С появлением секвенирования нового поколения метод ПЦР утрачивает клиническую важность при необходимости исследования широкой панели генов.
Анализ ПЦР: суть метода и его преимущества
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – современный метод исследования, основанный на увеличении малых концентраций фрагментов нуклеиновой кислоты в пробе. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. метод применяется в медицине, биологии, ветеринарии, криминалистике, санитарной службе и других отраслях деятельности человека. Многочисленные исследования по изучению применения метода ПЦР для выявления Сhlamydia trachomatis. Согласно внесенным изменениям в санитарные правила, при контакте с зараженным коронавирусной инфекцией тест на COVID-19 методом ПЦР следует делать только при появлении симптомов.
ПЦР: что это такое? Диагностика инфекционных заболеваний методом полимеразной цепной реакции
В России начали внедрять в клиническую практику ПЦР-анализы на коронавирусную инфекцию по любым доступным пробам биологических жидкостей. Специфическое обследование на SARS-CoV-2 делают двумя способами: методом ПЦР и посредством экспресс-тестирования. Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) обладает высокой специфичностью при выявлении РНК SARS-CoV-2.
ПЦР анализ: что это такое? На какие 12 инфекций сдается?
читайте в медицинском журнале клиники Адмиралтейские Верфи. Материалом, который используется для лабораторного исследования методом ПЦР, являются различные биологические жидкости организма человека. 40. Исследование биоценоза урогенитального тракта у женщин методом ПЦР с детекцией результатов в режиме реального времени: Методиче-ское пособие для лаборантов / Сост.
Чем отличается диагностика ПЦР от ИФА
Подготовка к ПЦР-анализу кала Кал следует сдавать до приёма антибиотиков или не ранее, чем через 12 часов после приёма препарата. За 72 часа до исследования откажитесь от использования ректальных свечей и масел, слабительных средств и клизм, а также прекратите приём препаратов, оказывающих влияние на работу кишечника и окраску кала. Соберите образец кала после естественного опорожнения кишечника без применения клизм или слабительных средств. Позаботьтесь о том, чтобы в биоматериал не попали посторонние примеси: вода, моча, выделения половых органов, дезинфицирующие средства и химические вещества, содержащиеся в подгузниках: перед дефекацией вымойте и высушите промежность; соберите кал с чистой и не впитывающей влагу поверхности: это может быть чистый пакет из полиэтилена, клеёнка, чистое судно или горшок.
Собирать кал из унитаза, пелёнок или подгузников — нельзя! Поместите 1—2 чайные ложки биоматериала в герметичный контейнер. Если нужно выполнить несколько анализов, подготовьте для каждого исследования отдельную порцию биоматериала в отдельном контейнере.
Доставьте контейнер в лабораторное отделение в течение 2 часов после сбора. Чтобы сохранить температуру контейнера, можно поместить его в термос с кубиком льда или в пакет с хладоэлементами. Если отслеживаете показатели в динамике, сдавайте каждый анализ при одинаковых условиях: в том же лабораторном отделении, тем же методом.
Исследования для оценки эффективности лечения, как правило, проводят через 2—4 недели после приёма антибактериальных препаратов. Подготовка к ПЦР-анализу слюны За 24 часа до исследования по предварительному согласованию с лечащим врачом следует отказаться от терапии полости рта какими-либо лекарственными препаратами. За 3 часа до исследования рекомендуется отказаться от курения, употребления пищи и гигиены полости рта полоскание, чистка зубов, применение освежителей для рта, употребление леденцов, жевательной резинки.
Справа - Установка для проведения электрофореза в геле. Первый, наиболее часто используемый в последнее время - добавление в гель веществ флуоресцирующих, в присутствии ДНК традиционно использовался довольно токсичный бромистый этидий; в последнее время в обиход входят более безопасные вещества. Бромистый этидий светится оранжевым светом при облучении ультрафиолетом, причем при связывании с ДНК интенсивность свечения возрастает на несколько порядков. Другой метод заключается в использовании радиоактивных изотопов, которые необходимо предварительно включить в состав анализируемой ДНК. В этом случае на гель сверху кладут фотопластинку, которая засвечивается над полосами ДНК за счет радиоактивного излучения этот метод визуализации называют авторадиографией Выявление определенной последовательности ДНК в смеси. Саузерн блоттинг Рис.
Саузерн-блоттинг от англ. Southern blot — метод, применяемый в молекулярной биологии для выявления определённой последовательности ДНК в образце. Метод Саузерн-блоттинга сочетает электрофорез в агарозном геле для фракционирования ДНК с методами переноса разделённой по длине ДНК на мембранный фильтр для гибридизации. С помощью электрофореза можно узнать размер молекул ДНК в растворе, однако он ничего не скажет о последовательности нуклеотидов в них. С помощью гибридизации ДНК можно понять, какая из полос содержит фрагмент со строго определенной последовательностью. Сначала необходимо синтезировать ДНК-зонд, комплементарный той последовательности, которую мы ищем.
Он обычно представляет собой одноцепочечную молекулу ДНК длиной 10—1000 нуклеотидов. Из-за комплементарности зонд свяжется с необходимой последовательностью, а за счет флуоресцентной метки или радиоизотопов, встроенных в зонд, результаты можно увидеть. Для этого используют процедуру, называемую Саузерн-блоттинг или перенос по Саузерну, названную по имени ученого, ее изобретшего Edwin Southern. Первоначально смесь фрагментов ДНК разделяют с помощью электрофореза. На гель сверху кладут лист нитроцеллюлозы или нейлона, и разделенные фрагменты ДНК переносятся на него за счет блоттинга: гель лежит на губке в ванночке с раствором щелочи, который просачивается через гель и нитроцеллюлозу за счет капиллярного эффекта от бумажных полотенец, сложенных сверху. Во время просачивания щелочь вызывает денатурацию ДНК, и на поверхность пластины нитроцеллюлозы переносятся и закрепляются там уже одноцепочечные фрагменты.
Лист нитроцеллюлозы аккуратно снимают с геля и обрабатывают радиоактивно меченной ДНК-пробой, специфичной к необходимой последовательности ДНК. Лист нитроцеллюлозы тщательно отмывают, чтобы на нем остались только те молекулы пробы, которые гибридизовались с ДНК на нитроцеллюлозе. После авторадиографии ДНК, с которой гибридизовался зонд, будет видна как полосы на фотопластинке рис. Схема проведения Саузерн-блоттинга Адаптация этой методики для определения специфических последовательностей РНК называется, в противоположность Саузерн-блоттингу, норзерн-блоттингом northern blotting : southern по-английски означает «южный», а northern — «северный». Денатурирующий градиентный гель-электрофорез DGGE Выше мы рассмотрели основные принципы работы гель-электрофореза. Однако все чаще в литературе, посвященной исследованиям по секвенированию ДНК, можно встретить информацию об использовании метода ДГЭ или денатурирующего градиентного гель-электрфореза.
В частности упоминается о т. Обнаружено, что определенные денатурирующие гели способны индуцировать расплавление ДНК на различных стадиях. В результате этого плавления ДНК распространяется по гелю и может быть проанализирована на отдельные компоненты, даже такие небольшие, как 200-700 пар оснований. Уникальность метода DGGE заключается в том, что по мере того, как ДНК подвергается все более экстремальным условиям денатурации, расплавленные нити полностью распадаются на отдельные нити. Процесс денатурации на денатурирующем геле очень резкий большинство фрагментов плавятся в пошаговом процессе. Дискретные части или домены фрагмента внезапно становятся одноцепочечными в очень узком диапазоне денатурирующих условий.
Это позволяет различать различия в последовательностях ДНК или мутации различных генов: различия в последовательности фрагментов одинаковой длины часто приводят к тому, что они частично плавятся в разных положениях градиента и поэтому "останавливаются" в разных положениях геля. На чем основан метод DGGE? Метод денатурирующего градиентного гель-электрофореза основан на зависимости свойств плавления или денатурации небольших двухнитевых молекул ДНК от их нуклеотидной последовательности, а точнее - от соотношения А-Т- и G-C-пар в исследуемых фрагментах. Объясняется это тем, что G-C-связь более прочна по сравнению со связью между нуклеотидами А и Т. Подобные различия в динамике плавления могут быть выявлены путем сравнения подвижности нормальных и мутантных двухнитевых фрагментов ДНК при их электрофорезе в денатурирующих условиях. Градиент денатурации достигается разницей температур, различной концентрацией мочевины или формальдегида в гелях.
При этих условиях одинаковые по величине двухнитевые молекулы ДНК, отличающиеся по нуклеотидной последовательности, денатурируют по-разному. Разработан компьютерный алгоритм, позволяющий предсказывать характер плавления в зависимости от нуклеотидной последовательности. При электрофорезе амплифицированных двухнитевых фрагментов ДНК в геле с линейно возрастающим градиентом концентраций денатурирующих агентов плавление нитей ДНК происходит в строго специфичной для данной последовательности области, эквивалентной температуре плавления, т. После начала плавления продвижение двухнитевого фрагмента ДНК в геле резко замедляется вследствие сложной пространственной конфигурации молекул, причем эта задержка будет длиться до тех пор, пока не наступит полная денатурация ДНК. В результате происходит разделение фрагментов ДНК, различающихся по нуклеотидному составу. Клонирование ДНК Молекулярное клонирование - это совокупность экспериментальных методов в молекулярной биологии, которые используются для сборки рекомбинантных молекул ДНК и направления их репликации в организме хозяина.
Использование слова клонирование относится к тому факту, что метод включает репликацию одной молекулы для получения популяции клеток с идентичными молекулами ДНК. Молекулярное клонирование обычно использует последовательности ДНК от двух различных организмов: вид, который является источником ДНК, подлежащей клонированию, и вид, который будет служить в качестве живого хозяина для репликации рекомбинантной ДНК. Мы уже знаем, каким образом можно разрезать геном на части а их сшивать с произвольными молекулами ДНК , разделять полученные фрагменты по длине и с помощью гибридизации выбрать необходимый. Теперь настало время узнать, как, скомбинировав эти методы, мы можем клонировать участок генома например, определенный ген. В геноме любой ген занимает крайне маленькую длину по сравнению со всей ДНК клетки. Клонирование ДНК буквально означает создание большого числа копий определенного ее фрагмента.
Именно за счет такой амплификации мы получаем возможность выделить участок ДНК и получить его в достаточном для изучения количестве. Каким образом разделить фрагменты ДНК по длине и идентифицировать нужный — было упрощенно рассказано выше. Теперь надо понять, каким образом можно копировать необходимый нам фрагмент. Клонирование определяется как процесс выделения заданной последовательности ДНК и получения многих её копий с использованием организмов здесь репликация. Основной подход предполагает использование бысто делящихся организмов чаще всего бактериальных клеток, обычно E. В нашем разделе о клонировании ДНК рассмотрим клонирование с использованием клеток бактерий E.
Процесс самой ПЦР полимеразной цепной реакции , как метод амплификаци нуклеиновых кислот in vitro рассмотрим отдельно Прим. Плазмида кодирует гены, регулирующие репликацию и контролирующие копийность 1—2 молекулы на клетку. Искусственные бактериальные хромосомы часто используются для секвенирования геномов организмов в различных проектах, например в проекте Геном человека. Короткий фрагмент ДНК исследуемого организма вставляется в хромосому, а затем амплифицируется и секвенируется. После этого прочитанные последовательности выравниваются in silico в результате чего получается полная последовательность генома организма. Сейчас такой подход был вытеснен более быстрыми и менее трудоёмкими методами секвенирования, например методом дробовика или методами секвенирования нового поколения.
На рисунке - этапы BAC-клонирования фрагмента ДНК с использованием вектора плазмиды , содержащего ген lac Z изображены этапы до выделения плазмид с клонированным фрагментом рис. Этапы клонирования фрагмента ДНК с ипользованием кишечной палочки и вектора, содержащего ген lac Z все этапы см. Если вектор, содержащий такой ген, ввести в клетку E. Исходные мутантные клетки, не содержащие b-галактозидазу, не способны к этому превращению. Следовательно, на среде с X-Gal исходные нерекомбинантные клетки будут давать белые колонии, а рекомбинантные клетки - голубые. Процесс клонирования ДНК включает следующие этапы: Получение целевых фрагментов ДНК в том числе генов или их частей с помощью ферментов рестрикции ; Выбор вектора Вектор - молекула ДНК или РНК, способная переносить включенные в нее чужеродные гены в клетку, где эти молекулы реплицируются автономно или после интеграции с геномом хромосомой.
Вставка фрагмента ДНК в вектор; Введение вектора в популяцию восприимчивых клеток хозяина и трансформация с помощью вектора организма хозяина то есть поглощение бактериальной клеткой молекулы ДНК из внешней среды ; Отбор успешно трансформированной клетки обычно отбор проводят по генетическим маркерам, которыми помечен вектор. Главным образом маркерами служат гены устойчивости к антибиотикам. Поэтому отбор проводят высевом клеток на среды, содержащие конкретный антибиотик. После высева на этих средах вырастают только клетки, в составе которых находится вектор с генами антибиотиковой устойчивости ; Размножение отобранной клетки Выделение векторных молекул из клетки Выделение целевого фрагмента ДНК. Изображение этапов клонирования Рис. Схема клонирования участка ДНК гена в бактериях Поскольку при каждом клеточном делении бактерии как и другие клетки удваивают свою ДНК, это можно использовать для умножения количества необходимой нам ДНК.
Для того, чтобы внедрить наш фрагмент ДНК в бактерию, необходимо «вшить» его в специальный вектор, в качестве которого обычно используют бактериальную плазмиду небольшую относительно бактериальной хромосомы - кольцевую молекулу ДНК, реплицирующуюся отдельно от хромосомы. У бактерий «дикого типа» часто встречаются подобные структуры: они часто переносятся « горизонтально » между разными штаммами или даже видами бактерий. Чаще всего в них содержатся гены устойчивости к антибиотикам именно из-за этого свойства их и открыли или бактериофагам, а также гены, позволяющие клетке использовать более разнообразный субстрат. Иногда же они «эгоистичны» и не несут никаких функций Именно такие плазмиды обычно и используют в молекулярно-генетических исследованиях. В плазмидах обязательно содержится точка начала репликации последовательность, с которой начинается репликация молекулы , целевая последовательность рестриктазы и ген, позволяющий отобрать те клетки, которые обладают этой плазмидой обычно, это гены устойчивости к какому-нибудь антибиотику. Плазмидная карта может быть прочитана путем понимания ее особенностей, таких как название и размер плазмиды, тип элементов в плазмиде и их относительное положение, а также ориентация промотора.
В плазмиду с помощью рестриктаз и лигаз встраивают необходимый фрагмент ДНК, после чего добавляют ее в культуру бактерий при специальных условиях, обеспечивающих трансформацию — процесс активного захвата бактерией ДНК из внешней среды риc. После этого проводят отбор бактерий, трансформация которых прошла успешно, добавляя соответствующий гену в плазмиде антибиотик: в живых остаются только клетки, несущие ген устойчивости а, следовательно, и плазмиду. Далее, после роста культуры клеток, из нее выделяют плазмиды, а из них с помощью рестриктаз выделяют «наш» фрагмент ДНК или используют плазмиду целиком. Если же ген вставили в плазмиду для того, чтобы получить его белковый продукт, необходимо обеспечить культуре условия для роста, а потом просто выделить требуемый белок. На этом месте сразу же должен возникать вопрос: как же все это возможно было использовать до того, как были расшифрованы геномы, да и чтение последовательности ДНК было еще дорогим и малораспространенным? Положим, с помощью рестрикции и клонирования полученных фрагментов мы получим библиотеку ДНК, то есть набор бактерий, несущих различные плазмиды, содержащие суммарно весь геном или заметную его часть.
Но каким образом мы сможем понять, в каком из фрагментов содержится необходимый ген? Для этого использовали метод гибридизации. Сначала необходимо было выделить белок нужного гена. После чего отсеквенировать его фрагмент, обратить генетический код и получить последовательность нуклеотидов. В соответствии с ней химически синтезировали короткую молекулу ДНК которую, и использовали в качестве зонда для гибридизации. Стратегии ПЦР-клонирования Рис.
Клонирование продуктов ПЦР. Клонирование ПЦР-продуктов ампликонов Традиционное клонирование основано на методах рекомбинантных ДНК, которые начинаются с подготовки вектора для получения ДНК-вставки путем расщепления каждого из них ферментами рестрикции. Затем расщепленные фрагменты сращиваются вместе ферментом, называемым лигаза, в процессе, известном как лигирование, с образованием нового вектора, способного экспрессировать интересующий ген. ПЦР-клонирование - это метод, при котором двухцепочечные фрагменты ДНК, амплифицированные с помощью полимеразной цепной реакции ПЦР , лигируются непосредственно в вектор. ПЦР-клонирование предлагает некоторые преимущества по сравнению с традиционным клонированием, которое основано на расщеплении двухцепочечных вставок ДНК с помощью ферментов рестрикции рестриктазами для создания совместимых концов, очистки и выделения достаточных количеств и лигирования в аналогично обработанный вектор. ПЦР-клонирование - это метод клонирования, который значительно сокращает время и усилия, затрачиваемые на реакцию клонирования.
Процедура клонирования ПЦР состоит из четырех следующих этапов: 1 Получение фрагмента гена с помощью ПЦР, 2 расщепление геномной ДНК , 3 лигирование в плазмидный вектор и 4 трансформация в бактерии, а затем бактерии будут реплицировать плазмиду. При ПЦР-амплификации этот метод клонирования требует гораздо меньше исходных шаблонных материалов, которые включают кДНК, геномную ДНК или другую плазмиду, несущую вставку. Кроме того, клонирование ПЦР обеспечивает более простой рабочий процесс, обходя требование о наличии подходящих сайтов рестрикции и их совместимости между вектором и вставкой. Тем не менее, существует ряд соображений, касающихся: праймеров для ПЦР и условий амплификации, выбора метода клонирования и используемых векторов клонирования и, наконец, подтверждения успешного клонирования и трансформации.
ДНК была провозглашена "главной молекулой жизни", "нитью жизни", началом начал и основой всего живого. Белки, ранее рассматриваемые как основной компонент живых систем, теперь "увольнялись" со всех руководящих позиций и "назначались" на второстепенные роли катализаторов, обслуживающих существование ДНК. Роль другого типа нуклеиновых кислот - РНК - сводилась к функции посредников, производимых на матрицах ДНК и направляющих синтез белков. Появление ПЦР было обусловлено определенными достижениями молекулярной генетики. В 1953 г. Эта их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией. Еще одной предпосылкой к появлению нового метода явилась расшифровка нуклеотидной последовательности геномов ряда микроорганизмов. ПЦР стала действительно недорогой и технологичной методикой в результате использования ДНК-полимеразы, выделенной из термофильной бактерии Thermus aquaticus, обитающей в трубопроводах горячей воды.
Полимеразная цепная реакция ПЦР позволяет всего в течение нескольких часов обнаружить возбудителя инфекции, причем выявить можно даже 1-2 молекулы среди огромного количества. 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.
ПЦР-диагностика
Специальных навыков для проведения экспресс-тестирования также не требуется. По этой причине экспресс-тесты часто используются в учебных заведениях, на рабочих местах, в пунктах экспресс-тестирования в общественных местах, а также непосредственно на приёме врача. Если в результате исследования антигены коронавируса не обнаружены, это означает, что на момент проведения теста пациент не инфицирован. Однако чувствительность экспресс-теста несколько ниже, чем у метода ПЦР.
Так же, как и в случае с ПЦР-тестом, отрицательные результаты у людей с симптомами COVID-19 возможны при низкой вирусной нагрузке, поздних стадиях заболевания и неправильном взятии биоматериала.
Молекулы полимеров характеризуются первичной структурой, под которой понимается просто состав молекулы в случае ДНК — это последовательность букв A, C, G и T, которые и составляют геном , вторичной структурой, то есть тем, какие именно химические связи устанавливаются между этими компонентами и какие в результате получаются базовые пространственные структуры в данном случае — двойная спираль , и третичной структурой, то есть тем, как вторичная структура «уложена» в пространстве. Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из четырёх разных нуклеотидов. Нуклеотиды обозначаются по содержащимся в них азотистым основаниям: аденину A , цитозину C , гуанину G и тимину T есть ещё урацил, который в РНК заменяет тимин , и в дальнейшем мы всегда будем пользоваться этими буквами. В двойной спирали эти аминокислоты связаны друг с другом водородными связями, и связь устанавливается по принципу комплементарности: если в одной нити ДНК стоит A, то в комплементарной нити будет T; а если в одной нити C, то в другой будет G. Именно это позволяет относительно просто проводить репликацию копирование ДНК, например, при делении клетки: для этого достаточно просто разорвать водородные связи, разделив двойную спираль на нити, после чего парная нить для каждого «потомка» автоматически соберётся правильно. Важно понять, что ДНК — это две копии одного и того же «текста» из четырёх «букв»; «буквы» в копиях не идентичны, но однозначно соответствуют друг другу. При таком идеальном методе секвенирования чтения ДНК никаких хитрых алгоритмов не понадобилось бы.
К сожалению, на данном этапе такое невозможно, и приходится довольствоваться результатами того секвенирования, которое есть. Каждая кДНК из такой библиотеки представляет собой фрагмент ДНК разного размера, фланкированный по обоим краям специальными адаптерами. Наличие адаптеров необходимо для последующей амплификации образцов и секвенирования. Методы создания библиотек кДНК варьируются в зависимости от конечной цели исследования и типа изучаемой РНК РНК может различаться в размере, последовательности, структурных особенностях а также в концентрации. Перед созданием бибилиотеки кДНК, подходящей для конкретного эксперимента, необходимо ответить на следующие вопросы: 1 какие именно молекулы РНК представляют интерес; 2 как получить кДНК желаемого размера; 3 каким способом лучше присоединенить адаптерные последовательности к краям кДНК для амплификации и секвенирования. Непосредственно перед проведением ПЦР можно ввести молекулярные маркеры. Эта процедура особенно актуальна, если РНК в образце изначально немного, как, например, в случае секвенирования РНК одной клетки. Метод секвенирования РНК становится основным методом определения того, какие гены и на каком уровне экспрессируются в клетке.
С помощью РНК секвенирования можно определять различия в экспрессии генов на различных стадиях развития организма или в разных тканях. В настоящее время нет ни одного метода секвенирования, который бы работал для молекулы ДНК целиком; все они устроены так: сначала готовится большое число небольших участков ДНК клонируется молекула ДНК многократно и «разрезается» её в случайных местах , а потом читается каждый участок по отдельности. Клонирование происходит либо просто выращиванием клеток в чашке Петри, либо в случаях, когда это было бы слишком медленно или по каким-то причинам не получилось бы при помощи так называемой полимеразной цепной реакции. В кратком и неточном изложении работает она примерно так: сначала ДНК денатурируют, то есть разрушают водородные связи, получая отдельные нити. На следующем этапе полимераза копирует ДНК, после чего процесс можно повторять: после новой денатурации отдельных нитей будет уже вдвое больше, на третьем цикле — вчетверо, и так далее. Все эти эффекты достигаются в основном с помощью изменений температуры смеси из ДНК, праймеров и полимеразы; для наших целей важно, что это достаточно точный процесс, и ошибки в нём редки, а на выходе получается большое число копий участков одной и той же ДНК. Разные методы секвенирования отличаются друг от друга не методами клонирования, а тем, как потом прочесть получившийся «суп» из многочисленных копий одной и той же ДНК... Примечание редактора Если имеется желание ознакомиться с темой секвенирования более детально, а не в обзорном порядке, то в данном разделе предусмотрен т.
Выделение ДНК и РНК Выделение нуклеиновых кислот Практически все научные исследования в области молекулярной биологии на той или иной стадии включают этап выделения нуклеиновых кислот. Выделенные нуклеиновые кислоты затем используют в ПЦР, секвенировании и для множества других задач, причем технологии выделения различаются не только по принципу своего действия, но и в зависимости от типа биоматериала и последующего применения экстракта. Впервые нуклеиновые кислоты пытались выделить в середине XIX века, когда ещё практически ничего не было известно об этих молекулах. Однако с момента открытия структуры и свойств ДНК технологии её выделения непрерывно модифицируются и совершенствуются. В данной статье рассматриваются самые распространенные, а также прогрессивные методики, используемые для экстракции нуклеиновых кислот. Итак, выделение ДНК и РНК - важный шаг подготовки проб для выполнения различных задач в микробиологии, биотехнологии, биохимии, медицинской диагностике и т. Амплификация, проведение обратной транскрипции, детектирование накопления продуктов амплификации методом ПЦР в реальном времени, клонирование, секвенс, гибридизация, синтез ДНК и т. На сегодняшний день имеется множество специализированных методик, которые могут использоваться для выделения нуклеиновых кислот с высокой степенью очистки.
Наиболее известные из них относятся к методикам осаждения НК на суспензионный носитель и выделения НК на колонках. Однако набирают популярность и другие методы, о которых будет сказано позднее. Видео: Выделение ДНК. Просо о сложном. В зависимости от того, из какого организма выделяют НК используют различные методы разрушения клеток: Для разрушения клеток бактерий используют химические вещества, разрушающие клеточную стенку бактерий — ЭДТА, лизоцим, ультразвук, гомогенизация и др. Для лизиса клеток и денатурации белков часто используется детергент додецилсульфат натрия или гуанидинизотиоцианат. Разрушение клеток животных и человека не вызывает сложностей: используют гомогенизацию, обработку SDS додецилсульфатом натрия , либо клетки обрабатывают протеиназами. Для разрушения клеточных стенок растений — ферменты, разрушающие целлюлозу, замораживание в жидком азоте и последующее механическое разрушение клеток и др.
Отделение нуклеиновых кислот от белков Депротеинизацию клеточного лизата часто осуществляют с помощью фенола и хлороформа белки переходят в фазу растворителя. Молекулярщики часто подразумевают смесь водонасыщенного фенола с хлороформом 1:1, а не кристаллическое вещество. В смеси с хлороформом фенол работает эффективнее, а изоамиловый спирт гасит пенообразование. Часто белки разрушают протеиназами, например, протеиназой К; центрифугированием для удаления денатурированных белков и фрагментов клеточных органелл. Ряд современных методов предусматривает осаждение ДНК на гранулах силикагеля, центрифугирование и последующую элюцию ДНК с гранул в раствор. Некоторые коммерческие наборы предусматривают сорбцию ДНК на мембранах или ионообменных сорбентах. Когда нуклеиновые кислоты остаются в водном растворе: ДНК осаждают из раствора этанолом и после центрифугирования растворяют осадок в буферном растворе. Концентрацию полученной нуклеиновой кислоты, а также наличие примесей белки обычно определяют спектрофотометрически по поглощению на А260 нм.
Максимум поглощения белка приходится на 280 нм. Для оценки чистоты препарата ДНК, свободного от РНК, проводят измерения оптической плотности раствора при длинах волн 260, 280 и 235 нм, то есть на максимумах поглощения растворов ДНК, белков и полисахаридов, соответственно. Пять популярных методик выделения нуклеиновых кислот Выделение фенол-хлороформом Рис. Схема протокола выделения фенол-хлороформным методом. Первое упоминание об использовании этого метода встречается в статье 1967 года, и с тех пор эта технология является одним из самых распространённых способов выделения нуклеиновых кислот. Суть методики заключается в смешивании клеточного лизата с фенолом, хлороформом и изоамиловым спиртом в пропорции 25:24:1 и последующем перемешивании и центрифугировании смеси. После проведения этих манипуляций получается раствор с двумя фазами: водной и органической, причем все липиды и жиры находятся в органической нижней фазе, белки — на границе фаз, а нуклеиновые кислоты — в водной верхней фазе Рис. Для повышения чистоты экстракта эти действия повторяют несколько раз.
Данный метод используется повсеместно, поскольку он не требует дополнительного сложного оборудования и имеет невысокую стоимость. Однако нуклеиновые кислоты, полученные таким образом, обладают невысоким качеством и зачастую требуют дополнительной очистки. Также эта технология имеет существенно меньший выход нуклеиновых кислот в сравнении с другими методиками. Помимо качества экстракта, этот метод обладает ещё несколькими недостатками: он требует сложных манипуляций, которые могут привести к контаминации и потере образца, а сам процесс трудно автоматизировать. Также весь протокол занимает достаточно много времени. Выделение на спин-колонках Рис. Схема протокола выделения на спин-колонках. Технология выделения на спин-колонках — это усовершенствованный метод экстракции на частичках силики, предложенный американскими учёными в 1979 году.
Они продемонстрировали, что в щелочных условиях и при повышенных концентрациях соли ДНК связывается с силикатами, и это позволяет отделить все остальные компоненты клетки от частиц силики со связанной ДНК. Спин-колонки сконструированы таким образом, что при нанесении клеточного лизата на колонку и последующем центрифугировании ДНК остаётся на колонке, а всё лишнее проходит сквозь неё Рис. Затем ДНК промывают несколько раз и элюируют в пробирку для сбора образца. Преимущества такого метода заключаются в повышенной чистоте и хорошем качестве выделенных нуклеиновых кислот, высокой воспроизводимости и простоте по сравнению с выделением фенол-хлороформом. Однако также большое количество манипуляций может привести к контаминации, а выделение коротких фрагментов ДНК на спин-колонках может быть затруднено. Экстракция на спин-колонках может занять от 20 минут в зависимости от биоматериала и сложности его лизиса. Стоимость одного выделения здесь значительно выше, чем у предыдущего метода, поскольку на каждую реакцию необходима своя колонка, несколько пробирок для сбора фильтрата и элюата и, конечно, реагенты. Выделение на магнитных частицах Рис.
Схема протокола выделения на магнитных частицах. Спустя 20 лет после появления метода выделения на спин-колонках начинает набирать популярность более быстрый способ выделения на магнитных частицах 3. Технология этого способа выделения основана на связывании нуклеиновой кислоты с веществом, покрывающим магнитные частицы целлюлоза, сефадекс, сефакрил, dT-олигонуклеотиды, специфичные олигонуклеотиды и др. К клеточному лизату добавляют такие магнитные частицы и перемешивают для связывания ДНК с ними. После этого пробирку ставят в магнитный штатив или подносят к магниту, фиксируя таким образом твердую фазу. После отбора супернатанта нуклеиновые кислоты на частицах промывают и элюируют Рис. Этот метод имеет те же преимущества, что и выделение на спин-колонках, но для экстракции на магнитных частицах не требуется сложное лабораторное оборудование например, центрифуга. Более того, процесс выделения на магнитных частицах легко автоматизировать, и многие автоматические станции выделения основаны именно на этой методике.
Однако здесь также присутствует риск контаминации и потерь образца. Данный протокол выделения займет немного меньше времени благодаря отсутствию этапов центрифугирования, но количество манипуляций будет примерно таким же. Также стоимость одной реакции обычно выше, чем при выделении на колонках, а панели наборов предоставляют Qiagen, Analytik Jena, ThermoFisher и другие. Умное выделение Smart Extraction Рис. Схема протокола умного выделения. Протокол основан на принципе работы наборов для выделения компании Analytik Jena. Методики выделения нуклеиновых кислот не перестают совершенствоваться: в 2005 году специалисты из компании Analytik Jena доказали, что для связывания нуклеиновых кислот с неорганической твёрдой фазой можно использовать не только хаотропные соли, но и смесь из хаотропных и нехаотропных солей с низкой ионной силой, эту технологию они назвали Dual Chemistry. Позднее они усовершенствовали технологию Dual Chemistry при помощи немагнитных частиц с «умной» поверхностью.
Для выделения используются специальные наконечники с этими частицами, которые надеваются на дозатор. При заборе клеточного лизата в наконечник нуклеиновая кислота из раствора связывается с частицами, затем следуют этапы промывки и элюции, в результате чего получается очищенная нуклеиновая кислота высокого качества Рис. Эта технология значительно ускоряет процесс выделения, а благодаря особенностям «умной» поверхности выход и качество нуклеиновых кислот значительно превосходит все предыдущие методы. Данный способ экстракции очень легко автоматизировать, ведь носики со связывающими частицами подходят как для обычных лабораторных дозаторов, так и для различных автоматических станций выделения нуклеиновых кислот. Ферментативное температурно-зависимое выделение Рис. Схема протокола ферментативного температурно-зависимого выделения. Протокол основан на принципе работы наборов для выделения компании MicroGEM. Все вышеперечисленные методики имеют общую лимитирующую стадию — этап лизиса.
Во всех технологиях используется SDS и протеиназа K для разрушения клеточных стенок и высвобождения нуклеиновых кислот. SDS является ингибитором ПЦР, именно поэтому необходимы множественные стадии промывки, которые повышают риск контаминации и приводят к потерям образца. Также более сложные для лизиса образцы могут требовать дополнительную долгую и трудозатратную пробоподготовку. Специалисты из новозеландской компании MicroGEM ликвидировали проблемы, связанные с длительным и сложным лизисом и использованием вредных химикатов, благодаря применению очень эффективной термофильной протеиназы EA1 вместе с мезофильными гидролазами. Процесс ферментативного температурно-зависимого выделения начинается со смешивания буфера и ферментов с образцом.
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. По ее мнению, новая система поможет контролировать процесс распространения инфекции. Как рассказали в Роспотребнадзоре, методика, разработанная учеными ЦНИИЭ, уже используется с декабря 2021 года для проведения скрининговых исследований поступающих образцов. В настоящее время планируется передать протокол и необходимые реагенты для проведения таких исследований на места в региональные научные организации Роспотребнадзора, сообщили «Известиям» в ведомстве.
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. 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. 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.
ПЦР-исследования
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. Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Преимущества метода ПЦР над иммуноферментным анализом и прочими иммунологическими инструментами выявления инфекции заключается в том, что он реже дает ошибочные результаты. Преимущества метода ПЦР над иммуноферментным анализом и прочими иммунологическими инструментами выявления инфекции заключается в том, что он реже дает ошибочные результаты.
Улучшение качества обследования пациентов с помощью ПЦР-лаборатории
Выделив ДНК возбудителя от больного, можно совершенно четко его идентифицировать. При этом даже не важно, живой возбудитель или уже нежизнеспособный. Метод ПЦР с одинаковым успехом, в отличие от бактериологического посева, может идентифицировать присутствие возбудителя. Чувствительность метода ПЦР настолько высока, что теоретически можно обнаружить бактерию или вирус, даже если они находятся в образце в количестве 1 единицы. Работа лаборатории организована в соответствии с нормативными документами: — Методические указания 1.
Полимеразно-цепная реакция в настоящее время является наиболее совершенным методом клинической лабораторной диагностики. Для ПЦР- обследования применяется несколько специально разработанных методик. Недавно разработанная технология ПЦР, работающая в режиме реального времени, становится часто используемым в современной медицине. Вирусные инфекции можно выявить сразу после заражения, за некоторое время до того, как проявятся симптомы заболевания.
Особенно эффективен метод ПЦР для диагностики скрыто существующих форм микроорганизмов при латентных и хронических инфекциях. Для успешного проведения анализа важно правильно собрать материал у пациента и правильно провести его подготовку. В лабораторной диагностике большинство ошибок совершается на этапе пробоподготовки. Метод ПЦР в режиме реального времени позволяет проводить детекцию продуктов амплификации в процессе реакции и вести мониторинг кинетики накопления ампликонов.
Для детекции используются флуоресцентные красители, обеспечивающие флуоресценцию, прямо пропорциональную количеству ПЦР-продукта. Регистрация флуоресцентного сигнала проводится в процесса амплификации на специальном приборе — амплификаторе. По нарастанию интенсивности флуоресцентного сигнала с помощью программного обеспечения, прилагаемого к амплификатору, вычисляется концентрация исходной матрицы ДНК. Правила получения иподготовки материала для ПЦР-диагностики.
Осуществлять взятие клинического материала, строго следуя инструкции, только стерильными одноразовыми инструментами в стерильные одноразовые флаконы, пробирки, контейнеры. Взятие клинического материала должно производиться в пробирки с транспортной средой, предоставляемой фирмой-производителем наборов реагентов в случаях, где использование транспортной среды является необходимым.
ПЦР в гинекологии и в урологии широко применяется для выявления скрытых и труднодиагностируемых инфекций. Принцип работы За генетическую информацию в живом организме любого размера отвечает ДНК — двухспиральная дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из последовательности четырех нуклеотидов, которые принято обозначать буквами А аденин , Г гуанин , Т тимидин и Ц цитозин. Одно из основных правил генетики — правило комплементарности, то есть нуклеотиды соседних спиралей ДНК соединяются только в определеном порядке: А с Т, Г с Ц, и никак иначе. Рисунок 1. Схема трех стадий полимеразной цепной реакции. Некоторые виды микроорганизмов, например, вирус иммунодефицита человека, хранят генетическую информацию в другой нуклеиновой кислоте — РНК, но и её фрагменты можно находить с помощью ПЦР.
Именно на обнаружении этого небольшого, но уникального для каждого отдельного организма участка и построен принцип ПЦР. Для каждого возбудителя создан свой специфический генетический детектор, эталонный фрагмент ДНК, который по принципу комплементарности точно обнаруживает «свой» фрагмент ДНК и запускает реакцию создания огромного количества его копий. Один цикл ПЦР длится около трёх минут, количество копий растёт в геометрической прогрессии. 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 лаборатории берут кровь из вены и выполняют количественную оценку вырабатываемых иммуноглобулинов. Домашний тест покажет, есть ли антитела в принципе. Сколько их вырабатывается, с его помощью узнать нельзя: для этого требуются познания в биохимии и специальное оборудование для подсчета. В этом случае достаточно капиллярной крови из пальца. Проколоть себе палец может не каждый, поэтому стоит прибегнуть к помощи близких или вызвать медсестру.
Анализ сдают натощак. Поесть можно максимум за 12 часов до забора крови. Диагностику следует отложить при повышении температуры. Что показывает тест на антитела? Наличие иммуноглобулинов означает, что пациент либо болеет сейчас, либо переболел коронавирусом недавно. Если антитела отсутствуют, он либо не заражался никогда, либо микроорганизм попал в тело совсем недавно. Иммунный ответ формируется до двух недель.
Данное исследование не стоит воспринимать как пробу на коронавирус. Если антитела к нему есть, значит, контакт с возбудителем был. Но их отсутствие нельзя однозначно трактовать как избегание вируса. Наличие антител и прививки Положительный результат описанного исследования еще не гарантирует невозможность повторного заражения. Иммунитет формируется ориентировочно на полгода. Поэтому в регионах, где установлены ограничения, QR-коды выдаются не только привитым, но и переболевшим в течение последних шести месяцев. Однако присутствие иммуноглобулинов не отменяет необходимость вакцинации.
Вопреки распространенному мифу, перед прививкой выяснять их количество не нужно. Дополнительная диагностика Перечисленные методы диагностики позволяют установить наличие в организме COVID-19 и иммунный ответ на него. Однако у разных людей заболевание протекает неодинаково: меняется набор симптомов, риски возникновения тех или иных осложнений.
Они подобраны таким образом, чтобы взаимодействовать в пробирке с генетическим материалом коронавируса только при условии полного совпадения последовательностей. Каждая пара праймеров и зонда несет в себе либо мутацию геноварианта «Дельта», либо мутацию «Омикрона». Если система срабатывает, значит, в генетическом материале эта конкретная мутация есть. Основу процесса исследования составляет метод ПЦР в реальном времени, который зарекомендовал себя как очень быстрый и чувствительный способ, подчеркивают в Роспотребнадзоре. Набор включает в себя две мутации, характерные для «Дельты», и четыре — для «Омикрона». Такое большое число мишеней участков, которые нужно определить. Почему новый штамм «Омикрон» особо опасен — Основное преимущество нашей разработки — скорость и возможность использования в любой лаборатории, работающей с ПЦР, — сообщила руководитель научной группы генной инженерии и биотехнологии ЦНИИЭ Анна Черкашина. Альтернатива нашему тесту — процесс секвенирования — занимает от 30 до 60 часов и требует специального оборудования, расходных материалов и специально обученных сотрудников. Недостаток теста ПЦР в том, что он дает информацию только о наличии или отсутствии короткого списка конкретных мутаций.
История открытия современных методов молекулярной диагностики
Во-вторых, внедрение цифровизации ПЦР-диагностики увеличит пропускную способность лаборатории и поспособствует лавинообразному росту количества выполняемых анализов. Отличия ПЦР-диагностики от других методов лабораторного исследования заключаются в следующем. В качестве материала для исследований методом полимеразной цепной реакции выступают кровь, моча, слюна, мокрота, ликвор, биоптаты тканей, соскобы со слизистых оболочек. Узнайте, что такое ПЦР-анализ, виды тестов и показания к проведению диагностики, преимущества и недостатки метода. При самолечении и самостоятельной сдаче анализов для исследования методом ПЦР в сетевой лаборатории высок риск того, что вы будете годами лечиться от несуществующей болезни.
Чем отличается диагностика ПЦР от ИФА
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. Кроме того, К. Мюллис совместно с Ф. Фалуном разработал алгоритм циклических изменений температуры в ходе ПЦР.
Открытие ПЦР стало одним из наиболее выдающихся событий в области молекулярной биологии за последние 20 лет. За разработку ПЦР-анализа К. Мюллис в 1993 г. Результатом открытия ПЦР стало немедленное практическое использование метода. В 1985 г. Начиная с 1986 г. К настоящему времени ПЦР посвящено более 10000 научных публикаций.
Перспективы использования ПЦР представляются более чем впечатляющими.
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.
Метод ПЦР используется в нескольких вариантах. Наиболее часто используемый тип сегодня - это так называемый ПЦР в реальном времени. Генетический материал вируса SARS-CoV-2 обнаруживается в мазке, взятом из дыхательных путей чаще всего из носоглотки или одновременно из горла и слизистой оболочки носа.
А поскольку для их появления в организме, необходимо время, то целесообразнее всего проводить скрининг спустя 3-6 недель после факта возможного инфицирования. Для этого достаточно всего 5 мл крови из вены пациента, забор которой проводят натощак, то есть спустя 7-8 часов после последнего приема пищи. Помимо положительного или отрицательного результата, тест ИФА может дать ложноположительный или ложноотрицательный результат. Ложноположительный — речь может идти об сходных по своей структуре антителах, которые вырабатываются в организме при аутоиммунных заболеваниях, множественных миеломах, алкогольном гепатите и других патологиях.
Ложноотрицательный — скорее всего, тестирование было проведено преждевременно или иммунная система слишком слаба и не вырабатывает антитела к ВИЧ. При сомнительном результате тест проводится повторно. Иммунный блоттинг Иммуноблот — это основной метод диагностики ВИЧ, сочетающий иммуноферментный анализ ИФА с предварительным электрофоретическим переносом на нитроцеллюлозную полоску антигенов вируса. Для их выявления анализ проводят в три этапа: подготовка нитроцеллюлозной полоски; исследование пробы биологического материала пациента; трактовка результата. Таким образом, в ходе проводимого исследования, основные белки ВИЧ распределяются по поверхности в виде отдельных полос, которые проявляются при проведении иммуноферментной реакции и подтверждают наличие или отсутствие антител к антигенам ВИЧ. Полученные в ходе исследования иммунным блоттингом результаты считаются окончательными. С ее помощью можно выявить даже единичные вирусные частицы.
Однако ПРЦ проводят только в исключительных случаях. Несмотря на высокую чувствительность метода ПЦР, он обладает меньшей диагностической чувствительностью к ВИЧ, что объясняется вариабельностью генома вируса. Поэтому для постановки окончательного диагноза данный метод не используется.
В связи с широкой распространенностью данной диагностической методики, у пациентов часто возникает вопрос: ПЦР анализ — что это такое? Цена анализа относительно не высокая, несмотря на то, что процедура позволяет получить достоверный результат. Анализ крови ПЦР — что это такое?
Полимеразная цепная реакция представляет собой исследование, суть которого заключается в проведении амплификации множественное копирование генетического материала инфекционного агента. Оно необходимо для последующей идентификации генома и видовой принадлежности микроорганизмов.
Цепная реакция. Как работают тесты на коронавирус?
Уже через 30 - 40 секунд связи нуклеотидов разрываются и вместо двойной цепи получаются две одиночные. Надо заметить, что если после этого, снова, просто понизить температуру, то разделившиеся половинки достаточно быстро находят друг друга и всё возвращается, практически, к исходному состоянию. Следовательно, нам надо не дать соединиться половинкам интересующей нас ДНК. Как этому помешать? Тогда, место на половинке-основании окажется занято, при попытке присоединения, свойство комплементарности окажется нарушено, и вторая половинка не сможет прицепиться на своё "законное" место. Это "что-то" названное праймером, синтезируется в научной или промышленной лаборатории и представляет собой цепочку синтетических нуклеотидов олигонуклеотидов , расположенных в таком же порядке, как и у того вируса бактерии и так далее , на который делается анализ. Например, если делают анализ на хламидии, то праймер соответствует специфическому участку гена, кодирующего главный белок наружной мембраны МОМР Chlamydia trachomatis. Итак, вторая стадия - присоединение праймеров к ДНК также называется отжигом длится от 20 до 60 секунд. Температура отжига равна 50 - 65 градусам для каждого вида возбудителей, то есть для каждого праймера, она своя. На этом этапе мы уже разделили ДНК на две половинки и не даём им соединиться. Теперь самое время достроить каждую половинку до полноценной ДНК.
Но температура, при которой это должно произойти, очень высока, по меркам молекулярной биологии — более 70 градусов выше температуры отжига. Проблема была решена благодаря открытию уникального фермента taq-ДНК-полимеразы, содержащегося у бактерий, обитающих в гейзерах. Особенность этого фермента заключается в его исключительной термостойкости период полужизни при 95 градусах составляет 40 минут и высокой рабочей температуре — оптимум работы 72градуса. В клетках, фермент ДНК-полимеразы отвечает за копирование и "ремонт" ДНК и способен удлинять короткие нуклеотидные цепочки праймеров, последовательно присоединяя к одному из концов праймера дополнительные нуклеотиды, таким образом, достраивая цепь до конца. Так ДНК копирует саму себя. Третий этап - достраивание цепей ДНК. Комплементарное достраивание цепей ДНК происходит от конца к концу цепи в противоположных направлениях, начиная с участков присоединения праймеров. Материалом для синтеза новых цепей ДНК служат добавляемые в раствор "кирпичики" - все те же производные аденина, гуанина, цитозина и тимина. Процесс синтеза катализируется ферментом термостабильной ДНК-полимеразой Taq-полимеразой и проходит при температуре 70 - 72 градуса. Время протекания синтеза зависит от длины достраиваемого фрагмента и обычно принимается равным одной минуте на каждую тысячу пар оснований.
Теперь мы имеем две двойные цепочки ДНК вместо одной, исходной. Ну а дальше процесс повторяется. Опять температура повышается до 93 - 95 градусов, цепочки разъединяются...
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. Одна из наиболее возможных причин — материал для исследования был взят «не оттуда». Образец должен брать квалифицированный врач, строго следуя инструкции, которую ему дает лаборатория. Когда следует бежать в лабораторию, чтобы проанализировать итоги вашего летнего отпуска? Специалисты советуют делать это в следующих случаях: выделения, зуд, чувство жжения в области половых органов, резко изменившийся запах от половых органов, дискомфорт при мочеиспускании, необычный характер выделений цвет, количество, консистенция , случайный половой контакт без применения презерватива. Чаще всего его используют для диагностики именно заболеваний, передающихся половым путем.
В этих случая обычно материалом для исследования является мазок. Например, мазок на хламидии у женщин берут из влагалища, у мужчин — из уретры. Для анализа биоматериалом могут быть и слюна, и кровь, и моча, и выделения половых органов. В любом случае нельзя ограничиваться только одним методом. Лучше всего комбинировать различные методы исследования — помимо определения самого возбудителя методом ПЦР необходимо оценивать и иммунный ответ организма, который определяется традиционными уже серологическими методами, например, ИФА.
Помимо амплификации ДНК, ПЦР позволяет производить множество других манипуляций с нуклеиновыми кислотами введение мутаций, сращивание фрагментов ДНК и широко используется в биологической и медицинской практике, например, для диагностики заболеваний наследственных, инфекционных. Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка нуклеиновой кислоты ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях in vitro. Метод ПЦР имеет очень высокую информативность и позволяет легко и эффективно определять наличие микобактерии в организме, но, только если проводить анализ мокроты если это туберкулез органов дыхания или мочи при туберкулезе орагнов мочевыделительной системы , а не крови. ПЦР анализ крови на туберкулез нельзя считать информативным, так как ДНК микобактерии туберкулеза в крови бывает только у больных туберкулезным сепсисом, что на практике встречается весьма редко.
Еще одним из важнейших современных методов диагностики заболеваний внутренних органов является ДНК-диагностика методом полимеразной цепной реакции. ПЦР позволяет найти в исследуемом материале небольшой участок генетической информации, заключенный в специфической последовательности нуклеотидов ДНК любого организма среди огромного количества других участков ДНК и многократно размножить его. ПЦР — это циклический процесс, в каждом цикле которого происходит тепловая денатурация двойной цепи ДНК-мишени, последующее присоединение коротких олигонуклеотидов-праймеров и наращивание их с помощью ДНК-полимеразы путем присоединения нуклеотидов. В результате накапливается большое количество копии исходной ДНК-мишени, которые легко подаются детекции. 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.