Если вам назначили количественный ПЦР-анализ, врач напишет в направлении не только название исследования, но и предпочтительный метод, которым нужно провести ПЦР-анализ.
ПЦР-тестирование: как работает метод ПЦР в диагностике
Многочисленные исследования по изучению применения метода ПЦР для выявления Сhlamydia trachomatis. Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR) — это точный метод лабораторной диагностики, который используют для выявления возбудителей инфекционных заболеваний. Преимущества метода ПЦР над иммуноферментным анализом и прочими иммунологическими инструментами выявления инфекции заключается в том, что он реже дает ошибочные результаты.
Что такое ПЦР-тест? Методика, преимущества и недостатки анализа
В программе рассматривались вопросы, посвященные этиологическим особенностям острых респираторных инфекций на спаде пандемии, актуальным подходам к лечению ОРВИ, гриппа, COVID-19, в том числе у детей, постковидному синдрому и тяжелым формам заболеваний. Большое внимание уделялось и различным аспектам молекулярной диагностики. ПЦР-диагностика в настоящее время представляет собой очень детальный, сложный и многоэтапный процесс, поэтому вектором развития для лабораторий докладчик назвал внедрение современных автоматизированных и программных решений наравне с новыми тест-системами. Это поможет, во-первых, избежать ошибок, возникающих вследствие человеческого фактора, ведь в предыдущие два года, когда количество выполняемых исследований и нагрузка на сотрудников резко возросли, увеличилось и число ошибок, случаев контаминации и задержек выдачи результатов.
Во-вторых, внедрение цифровизации ПЦР-диагностики увеличит пропускную способность лаборатории и поспособствует лавинообразному росту количества выполняемых анализов. В-третьих, это позволит сохранить все данные и сделать их доступными специалистам с любой момент. Максим Ионов подчеркнул, что в лабораториях существует не только физический поток образцов, который идет по всем этапам выполнения ПЦР-исследования, но и поток информации об образце — от направления на анализ до результата.
Подготовка образцов, проведение реакции и анализ результатов максимально облегчен и во многом автоматизирован. Благодаря этому, время получения результата может сокращаться до 4-5 часов. Эффективность метода ПЦР ПЦР помогает избежать известных сложностей, возникающих при выращивании труднокультивируемых, некультивируемых или персистирующих форм микроорганизмов для диагностики латентных и хронических инфекций. Эффективен метод ПЦР и при скрининге возбудителей с высокой антигенной изменчивостью, а также внутриклеточных паразитов.
Широта исследуемого клинического материала В качестве образца при полимеразной цепной реакции может быть использован не только биологический материал от больного, но также и многие другие субстраты, в которых могут быть идентифицированы молекулы ДНК с высокой чувствительностью, например, вода, почва, продукты питания, микроорганизмы, смывы и многое другое.
Криком был установлен принцип комплементарности. Ученые сделали вывод о том, что ДНК представляет собой двойную полипептидную цепь, образующую спираль благодаря водородным связям между азотистыми основаниями аденин-тимин и гуанин-цитозин. В 1955 г. Для этого необходимо, чтобы праймер связался с цепью ДНК матрицей по принципу комплементарности. Чтобы реакция прошла раствор должен содержать нуклеозидтрифосфаты дНТФ , которые используются в качестве «строительного материала».
В 1971 г. Клеппе с соавторами определили состав реакционной смеси, и принципы использования ДНК-праймеров для получения новых копий ДНК. Однако, из-за технологической сложности искусственного синтеза праймеров и нестабильности реакции, метод ПЦР было невозможно использовать на практике в полной мере. В 1975 г. Брок и Х. Фриз открыли Thermusaquaticus грамотрицательную палочковидную экстремально термофильную бактерию.
А в 1976 г. В 1983—1984 гг. Мюллисом был проведен ряд экспериментов по разработке ПЦР. Ученый первый начал использовать вместо ДНК-полимеразы устойчивую к высоким температурам Taq-полимеразу, что позволило ускорить работу по разработке полимеразной цепной реакции. Кроме того, К. Мюллисом в соавторстве с Ф.
Фалуном был разработан алгоритм циклических изменений температуры в ходе ПЦР. Открытие метода ПЦР стало одним из наиболее выдающихся событий в области молекулярной биологии за последние десятилетия. Метод продолжает развиваться, появляются новые модификации, но мы предлагаем рассмотреть методику проведения классической ПЦР. Методика полимеразной цепной реакции Метод постановки ПЦР требует наличия в реакционной смеси ряда основных компонентов: праймеры, Taq-полимераза, смесь дезоксинуклеотидтрифосфатов, буфер, анализируемый образец. Праймеры — искусственно синтезируемые олигонуклеотиды, как правило, размером от 15 до 30 нуклеотидов, которые идентичны соответствующим участкам ДНК-мишени. Играют ключевую роль в амплификации, образуя продукты реакции.
Для полимеразной цепной реакции последовательности праймеров очень важны, потому что реакционный цикл имеет определенные величины температур, используемые на этапах нагрева и охлаждения. Кроме того, большой избыток праймеров в реакционной смеси ПЦР приводит к тому, что они с большей вероятностью сталкиваются с частично комплементарным праймером, чем с полностью комплементарной ДНК матрицой. Таким образом, следует избегать комплементарностипраймеров друг другу. Этот фермент довольно часто используется при проведении стандартной ПЦР. Таким образом, она может оставаться активной после каждого из шагов денатурации.
Поставить "на поток" метод помогли специальные автоматические термостаты - амплификаторы, в которых изменение температуры происходит по заданной программе. Современный амплификатор — сложный электронный прибор, не только управляющий циклами амплификации и поддерживающий необходимые температуры, но и делающий количественные замеры после каждого цикла. В её основе лежит принцип флуоресцентной детекции продуктов ПЦР непосредственно в ходе амплификации.
Детекция продуктов амплификации проводится прямо в реакционной среде через стенки или крышку закрытой пробирки. Для этого в состав реакционной смеси, наряду с праймерами и другими компонентами реакции, добавлены специальные флуоресцентные метки зонды. Флуоресцентный зонд выполнен по той же технологии, что и праймер и отличается он него тем, что на одном его конце прикреплена флуоресцентная молекула флуорофор , а на другом конце расположена специальная молекула-гаситель флуоресценции. За счёт близости гасителя, энергия поглощаемая флуорофором не вызывает флуоресцентного свечения, а целиком передаётся гасителю. При этом, при облучении смеси ультрафиолетом, флуоресцентный отклик полностью отсутствует. Дальше всё происходит, так же, как было описано выше: В ходе ПЦР при повышении температуры происходит денатурация ДНК с распадом на две половинки. Зонд вместе с праймерами присоединяется к комплементарному участку ДНК. При этом флуорофор и гаситель освобождаются, расстояние между ними увеличивается и эффект гашения перестаёт работать.
Теперь при облучении смеси ультрафиолетом, мы получим устойчивый флуоресцентный сигнал-отклик от флуорофора. Изготавливая молекулы флуорофора с разным цветом свечения можно проводить одновременный поиск разных возбудителей в одной пробирке. Большинство используемых сегодня, для ПЦР диагностики, амплификаторов , относится к классу автоматических, высокоскоростных многофункциональных Real Time аппаратов. Они позволяют проводить множественный ПЦР анализ до 5 мишеней цветных флуоресцентных красителей в 96 пробирках одновременно. Это полностью автоматические термоциклеры со встроенным оптическим блоком и возможностью детекции накопления продуктов амплификации непосредственно в пробирке во время протекания реакции. Весь процесс амплификации протекает в закрытых одноразовых пробирках, считывание происходит через прозрачные стенки пробирок, без их открытия. Но они напрямую связаны с его достоинствами и с тем, что называется "человеческим фактором". ПЦР — высокотехнологичный метод, требующий соблюдения строжайших правил устройства и оснащения лаборатории.
Это связано с тем, что в воздухе постоянно присутствует невероятный коктейль из фрагментов ДНК всевозможных живых организмов. И если в процессе подготовки к проведению реакции, образец будет загрязнен — возможно «ложное срабатывание». С другой стороны, далеко не всегда положительный результат ПЦР означает наличие заболевания. Например, человек пролечился от какого-либо заболевания, но погибший и уже не опасный возбудитель фактически его останки будет еще некоторое время находиться среди клеток крови и "разбираться на запчасти" защитной системой организма. Если в этот момент сделать ПЦР — результат окажется положительным.
Принципы ПЦР-диагностики
| ПЦР: современные методики диагностики туберкулеза | это метод диагностики, широко применяемый в современной медицине. |
| Метод анализа ПЦР: суть и преимущества | Подготовка и проведение анализа ПЦР | ПЦР, или полимеразная цепная реакция, представляет собой метод лабораторного исследования различных биологических жидкостей. |
| Что такое анализ ПЦР? | Отличия ПЦР-диагностики от других методов лабораторного исследования заключаются в следующем. |
| ПЦР анализ 12: что это такое? Подготовка и сдача анализа, расшифровка результатов | Нельзя ПЦР или ИФА-диагностикой заменить все существующие методы исследования. |
| ПЦР-тесты: для чего нужен, как сдавать анализ, цена, можно ли верить результатам | Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания. |
Чем отличается диагностика ПЦР от ИФА
| Что такое ПЦР-тест? Методика, преимущества и недостатки анализа | РИА Новости | Дзен | 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. |
| Принцип метода ПЦР (полимеразная цепная рекация), часть 1 (д.б.н. Ю.М. Романова) - YouTube | Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет всего в течение нескольких часов обнаружить возбудителя инфекции, причем выявить можно даже 1-2 молекулы среди огромного количества. |
| Все под контролем! Правильный способ использования внутреннего контрольного образца (ВКО) | 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. |
Рибосомальная 16S РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование биополимеров
Эта стадия длится 7—10 минут. Количество специфического продукта реакции ограниченного праймерами теоретически возрастает пропорционально 2n — 2n, где n — число циклов реакции [15]. Число «длинных» копий ДНК тоже растёт, но линейно, поэтому в продуктах реакции доминирует специфический фрагмент. Рост требуемого продукта в геометрической прогрессии ограничен количеством реагентов, присутствием ингибиторов , образованием побочных продуктов.
На последних циклах реакции рост замедляется, это называют «эффектом плато». Используют две пары праймеров и проводят две последовательные реакции. Вторая пара праймеров амплифицирует участок ДНК внутри продукта первой реакции.
Инвертированная ПЦР [en] inverse PCR — используется в том случае, если известен лишь небольшой участок внутри нужной последовательности. Этот метод особенно полезен, когда нужно определить соседние последовательности после вставки ДНК в геном. Для осуществления инвертированной ПЦР проводят ряд разрезаний ДНК рестриктазами с последующим соединением фрагментов лигирование.
В результате известные фрагменты оказываются на обоих концах неизвестного участка, после чего можно проводить ПЦР как обычно. Этим методом часто определяют, где и когда экспрессируются данные гены. Используется в некоторых методиках секвенирования и гибридизационного анализа.
Это значительно увеличивает вероятность назначения своевременного лечения. Кроме того, с помощью ПЦР можно определить латентных носителей инфекции. Необходимо строго соблюдать правила сбора биоматериала и его хранения. Важно выбрать правильное время взятия биоматериала и выполнить правила подготовки к тесту. В частности, это касается и нового коронавируса, который присутствует в выделениях носоглотки и ротоглотки только в течение определенного времени, по истечении которого анализ окажется отрицательным. Кроме того, высокая чувствительность ПЦР может иногда превращаться из преимущества в недостаток. Показания к проведению ПЦР-анализа ПЦР-тесты используются для: диагностики инфекционных заболеваний, вызванных вирусами, бактериями и грибами, в том числе для определения возбудителей ряда урогенитальных инфекций; определения патологических генетических нарушений; определения роста и развития раковых клеток. ПЦР тест также можно использовать для прямой диагностики наличия заболевания и мутаций в развивающемся эмбрионе. Например, впервые ПЦР была использована таким образом для диагностики серповидно-клеточной анемии путем обнаружения мутации одного гена.
Как проводится ПЦР-анализ Метод полимеразно-цепной реакции постоянно развивается. Самым распространенным на сегодня является тест в реальном времени, с помощью которого можно определить исходное количество копий ДНК РНК. ПЦР с вложенной парой праймеров гнездовая проводится в две стадии для снижения вероятности амплификации неспецифичных участков ДНК.
Метод ПЦР был признан обязательным методом ускоренной диагностики для индикации и лабораторной диагностики возбудителей инфекционных болезней бактериальной и вирусной этиологии в клиническом материале и пробах из объектов окружающей среды. ПЦР позволяет выявлять возбудителя даже при минимальном его содержании при скрининговой детекции вирусных и бактериальных возбудителей ОКИ в лабораторной диагностике и санитарно-эпидемиологическом надзоре. Эффективность этиологической диагностики возрастает при одновременном выявлении ведущих инфекционных агентов: Rotavirus, Astrovirus, Norovirus и бактерий родов Shigella, Salmonella, Campylobacter и Y. Классические микробиологические методы посевы и культивирование на культурах клеток не обладают необходимой скоростью диагностики и не удовлетворяют потребности Роспотребнадзора при расследовании случаев групповой заболеваемости, но являются единственными видами исследований, при которых можно выделить и накопить «чистую культуру» возбудителя для дальнейшего использования в научно-практической деятельности.
Важно собирать не слюну или носоглоточную слизь, а мокроту. Сделайте несколько глубоких вдохов, чтобы вызвать «мокрый» кашель. Необходимо откашлять содержимое глубоких дыхательных путей. Сплюньте мокроту в заранее подготовленный стерильный контейнер с плотно закрывающейся крышкой. Минимальный объём мокроты — 1 мл. Доставьте контейнер в лабораторное отделение в день взятия биоматериала. Подготовка к соскобу из зева За 24 часа до исследования по предварительному согласованию с лечащим врачом следует отказаться от терапии полости рта какими-либо лекарственными препаратами. Подготовка к соскобу из влагалища или урогенитального тракта За 30 дней до исследования следует прекратить применение антибиотиков по согласованию с лечащим врачом. За 24 часа до исследования не следует проводить спринцевание, внутривагинальную терапию свечи, тампоны , не использовать антисептические средства в том числе мирамистин , исключить половой контакт. В день исследования запрещается проводить туалет половых органов. Женщинам рекомендуется сдавать анализ до менструации или через 5 дней после её окончания. Мужчинам рекомендуется не мочиться в течение 3 часов 15—20 минут в случае обильных уретральных выделений до взятия материала.
Все под контролем! Правильный способ использования внутреннего контрольного образца (ВКО)
Назначается в первую же очередь. Диагностика СПИДа. Определить ВИЧ инфекцию можно несколькими способами. Но полимеразная цепная реакция дает однозначный ответ, практически сразу. Потому именно ПЦР считается предпочтительным вариантом и основной мерой диагностики. Венерические инфекции. Обследование проводится в любой момент. В качестве биоматериала забирают мазок со слизистых оболочек уретры.
Методика предоставляет точные результаты. С ее же помощью можно обнаружить ход течения заболевания, давность, наличие иммунитета, сопротивляемость организма. Проводится параллельно с микробиологическим исследованием или вместо него. Зависит от ситуации. На венерические инфекции указывают такие симптомы: боли в области половых органов, рези при мочеиспускании, жжение, зуд, выделения гнойного, прозрачного характера с неприятным запахом или без такового, нарушения отхождения урины. Герпесвирусные инфекции, папилломатоз. Другими способами определить патологические процессы, ассоциированные с этими возбудителями, не выйдет.
Многие из них потенциально опасны. Некоторые штаммы вируса папилломы человека крайне агрессивны, онкогенны. Могут привести к сложным формам рака. Потому так важна ранняя диагностика. Злокачественные процессы на начальной стадии. Пока еще симптомов нет. С помощью ПЦР-анализа удается обнаружить аномальные клетки, которые имеют одну, а то и несколько мутаций генетического материала.
Как правило, это случайные находки. Например, при анализе соскоба со слизистых оболочек полости рта заядлого курильщика. Благодаря такому способу удается обнаружить проблему на ранней стадии, когда как таковой опухоли еще нет. Но предпосылки — представлены в полном объеме. Исследование иммунной реакции на того или иного возбудителя. Изучают особые вещества, которые отвечают за инактивацию и сдерживание аномальных агентов, инфекционных структур. Методика отличается от схожего по целям ИФА.
Обследование на предмет генетических аномалий. В рамках диагностики наследственных патологических процессов. В качестве основного метода. Также с помощью ПЦР возможно установление отцовства, родства двух людей. Но это тема для отдельного разговора. Для исследования забирают биоматериал.
Какие биологические материалы исследуются? Может использоваться при инфекционном поражении мочеполового тракта у мужчин и мочевыделительных органов у женщин у мужчин использование в качестве материала мочи заменяет эпителиальный соскоб. Применяется для диагностики туберкулеза и реже для диагностики респираторных форм хламидиоза и микоплазмоза.
Мокроту в количестве 15-20 мл собирают в стерильный одноразовый флакон. Биологические жидкости. Сок простаты, плевральная, спинномозговая, околоплодная, суставная жидкость, бронхоальвеолярный лаваж, слюна забираются по показаниям. Эпителиальные соскобы со слизистых оболочек. Обычно используются для диагностики заболеваний, передающихся половым путем ЗППП , таких как гонорея, хламидиоз, микоплазмоз, уреаплазмоз, трихомониаз, гарднереллез, герпетическая и другие инфекции, поражающие слизистые оболочки. Чаще всего используют биоптаты желудка и двенадцатиперстной кишки для выявления хеликобактерной инфекции. Кровь, плазма, сыворотка. Как подготовиться к сдаче анализа? Достоверность результата ПЦР напрямую зависит от правильности сдачи материала на обследование.
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. 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.
Для исследования берут мазок из носоглотки и ротоглотки, после чего пробу направляют в лабораторию, где методом ПЦР определяют наличие либо отсутствие генетического материала коронавируса. Если в пробе РНК коронавируса его не обнаружили, то это означает, что на момент взятия мазка пациент не инфицирован. Метод ПЦР отличается более высокой чувствительностью, чем экспресс-тест, и информативен для выявления всех известных штаммов коронавируса, включая «омикрон».
В редких случаях пациенты с симптомами COVID-19 или его бессимптомные носители могут получить отрицательный результат теста. Это возможно при низкой вирусной нагрузке слишком малое количество вируса в верхних дыхательных путях , поздних стадиях заболевания, когда у пациента уже поражены лёгкие вирус «спустился» из носоглотки в лёгкие , и при неправильном взятии мазка.
ПЦР в режиме реального времени – новейшие технологии в диагностике инфекций
Анализ методом ПЦР – это диагностический метод, позволяющий выявить наличие возбудителя заболевания в организме даже, если он присутствует в минимальных количествах. Материалом для исследования методом ПЦР служит ДНК возбудителя. В плане обнаружения ДНК наибольшее распространение получил метод полимеразной цепной реакции (ПЦР).
Улучшение качества обследования пациентов с помощью ПЦР-лаборатории
диагностика) считается одним из самых современных и точных методов молекулярной диагностики различных инфекций, в том числе урологических и гинекологических заболеваний. Диагностика методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) показывает наличие половых инфекций с очень большой точностью. При самолечении и самостоятельной сдаче анализов для исследования методом ПЦР в сетевой лаборатории высок риск того, что вы будете годами лечиться от несуществующей болезни. диагностика) считается одним из самых современных и точных методов молекулярной диагностики различных инфекций, в том числе урологических и гинекологических заболеваний.
Как проводят анализ методом ПЦР: описание процедуры
Метод полимеразной цепной реакции предусматривает работу с любым генетическим материалом без подразделения по микробиологическим направлениям, что дает возможность организации централизованной ПЦР-лаборатории как отдельного структурного подразделения по различным направлениям деятельности. Первые исследования проводились с элетрофоретической детекцией продуктов амплификации. Но полноценно в практику лабораторной диагностики метод ПЦР в нашем центре был внедрен с приобретением амплификаторов, с детекцией в режиме реального времени, с 2003г. На данный момент метод используется в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тульской области» в трех лабораториях: вирусологической, бактериологической и лаборатории особо опасных и природно-очаговых инфекций, по обширному кругу инфекций и для определения содержания ГМО в продуктах питания.
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. Тест небыстрый — по времени может занимать около суток. Кроме этого, нужен обученный, высокопрофессиональный персонал. Сами аппараты довольно громоздкие, хотя сейчас уже есть и установки меньшего размера.
Именно этот фермент катализирует и "контролирует" все процессы во время проведения анализа методом ПЦР. Особенность этого фермента - он термостабилен, исключительно термостоек: он выдерживает нагревание до температуры кипения без потери активности, а "любимый" его температурный режим во время работы - 72оС. Многие реакции при проведении ПЦР идут почти исключительно при повышенной температуре. С момента появления метода, ПЦР-исследования завоевывают все большую и большую популярность. Ее принципиальной особенностью является мониторинг и количественный анализ накопления продуктов полимеразной цепной реакции и автоматическая регистрация и интерпретация полученных результатов. Этот метод не требует стадии электрофореза, что позволяет избежать ошибок и ложноположительных результатов, связанных с контаминацией и значительно ускорить получение результата. ПЦР в реальном времени использует флуоресцентно меченые олигонуклеотидные зонды для детекции ДНК в процессе ее амплификации.
Иногда для удобства детекции или контроля эффективности в состав реакционной смеси могут быть внесены дополнительные компоненты. Внутренние контроли — несвойственный данному организму фрагмент ДНК, как правило, большего размера, ограниченный специфическими праймерами. Практически представляет собой альтернативную матрицу ПЦР и позволяет контролировать эффективность амплификации в каждой конкретной пробирке. ДНК-зонды — искусственно синтезированные олигонуклеотиды небольшого размера около 30 нуклеотидов , комплементарные специфическим ампликонам продуктам реакции. Могут использоваться для детекции продуктов ПЦР, благодаря прикрепленным к ним изотопным или флуоресцентным меткам. Эти компоненты способны понижать температуру денатурации матрицы или стабилизируют ДНК-полимеразу. Если в пробе имеется искомая ДНК, с ней происходит ряд последовательных цикличных реакций, которые различаются температурными режимами. Ход реакции Амплификация может включать в себя множество циклов, но все они состоят из трёх этапов: денатурация, отжиг, элонгация [1]. Денатурация — процесс перехода двухнитевой формы ДНК в однонитевую из-за разрыва водородных связей между комплементарными парами оснований при воздействии высоких температур. Отжиг — процесс присоединения праймеров к одноцепочечной ДНК-мишени. Отжиг происходит благодаря правилу комплементарностиЧаргаффа. Без соблюдения этих условий праймеры не отжигаются. Элонгация синтез. Температура в реакционной смеси доводится до оптимума работы Taq-полимеразы. Таким образом, специфические фрагменты, ограниченные на концах праймерами, впервые появляются в конце второго цикла, накапливаются в геометрической прогрессии и очень скоро начинают доминировать среди продуктов амплификации. В клинико-диагностических лабораториях наиболее распространенными модификациями ПЦР являются: ПЦР с «горячим» стартом hot-start PCR — суть этой модификации состоит в предотвращении возможности начала реакции до момента достижения условий, которые обеспечивают специфический отжиг праймеров. ПЦР с «горячим» стартом дает возможность минимизировать вероятность образования неспецифических продуктов ПЦР и возможность получения ложноположительных результатов анализа. ПЦР с анализом результатов «по конечной точке» End-point PCR — эта модификация позволяет учитывать результаты реакции по наличию флуоресценции после амплификации, не открывая пробирку. Таким образом, решается проблема контаминации ампликонами. Преимущество состоит в возможности совмещения детекции и количественного определения специфической последовательности ДНК в образце после каждого цикла амплификации в реальном времени. Для этого используются флуоресцентные красители, которые интеркалируют в двуцепочечные молекулы ДНК или модифицированные дезоксинуклеоты, флуоресцирующие после гибридизации с комплементарными участками ДНК. Мультиплексная мультипраймерная ПЦР — амплификация двух и более последовательностей ДНК в одной пробирке одновременно. Преимущество этого метода заключается в возможности выявления ряда патогенов, генетических модификаций организмов или генотипирования множественных аллелей и т. Все перечисленные виды ПЦР не могут быть проведены без необходимого пространства и оборудования. Комплект необходимого оборудования для проведения ПЦР должен включать в себя все необходимые приборы для выделения НК, их амплификации и детекции результатов. Все оборудование должно быть исправным, иметь технический паспорт и инструкцию по эксплуатации. Все приборы должны соответствовать нормам безопасности. Для предотвращения контаминации исходных образцов используют одноразовые пробирки с плотно закрывающимися крышками и наконечники к микродозаторам, термостаты с твердотельнымтермоблоком, специальные контейнеры для сброса использованных наконечников и пробирок.
Цепная реакция. Как работают тесты на коронавирус?
Особенно большое влияние на эффективность амплификации оказывает степень чистоты препарата ДНК, то есть наличие в реакционной смеси тех или иных ингибиторов, от которых избавиться в некоторых случаях бывает крайне сложно. Иногда из-за их присутствия не удается амплифицировать даже десятки тысяч молекул ДНК-мишени. Таким образом, прямая связь между исходным количеством ДНК-мишени и конечным количеством продуктов амплификации часто отсутствует. Для визуализации результатов амплификации используют различные методы. Наиболее распространенный на сегодняшний день - электрофорез, основанный на разделении молекул ДНК по размеру. Застывшая агароза образует пространственную решетку.
При заливке с помощью гребенок в геле формируют специальные лунки, в которые в дальнейшем вносят продукты амплификации. Пластину геля помещают в аппарат для горизонтального гель-электрофореза и подключают источник постоянного напряжения. Отрицательно заряженная ДНК начинает двигаться в геле от минуса к плюсу. При этом более короткие молекулы ДНК движутся быстрее, чем длинные. На скорость движения ДНК в геле влияют концентрация агарозы, напряженность электрического поля, температура, состав электрофорезного буфера и, в меньшей степени, состав ДНК.
Все молекулы одного размера движутся с одинаковой скоростью. Краситель встраивается интеркалирует плоскостными группами в молекулы ДНК. После окончания электрофореза, продолжающегося от 10 минут до 1 часа, гель помещают на фильтр трансиллюминатора, излучающего свет в ультрафиолетовом диапазоне 254 - 310 нм. Энергия ультрафиолета, поглощаемая ДНК в области 260 нм, передается на краситель, заставляя его флуоресцировать в оранжево-красной области видимого спектра 590 нм. В качестве «положительного контроля» используют стандарт ДНК искомого микроорганизма.
Размер неспецифических ампликонов может быть как больше, так и меньше по сравнению с «положительным контролем». В худшем случае эти размеры могут совпадать и читаются в электрофорезе как положительные. В то же время препарат ДНК, подготовленный для ПЦР из биологического материала, может содержать примеси ингибиторов, заметно снижающих эффективность реакции, а в некоторых случаях приводящих к отсутствию специфических ампликонов даже при наличии искомого возбудителя. Необходимо контролировать ход амплификации в каждой пробирке с реакционной смесью, для чего используют дополнительный, так называемый «внутренний контроль», который представляет собой любой стандарт ДНК, несхожий с ДНК искомого микроорганизма. Для инфекционных тест-систем иногда, например, используют р-глобиновый ген, к концам которого с помощью генно-инженерных манипуляций пришивают участки ДНК, гомологичные праймерам, входящим в состав тест-системы.
Если «внутренний контроль» внести в реакционную смесь, то он станет такой же мишенью для отжига праймеров, как и хромосомальная ДНК искомого возбудителя инфекции. Размер продукта амплификации внутреннего контроля подбирают таким образом, чтобы он был в 2 и более раз больше, чем ампликоны, образуемые от амплификации искомой ДНК микроорганизма. В результате, если внести ДНК «внутреннего контроля» в реакционную смесь вместе с испытуемым образцом, то, независимо от наличия микроорганизма в биологическом образце, «внутренний контроль» станет причиной образования специфических ампликонов, но значительно более длинных тяжелых , чем ампликон микроорганизма. Наличие тяжелых ампликонов в реакционной смеси свидетельствует о нормальном прохождении реакции амплификации и отсутствии ингибиторов. Если ампликоны нужного размера и «внутреннего контроля» не образовались, можно сделать вывод о наличии в анализируемом образце нежелательных примесей, от которых следует избавиться, но не об отсутствии искомой ДНК.
Несмотря на всю привлекательность такого подхода, у него есть существенный изъян. Так, если в реакционной смеси находится нужная ДНК, то эффективность ее амплификации резко снижается из-за конкуренции с «внутренним контролем» за праймеры. Это принципиально важно при низких концентрациях ДНК в исследуемом образце и может приводить к ложноотрицательным результатам. Тем не менее, при условии решения проблемы конкуренции за праймеры этот способ контроля эффективности амплификации, безусловно, будет весьма полезен. Метод горизонтального электрофореза Одним из методов визуализации результатов амплификации является метод электрофореза, основанный на разделении молекул ДНК по размеру.
В большинстве методик на данном этапе проводится разделение смеси продуктов амплификации, полученной на 2-ой стадии, методом горизонтального электрофореза в агарозном геле. До проведения электрофоретического разделения, к амплификационной смеси добавляется раствор бромистого этидия, образующий с двухцепочечными фрагментами ДНК прочные соединения внедрения. Эти соединения под действием УФ-облучения способны флуоресцировать, что регистрируется в виде светящихся полос после электрофоретического разделения амплификационной смеси в агарозном геле. Яркость полос продуктов амплификации может быть различной. Поэтому часто в ПЦР-лабораториях принято оценивать результат по трех-, четырех- или пятибалльной системе.
Однако нельзя связывать с начальным количеством ДНК-мишени в образце. Часто уменьшение яркости свечения полос связано со снижением эффективности амплификации под влиянием ингибиторов или других факторов. Метод вертикального электрофореза Метод вертикального электрофореза принципиально схож с горизонтальным электрофорезом. Их отличие заключается в том, что в данном случае вместо агарозы используют полиакриламид. Его проводят в специальной камере для вертикального электрофореза.
Электрофорез в полиакриламидном геле имеет большую разрешающую способность по сравнению с агарозным электрофорезом и позволяет различать молекулы ДНК разных размеров с точностью до одного нуклеотида. Приготовление полиакриламидного геля несколько сложнее агарозного. Кроме того, акриламид является токсичным веществом. Поскольку необходимость определить размер продукта амплификации с точностью до 1 нуклеотида возникает редко, то в рутинной работе этот метод не используют. Метод гибридизационных зондов В качестве альтернативы электрофоретическому методу детекции, имеющему некоторые недостатки: субъективность чтения результатов, ограничения по определению ДНК различных микроорганизмов в одной реакции, могут быть предложены гибридизационные схемы детекции.
В этих схемах образующийся в результате амплификации фрагмент ДНК гибридизуется образует 2-х цепочечные комплексы - "гибриды" со специфическим олигонуклеотидным зондом. Регистрация таких комплексов может быть проведена колориметрически или флуориметрически. Для детекции PCR-продукта используются флуоресцентные красители, обеспечивающие флуоресценцию, прямо пропорциональную количеству ПЦР-продукта - репортерную флуоресценцию. Кинетическая кривая в координатах "Уровень репортерной флуоресценции - цикл амплификации" имеет S-образную форму. В ней можно выделить три стадии: 1.
Стадию инициации когда ПЦР-продукты еще не детектируется флуоресцентной меткой.
Подготовка к анализу зависит от того, какой биологический материал вы сдаете. Если кровь, то особо готовиться не надо. Для других материалов есть несложные правила — если их соблюдать, анализ будет точнее. Если вам назначили качественный ПЦР-анализ, имеет смысл сдавать его или в государственной лаборатории если обследование положено по ОМС , или в частной, где окажутся подходящие цены. Если вам назначили количественный ПЦР-анализ, врач напишет в направлении не только название исследования, но и предпочтительный метод, которым нужно провести ПЦР-анализ.
В наши дни он используется и в иных сферах, например в криминалистике — в тех случаях, когда требуется определить, кому принадлежит найденный на месте преступления биоматериал[6].
ПЦР иногда используется также при установлении отцовства[7]. Преимущества и недостатки подхода Какие плюсы у диагностики методом ПЦР? Высокая чувствительность. Метод позволяет выявить возбудителя болезни даже при наличии нескольких молекул его ДНК, то есть на очень ранних стадиях, при хронической форме заболевания, а также в случаях, когда болезнь никак себя не проявляет, протекает латентно. Для проведения ПЦР-анализа подходит почти любой биоматериал — от крови и слюны до клеток кожи. Широкий охват. Исследование одного образца может выявить сразу нескольких возбудителей болезни.
Результат, как правило, готов через пять—семь часов, то есть получить заключение можно уже на следующий день после забора биоматериала. Метод ПЦР практически не дает ложноположительных или ложноотрицательных результатов, если была соблюдена технология проведения этого анализа[8]. Однако следует понимать, что совершенных методов анализа не бывает.
Развитие биотехнологических методов, наряду с разработкой высокоточного лабораторного оборудования позволяют внедрять в лечебно-диагностический процесс ПЦР диагностику. Мулисом в 1983 году. 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.
В Роспотребнадзоре объяснили, чем отличается экспресс-тест на COVID-19 от ПЦР
Диагностика методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) показывает наличие половых инфекций с очень большой точностью. Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR) — это точный метод лабораторной диагностики, который используют для выявления возбудителей инфекционных заболеваний. ПЦР называют прямым методом, поскольку он выявляет возбудителя, а не иммунную реакцию организма, и является подтверждающим методом в диагностике инфекционных заболеваний. ПЦР, по сравнению с любым другим методом анализа, чрезвычайно чувствительная, более быстрая, менее дорогая и нетребовательная к образцам пациентов методика. Один метод ПЦР породил множество тестов, отвечающих разным тематикам исследований во многих отраслях человеческой деятельности.