительный результат в таком случае является скорее достоинством, чем недостатком. Исходя из этого, лечащий врач должен сам принять решение о целесообразности терапии, взяв во внимание и другие аргументы «за» и «против». Например, при диагностике хламидийной инфекции, где ПЦР относится к основным методам, наряду с хламидией, можно обнаружить и нейссерию гонококк — возбудитель гонореи.
Основываясь на количественных данных анализа ПЦР, врач может выяснить стадию развития патологического процесса, его активность, подобрать специфическое лекарственное средство и его дозировку. Анализ ПЦР во время беременности Беременность — это особенный период в жизни каждой женщины. В это время многие ИППП или латентные инфекции могут быть крайне опасными для малыша и вызвать преждевременные роды, выкидыш, пороки и аномалии развития. Поэтому анализ ПЦР проводят всем беременным в плановом порядке преимущественно на ранних сроках до 12 недель , но иногда назначают и во время 2 триместра. Материал берут из канала шейки матки и уретры, процедура безболезненная и не представляет угрозы. Именно эти микроорганизмы представляют угрозу во время беременности.
Благодаря ферментативной реакции множественного копирования молекул генетического материала ПЦР обладает высокой чувствительностью. Для выявления и идентификации достаточно нескольких фрагментов ДНК возбудителей в исследуемом биологическом материале. Когда проводится анализ?
ПЦР получила широкое распространение в различных областях практической медицины. Исследование является одним из основных методов диагностики различных инфекционных заболеваний с половым путем передачи.
Анализ ПЦР: суть метода и его преимущества
Анализ ПЦР – полимеразная цепная реакция, позволяющая многократно увеличить объем микробной среды и определить возбудителя. Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR – polymerase chain reaction) – метод получения множества копий определенных фрагментов ДНК (генов) в биологическом образце. читайте в медицинском журнале клиники Адмиралтейские Верфи.
Улучшение качества обследования пациентов с помощью ПЦР-лаборатории
Как проводится ПЦР-диагностика, когда назначают исследование с помощью этого метода и как подготовиться к анализу. Анализ методом ПЦР – это диагностический метод, позволяющий выявить наличие возбудителя заболевания в организме даже, если он присутствует в минимальных количествах. Как проводится ПЦР-диагностика, когда назначают исследование с помощью этого метода и как подготовиться к анализу. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. Метод амплификации нуклеиновых кислот (МАНК) или ОТ-ПЦР в диагностике текущей инфекции. Диагноз COVID-19 устанавливается путем выявления РНК SARS-CoV-2 при помощи МАНК или ОТ-ПЦР.
Микробиологические исследования
В это время многие ИППП или латентные инфекции могут быть крайне опасными для малыша и вызвать преждевременные роды, выкидыш, пороки и аномалии развития. Поэтому анализ ПЦР проводят всем беременным в плановом порядке преимущественно на ранних сроках до 12 недель , но иногда назначают и во время 2 триместра. Материал берут из канала шейки матки и уретры, процедура безболезненная и не представляет угрозы. Именно эти микроорганизмы представляют угрозу во время беременности. Но иногда женщины проходят комплексный анализ ПЦР, который включается в себя исследование на большое количество микроорганизмов 12 и более.
Особенно эффективен метод ПЦР для диагностики трудно культивируемых, некультивируемых и скрыто существующих 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. Применение ПЦР-диагностики также очень эффективно в отношении возбудителей с высокой антигенной изменчивостью и внутриклеточных паразитов. Методом ПЦР возможно выявление возбудителей не только в клиническом материале, полученном от больного, но и в материале, получаемом из объектов внешней среды вода, почва и т. В урологической и гинекологической практике - для выявления хламидиоза, уреаплазмоза , гонореи, герпеса, гарднереллёза, микоплазменной инфекции, ВПЧ - вирусов папилломы человека; в пульмонологии - для дифференциальной диагностики вирусных и бактериальных пневмоний, туберкулёза; в гастроэнтерологии - для выявления хеликобактериоза; в клинике инфекционных заболеваний - в качестве экспресс-метода диагностики сальмонеллёза, дифтерии, вирусных гепатитов В, С и G; в гематологии - для выявления цитомегаловирусной инфекции, онковирусов. Специфичность ПЦР основана на образовании комплементарных комплексов между матрицей и праймерами - короткими синтетическими олигонуклеотидами длиной 18 - 30 букв.
Каждый из праймеров сопоставим комплементарен с одной из цепей двуцепочечной матрицы, обрамляя начало и конец амплифицируемого участка. После соединения гибридизации матрицы с праймером отжиг , последний служит затравкой для ДНК-полимеразы при синтезе комплементарной цепи матрицы. Чтобы избежать испарения реакционной смеси, в пробирку добавляют высококипящее масло, например, вазелиновое. Добавление специфичеких ферментов может увеличить выход ПЦР-реакции. Ход реакции Обычно при проведении ПЦР выполняется 20 - 35 циклов, каждый из которых состоит из трех стадий.
Эта стадия называется денатурацией — разрушаются водородные связи между двумя цепями. Иногда перед первым циклом проводят предварительный прогрев реакционной смеси в течение 2 - 5 минут для полной денатурации матрицы и праймеров. Когда цепи разошлись, температуру понижают, чтобы праймеры могли связаться с одноцепочечной матрицей. Эта стадия называется отжигом. Время стадии — 0,5 - 2 минут.
ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, используя праймер в качестве затравки. Это — стадия элонгации.
Отдельно следует упомянуть цитогенетический метод FISH флуоресцентная гибридизация in situ.
Так называемый FISH-тест выполняется для подтверждения предположений клинического онколога о наличии специфических мутаций в определенных генах и служит для избрания оптимальной тактики лечения. Однако более корректно отнести FISH к разделу морфологических исследований, так как основой метода является микроскопическая визуализация процесса взаимодействия компонентов во время исследования. В таком случае любые заключения являются субъективными и зависят от квалификации специалистов, выполняющих диагностику.
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.
Эта стадия называется отжигом. Время стадии — 0,5 - 2 минут. ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, используя праймер в качестве затравки. Это — стадия элонгации. Температура элонгации зависит от полимеразы. Время элонгации зависит как от типа ДНК-полимеразы, так и от длины амплифицируемого фрагмента. Обычно время элонгации принимают равным одной минуте на каждую тысячу пар оснований.
После окончания всех циклов часто проводят дополнительную стадию финальной элонгации, чтобы достроить все одноцепочечные фрагменты. Эта стадия длится 10 - 15 мин. Подготовка материала к исследованию и транспорт его в лабораторию Для успешного проведения анализа важно правильно собрать материал у пациента и правильно провести его подготовку. Для взятия крови в лаборатории ИНВИТРО в настоящее время применяются вакуумные системы, которые с одной стороны минимально травмируют пациента, а с другой - позволяют произвести взятие материала таким образом, что он не контактирует ни с персоналом, ни с окружающей средой. Это позволяет избежать контаминации загрязнения материала и обеспечивает объективность анализа ПЦР. Словарь ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота - биологический полимер, один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. В природе РНК, как правило, существует в виде одиночной цепочки. У некоторых вирусов РНК является носителем генетической информации.
В клетке играет важную роль при передаче информации от ДНК к белку. Процесс этот называется транскрипцией.
Принципы ПЦР-диагностики
Таким образом, за несколько часов количество фрагментов увеличивается в несколько миллиардов раз. Понятно, что теперь определить, какой возбудитель у данной конкретной инфекции, достаточно легко. Достоинства Теория — это, безусловно, замечательно, но что мы имеем на выходе? Какую практическую выгоду получает человек, когда отправляется на поиски вредоносных микроорганизмов, вооруженный ПЦР? Безусловно, одно из главных достоинств — это универсальность метода. Оборудование, используемое для ПЦР, стандартно, оно не зависит от того, что именно и где именно мы ищем. Следующий плюс — высокая специфичность. В материале, направленном на исследование, определяется уникальная последовательность нуклеотидов, характерная только для конкретного возбудителя. Кроме того, это позволяет одновременно, в одном и том же материале, проводить поиск нескольких возбудителей без какого-либо ущерба для качества ответа. Метод обладает высочайшей чувствительностью — мы уже говорили о том, что возможно найти всего один фрагмент генетического материала возбудителя.
Несомненное преимущество метода — оперативность. Постановка реакции занимает несколько часов, таким образом, вся диагностика, от момента сдачи материала на анализ до получения результата, отнимет всего один день. При помощи ПЦР определяют возбудителя , а не реакцию на его внедрение со стороны организма. Таким образом, появилась возможность точно диагностировать заболевание еще в инкубационном периоде, когда нет никаких клинических или лабораторных признаков болезни. Но они напрямую связаны с его достоинствами и с так называемым «человеческим фактором». ПЦР — очень высокотехнологичный метод, требующий соблюдения строжайших правил оснащения лаборатории.
Он основан на дублировании интересующих фрагментов ДНК. 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.
Согласно принятым государственным программам как в нашей стране , так и в США , профилактическая диагностика скрининг на ЗППП проводится только среди людей с рискованным сексуальным поведением и у беременных женщин. Скрининг на герпес и ВПЧ не проводят даже в группе риска. Для остальных людей при отсутствии жалоб и клинических проявлений обследование на ЗППП вообще не рекомендуется. Забор материала — дело нескольких минут. Врач делает это с помощью стерильного зонда в виде ватной палочки, щетки, «ершика» или специальной ложки. Источник: hemltd. По настоящему скрытые инфекции — это редкость. Гораздо чаще встречаются не скрытые, а забытые инфекции: когда вроде что-то было, но само прошло, хотя инфекция никуда не делась, а только перешла в вялотекущую форму. Дело в том, что многие половые инфекции имеют волнообразное течение. Первые симптомы быстро пропадают без лечения. Затем наступает так называемая «скрытая» стадия: субъективные жалобы отсутствуют, человек считает, что выздоровел, но инфекция медленно развивается, вызывая хроническое воспаление. Спустя какое-то время симптомы болезни обычно возвращаются, только уже вместе с осложнениями. Поэтому любые проблемы в интимной сфере решайте безотлагательно. И еще! Если вы 1-2 раза в год профилактически посещаете профильного врача гинеколога — для женщин, уролога — для мужчин , то вероятность пропустить «скрытую» ЗППП снижается многократно. Врач во время осмотра видит признаки воспаления, может заподозрить инфекцию и назначить анализы, даже если вы не предъявляете никаких жалоб. Вот здесь очень важно найти врача, который не заинтересован в коммерческой составляющей диагностики и лечения. Читайте отзывы, а если сомневаетесь — ищите второе мнение. Когда анализ на ЗППП действительно необходим? Если есть жалобы со стороны мочеполовых органов: появились или изменились выделения, есть боль или дискомфорт в нижней части живота, проблемы с мочеиспусканием, эрекцией у мужчин и менструациями у женщин , не получается забеременеть. Если есть эти и другие симптомы половых инфекций , тогда однозначно нужно обследоваться.
Он позволит быстро отличить «Омикрон» от «Дельты» и предпринять необходимые меры, чтобы не допустить распространения опасного штамма. Причем использовать метод можно в тех лабораториях, где нет специального оборудования для секвенирование. Ученые подчеркивают, что на данном этапе разработка будет Об эффективности российской вакцины Владимир Путин рассказал на неформальном саммите СНГ использоваться только как лабораторная методика и не будет регистрироваться как коммерческое медицинское изделие. Хотя тесты ПЦР сильно уступают в точности выявления конкретных штаммов, метод может найти применение в части научных исследований, рассказали «Известиям» опрошенные эксперты. Генотипирование методом ПЦР может использоваться только для ориентировочного определения какого-либо из штаммов, — считает руководитель медицинской онлайн-лаборатории Lab4U Валерий Саванович. Исходя из описания, представляется, что данная разработка может быть полезна в период высокой распространенности штамма «Омикрон» в стационарах и поликлиниках, считает директор департамента медицинского маркетинга группы компаний «Инвитро» Татьяна Понкратова. При этом Понкратова подчеркнула, что информация о штамме имеет весьма скромную пользу для самого пациента в отрыве от рекомендаций лечащего врача. Директор по лабораторным технологиям лаборатории «Гемотест» Тамара Силкина отметила, что ЦНИИЭ Роспотребнадзора — организация, которая обязана контролировать эпидемиологическую ситуацию в стране. Для этого и нужно разрабатывать методики быстрого определения опасных штаммов.
Диагностика ВИЧ: методы и исследования
Как проводится ПЦР-диагностика, когда назначают исследование с помощью этого метода и как подготовиться к анализу. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — метод молекулярной биологии. В 1986 году метод полимеразной цепной реакции был существенно улучшен. • При необходимости исследования единого первичного образца разными диагностическими методами первая аликвота должна отбираться для ПЦР‐анализа наконечником с фильтром. • При необходимости исследования единого первичного образца разными диагностическими методами первая аликвота должна отбираться для ПЦР‐анализа наконечником с фильтром. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания. это метод, имитирующий естественную репликацию ДНК и позволяющий обнаружить единственную специфическую молекулу ДНК в присутствии миллионов других молекул.
Рибосомальная 16S РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование биополимеров
Принцип действия TZA сводится к поиску гена, который активируется только при репликации вируса. Несмотря на то, что разработчики уверены в эффективности теста, большинство специалистов склоняется к тому, что TZA не сможет заменить существующие методы диагностики полностью, поскольку он характеризуется иным механизмом действия и не подходит абсолютно каждому ВИЧ-инфицированному пациенту. При желании пациента, кровь на анализ можно сдать анонимно и абсолютно бесплатно. Сделать это можно в медицинских организациях по месту жительства, в Свердловском областном центре профилактике и борьбы со СПИД г. Екатеринбург, ул. Ясная, 46. Диагностика ВИЧ — дело сугубо добровольное. Однако есть четыре ситуации, для которых прохождение теста является обязательным: Донорство. Трудоустройство на работу, предполагающую непосредственный контакт с биоматериалом, который может содержать ВИЧ. Иностранные граждане.
Лица при призыве на военную службу, поступающие в военные учебные заведения. Но и в этих случаях тестирование не может проводиться насильно, поскольку для любого медицинского вмешательства необходимо добровольное и осознанное согласие пациента. Именно осознанное, поскольку каждый из нас должен понимать важность своевременной диагностики ВИЧ.
Для клонирования и последующего анализа можно использовать саму рибосомальную РНК, которая в любой клетке присутствует в большем количестве, чем соответствующий ей ген. Нуклеотидные последовательности 16S рРНК всех известных бактерий и архей общедоступны.
Выявленные последовательности сравнивают с имеющимися в базах данных и идентифицируют вид бактерии или объявляют ее принадлежащей к некультивируемому виду. 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.
Однако теперь, спустя месяцы, появились современные тест-системы с РНК в качестве ВКО и, естественно, предпочтительнее использовать их. Некоторые разработчики пошли еще дальше. Пастера приложили все усилия, чтобы разработать тест-систему по всем правилам и мировым стандартам ПЦР-диагностики. Фаг, в свою очередь, защищает РНК от разрушения при взаимодействии с клиническим образцом, тем самым получается препарат армированной защищенной РНК коронавирусной инфекции. Попросите инструкцию, прочитайте, не все так сложно.
В конечном счете, спасение утопающих — дело рук самих утопающих. И это правило работает всегда!
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.
ПЦР может генерировать достаточные для анализа мутаций количества специфических генов из образцов ДНК. Конкретные части генов обычно экзоны быстро амплифицируются с помощью специфичных праймеров. Амплифицированный сегмент затем может или быть легко секвенирован, или протестирован методом АСО-гибридизации для обнаружения мутации. Анализ ДНК, генерируемой в ходе ПЦР, может быть выполнен менее чем за один день, существенно облегчая разработку и клиническое использование большого числа диагностических ДНК-тестов.
ПЦР: что это такое? Диагностика инфекционных заболеваний методом полимеразной цепной реакции
Для диагностики этих инфекций рекомендуется использовать методы ПЦР-диагностики и ИФА-исследований. Открытие метода полимеразной цепной реакции (ПНР) стало одним из наиболее выдающихся событий в об-ласти молекулярной биологии за последние десятилетия. При диагностике туберкулёза метод ПЦР применяют в случае получения положительных результатов при проведении плановых аллергических исследований в благополучных по туберкулёзу хозяйствах. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – современный метод исследования, основанный на увеличении малых концентраций фрагментов нуклеиновой кислоты в пробе.