Открытие метода полимеразной цепной реакции (ПНР) стало одним из наиболее выдающихся событий в об-ласти молекулярной биологии за последние десятилетия. 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.
Анализ ПЦР: суть метода и его преимущества
Метод ПЦР позволяет выявить наличие определенной ДНК последовательности с мутацией и подтвердить диагноз. Основу процесса исследования составляет метод ПЦР в реальном времени, который зарекомендовал себя как очень быстрый и чувствительный способ, подчеркивают в Роспотребнадзоре. 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. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – молекулярно-биологический метод исследования, который позволяет найти в исследуемом клиническом материале небольшой фрагмент ДНК.
Как проводят анализ методом ПЦР: описание процедуры
Анализ ПЦР – полимеразная цепная реакция, позволяющая многократно увеличить объем микробной среды и определить возбудителя. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет всего в течение нескольких часов обнаружить возбудителя инфекции, причем выявить можно даже 1-2 молекулы среди огромного количества. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — важнейший лабораторный метод исследования тонкой молекулярной структуры генетического материала. Этот метод используется во всем мире при разработке тест-систем на основе ОТ-ПЦР, в том числе для диагностики РНК-содержащих вирусов, к коим относится и новый коронавирус SARS-CoV-2.
Что такое ПЦР
За разработку ПЦР-метода он был удостоен Нобелевской премии в области химии в 1993 г. Открытие метода ПЦР стало одним из наиболее выдающихся событий в области молекулярной биологии за последние 30 лет и позволило поднять медицинскую диагностику на качественно новый уровень. За короткое время ПЦР-анализ распространился по всему миру, быстро выйдя из лабораторий научных институтов в сферу практического клинического использования. Этот метод нашел применение в: диагностике инфекционных заболеваний, в том числе вызванных агентами, трудно поддающимися культивированию: в клинической диагностике вирусных и бактериальных инфекций; диагностике наследственных муковисцидоз, фенилкетонурия, гемофилия , онкологических и др. Кроме того, молекулярные методы используются в таких областях, как эпидемиология, фармакология, экология, сельское хозяйство, пищевая промышленность, биотехнология. Изящность, простота исполнения, непревзойденные показатели чувствительности и специфичности принесли новому методу небывалую популярность. История открытия и разработка метода пцр Молекулярная биология началась с эры ДНК. ДНК была провозглашена "главной молекулой жизни", "нитью жизни", началом начал и основой всего живого.
Анализ соскоба из уретры или влагалища в гинекологии позволяет определить: - количество лейкоцитов их повышение говорит об инфекции, но у здоровых женщин небольшое число лейкоцитов присутствует во флоре ; - количество эритроцитов основной показатель воспалительного процесса при повышенном количестве ; -состав флоры у женщин он зависит от менструального цикла, но активность клеток говорит о нарушении микрофлоры ; - наличие трихомонады, гонококков, грибка — основная цель для выявления возбудителя инфекций; - наличие лактобацилл их отсутствие говорит о нарушенной микрофлоре. Также мазок определяет степень чистоты влагалища женщины: 1 и 2 степень — характерна для здоровой флоры, а 3 и 4 — выявляет кольпит, воспаление. Преимущества данного метода состоят в простоте, доступности и быстроте получения результатов 30 - 60 мин и менее. Однако чувствительность данного метода ограничена около 105 бактерий в 1 мл. Практически не определяются в урогенитальном мазке вирусы, хламидии, микоплазмы и уреаплазмы, и одних только результатов мазка часто бывает недостаточно для постановки диагноза. Результаты мазка обычно можно использовать как ориентировочные. Перед сдачей мазка лучше воздержаться от мочеиспускания. Бактериологический метод бакпосев Бакпосев — метод диагностики ЗППП путем выращивания микробов в благоприятной для этого среде.
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. ПЦР тест назначается в качестве верифицируемого, подтверждающего догадки метода, исследуется параллельно с данными анамнеза, визуальной оценки, симптоматики. Хламидиоз, уреаплазмоз, микоплазмоз и прочие венерические инфекции. На ранних стадиях патологического процесса есть риск не заметить симптомы. Но именно этот момент — лучший для терапии. Поскольку дальше начинаются необратимые изменения в органах и системах. Болезнь не удается взять под контроль, обеспечить продолжительную жизнь пациенту также невозможно. ПЦР назначается для раннего выявления патологического процесса. Генетические аномалии Любого типа. Потому методика представляет такую ценность для диагностики наследственных аномалий. Способ не до конца освоен, потому считается перспективным. Как уже было сказано, с помощью методики можно установить отцовство. Используется отдельная модификация анализа. Подготовка к исследованию Меры зависят от того, какой биоматериал будут брать. Вот некоторые варианты: Моча Изучение урины требуется, когда проводят диагностику мочеполовых инфекций, поражений венерического плана у мужчин и женщин. У первых методика применяется не всегда. Часто ее заменяют забором соскоба из уретры. Перед проведением обследования, накануне запрещена гигиена репродуктивных органов. Анализ сдают в течение суток с момента подозрительного полового акта.
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. Это связано с тем, что в воздухе постоянно присутствует невероятный коктейль из фрагментов ДНК всевозможных живых организмов, и в процессе подготовки к проведению реакции образец может быть загрязнен — возможно «ложное срабатывание». Оценивать результаты реакции должен практический врач, который лечит конкретного больного. Дело в том, что далеко не всегда положительный ответ теста означает наличие заболевания. Например, человек пролечился от какого-либо заболевания, но погибший и уже не опасный возбудитель будет еще некоторое время «разбираться на запчасти» защитной системой организма. Если в этот момент сделать ПЦР — результат окажется положительным. Другой вариант — это отрицательный результат ПЦР при наличии даже явной клинической картины.
ПЦР-исследования
Характеристика метода ПЦР. Исследование при помощи полимеразной цепной реакции относится к количественным анализам. Нельзя ПЦР или ИФА-диагностикой заменить все существующие методы исследования. Во-вторых, внедрение цифровизации ПЦР-диагностики увеличит пропускную способность лаборатории и поспособствует лавинообразному росту количества выполняемых анализов.
ПЦР-анализ: что это такое, когда он назначается и как проводится?
Полимеразная цепная реакция: 1-й цикл. диагностика) считается одним из самых современных и точных методов молекулярной диагностики различных инфекций, в том числе урологических и гинекологических заболеваний. один из наиболее чувствительных и надежных количественных методов анализа экспрессии генов.
В Роспотребнадзоре объяснили, чем отличается экспресс-тест на COVID-19 от ПЦР
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. Все три вида РНК тем или иным способом участвуют в синтезе белка. Однако информация по синтезу белка содержится только в мРНК.
Открытию полимеразной цепной реакции сопутствовало развитие молекулярно-биологических технологий. Первые данные о химических своиствах ДНК появились в 1868 г. К началу 50-годов ХХ в.
Основания бывают двух типов: пуриновые — аденин и гуанин и пиримидиновые — цитозин и тимин. В 1953 г. Уотсон и Ф.
Крик пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух комплиментарных полимерных цепей, образующих двойную спираль. Согласно модели Уотсона навитые одна на другую цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей. При этом аденин образует пару только с тимином, а гуанин — с цитозином.
Каждая цепь служит матрицей при синтезе новой цепи, а последовательность в синтезируемой растущей цепи задается последовательностью комплементарных оснований цепи-матрицы. В 1955 г. Корнберг открыл в клетках фермент, который назвал ДНК-полимеразой.
Раствор, в котором происходит эта реакция, должен содержать нуклеозидтрифосфаты они используются в качестве строительных блоков. Нуклеотид, который присоединяет ДНК-полимераза, комплементарен основанию в соответствующем положении матричной цепи. В ходе репарации и репликации двойной спирали ДНК каждая цепь служит матрицей для синтеза другой цепи.
В 1962 г. Уотсон, Ф. Крик и М.
Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за установление молекулярной структуры нуклеиновых кислот и ее роли в передаче информации в живой материи. В 1971 г. Клеппе и соавт.
Однако возможность использования ПЦР в плане наработки огромного количества копий нуклеиновых кислот еще не рассматривалась. Возможно, это было связано с техническими трудностями связанными с необходимостью трудоемкого синтеза праймеров. В 70-х годах были открыты специальные ферменты — рестрикционные эндонуклеазы, которые расщепляют ДНК в специфических точках.
Исследователи получили возможность "разрезать" ДНК на более короткие и более стабильные фрагменты, которые просто идентифицировать. При этом стало проще выделять и изучать фрагменты ДНК с находящимися в них генами. В начале 80-х годов проблема с синтезом праймеров была разрешена благодаря разработке автоматических синтезаторов ДНК.
В 1966 г. Мюллис в 1983-1984 гг. Это позволило ускорить работы по разработке полимеразной цепной реакции.
За счет того, что в образец можно добавлять флуорофоры для разных мишеней они будут и светиться под ультрафиолетом разным цветом , метод гибридизации подходит для диагностики сразу нескольких мишеней в одном образце. Отличается тем, что детекция проводится прямо в процессе амплификации. Для этого нужны зонды-люминофоры из предыдущего пункта и специальные приборы ДНК-амплификаторы. Эти устройства оценивают нарастание яркости люминофора после каждого температурного цикла и впоследствии, вычисляют исходное число искомых нуклеиновых кислот в образце. Электрофорез и гибридизация подходят только для качественной оценки, то есть дают ответ на вопрос, есть ли в образце искомый материал. ПЦР в реальном времени — единственный доступный метод количественной оценки. Если мишеней для праймеров в образце не окажется, то температурные циклы пройдут в холостую и при детекции будет получен отрицательный результат. Преимущества методики ПЦР Всего разработано более 10 разных методик амплификации, применяемых лабораториями в зависимости от исходных условий и поставленных целей. Общим для них есть высокая чувствительность для положительного результата достаточно 40! Но точность результатов сильно зависит от качества сбора диагностического материала, тщательного соблюдения всех технических требований к каждому этапу и качеству оборудования, расходных материалов буфера, праймеров, раствора для отмывки и т.
Области применения в медицине В дерматовенерологии ПЦР используют для выявления венерических заболеваний: микоплазменной, хламидийной инфекций, сифилиса, генитального герпеса и др. А с помощью ПЦР в реальном времени, оценивая вирусную нагрузку, врачи могут составить мнение о динамике заболевания, отклике на лечение, что особенно актуально для пациентов с ВИЧ, принимающих терапию. Также благодаря ПЦР врачи могут в течение нескольких дней с уверенностью идентифицировать коклюш и паракоклюш, выявить возбудителей эпидемии ОРВИ. Уточняются типы вируса гриппа, циркулирующие на определенной территории, на основании чего появляется возможность разработать эффективную вакцину для каждого сезона гриппа. В течение суток или быстрее можно установить вид возбудителя кишечной инфекции, а значит — назначить адекватное лечение и обнаружить вероятный источник заражения. Летом, ПЦР актуальна для диагностики заболеваний, передаваемых иксодовыми клещами: боррелиоза болезни Лайма , клещевых энцефалитов.
С помощью этой диагностики можно своевременно не только обнаружить инфекцию, но и изолировать человека, назначив ему соответствующее лечение. Чтобы провести полимеразную цепную реакцию на устойчивость, используют гены, запоминающие невосприимчивость к некоторым лекарствам, после чего через двое суток можно получить результат. Эта методика позволяет не только выявить ДНК возбудителя туберкулеза, но и те его мутации, которые указывают на устойчивость к препаратам противотуберкулезного ряда. Одним из передовых методов ПЦР является метод гибридизации на стрипах, который позволяет провести определение микобактерий и их устойчивость к противотуберкулезным препаратам".
Диагностика COVID-19: обзор основных методов
Этот метод используется во всем мире при разработке тест-систем на основе ОТ-ПЦР, в том числе для диагностики РНК-содержащих вирусов, к коим относится и новый коронавирус SARS-CoV-2. Методы исследования нуклеиновых. С появлением секвенирования нового поколения метод ПЦР утрачивает клиническую важность при необходимости исследования широкой панели генов. Исследования, проводимые одним из широко применяемых методов – методом, основанным на полимеразной цепной реакции (ПЦР), являются наиболее точными и достоверными. полимеразная цепная реакция.