Материал пцр. Полимеразная цепная реакция

Современные высокотехнологичные методы лабораторного исследования позволяют определить болезни на начальной стадии. Инфекционные заболевания развиваются и эволюционируют, их становится все больше, а выявить их все сложнее. Диагностика методом ПЦР (полимеразная цепная реакция) является одной из самых новейших и высокоточных. За ее разработку ученый Кэри Мюллис был награжден Нобелевской премией.

Полимеразная цепная реакция – метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий найти у людей разные виды инфекционных и наследственных патологий, как в острой и хронической форме, так и задолго до того, как патология начинает себя проявлять. Большинство врачей сталкиваются с этим анализом ежедневно и уже не представляют, как без него возможно поставить правильный диагноз и стадию болезни.

Суть ПЦР-диагностики

При анализе ПЦР используются принципы молекулярной биологии. При его проведении используются специальные ферменты, многократно копирующие фрагменты РНК и ДНК, а также микроорганизмы, возбуждающие заболевания и находящиеся в биологических материалах человека. Копирование происходит в несколько этапов, поэтому образуется цепная реакция. После этого специалисты лаборатории делают сверку полученных данных с общей базой и выявляют возбудителей заболевания, а также их концентрацию. Диагностику проводят в специальном приборе, который производит охлаждение и нагревание пробирки с биоматериалом и называется амплификатор. Соблюдение температурного режима влияет на правдивость результатов анализа.

Фрагменты ДНК микроорганизмов могут содержаться в следующих биологических материалах:

• биологические жидкости;
• кровь и ее производные;
• соскоб эпителиальных клеток или мазок;
• моча;
• мокрота;
• слизь и другие биологические выделения;
• биопаты слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта.

Где применяется диагностика методом ПЦР

Возможности диагностики инфекционных заболеваний с применением полимеразной цепной реакции велики, с ее помощью можно определить самые разнообразные вирусы, вызывающие такие инфекции как:

Это не полный список заболеваний, которые выявляются с помощью анализа ПЦР. Большинство этих патологий на ранней стадии практически незаметны, но последствия от их воздействия на организм крайне негативные и часто опасные для здоровья и жизни человека.

Беременным женщинам назначают анализ ПЦРК, чтобы выявить инфекции, передающиеся половым путем, значительно увеличивающие риск появления рака шейки матки, пагубно влияющие на протекание беременности и здоровье ребенка. Поэтому крайне важна диагностика ЗППП, чтобы не допустить заражение плода патогенными микроорганизмами.

Исходя из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что лабораторная диагностика с применением метода ПЦР помогает врачу установить точный диагноз и назначить эффективную терапию в каждом индивидуальном случае.

Это интересно! Помимо медицины метод ПЦР применяется и в других сферах, например, в криминалистике, когда необходимо выявить кому принадлежит найденный на месте преступления биоматериал, а иногда ПЦР используется для определения отцовства, для проведения опытов с мутацией ДНК и других экспериментов.

Плюсы и минусы метода

Преимуществами диагностики методом ПЦР являются:

• большая чувствительность теста позволяет определить даже единичные агенты возбудителя, что дает возможность выявить патологию на ранней стадии, при хронической и скрытой форме;
• универсальность метода позволяет использовать почти любой биоматериал для исследования от слюны до клеток кожи;
• большой охват – при исследовании одного образца возможно определить наличие нескольких разных возбудителей заболеваний;
• точность – высокий уровень этого метода обследования позволяет не выдавать ложных показателей;
• скорость – результат готов в среднем за пять часов, то есть пациент на другой день после сдачи биоматериала уже может забрать заключение;
• относительно невысокая цена – данный метод диагностики по стоимости не отличается от других лабораторных анализов крови;
• используя этот метод, можно сделать доклиническую и ретроспективную диагностику. Первая выявляет патогенные микроорганизмы еще до проявления заболевания, а вторая проводится после перенесенной патологии, что позволяет не дать патологии развиться и вовремя ее вылечить, а также определить латентную форму заболевания, протекающую без явных симптомов.

Но совершенных методов диагностики не существует, поэтому и у ПЦР есть минусы:

• высокие требования к соблюдению технологического процесса;
• высокие требования к профессионализму лаборантов.

Совет! Проводить подобный анализ лучше только в самых хороших и профессиональных лабораториях, где внедрены строгие системы контроля за качеством работы.

Для достоверности результатов необходимо соблюдать правила по предварительной подготовке к анализу:

• при сдаче слюны нельзя кушать и пить медикаменты за четыре часа до анализа, перед процедурой надо промыть рот кипяченой водой, после этого провести небольшой массаж кожи для того, чтобы выделился секрет из железы;
• мочу как правило собирают дома. Перед этим необходимо помыть половые органы и собрать в специальный контейнер 50 мл первой утренней мочи, нецелесообразно собирать материал при менструации;
• перед сдачей спермы мужчине нужно трое суток не вступать от половую связь, не посещать сауну, не купаться в горячей ванне, не принимать алкогольные напитки и острую еду. Непосредственно перед анализом запрещено мочиться три часа;
• для сдачи урогенитального мазка рекомендовано отсутствие половых связей на протяжении трех суток. За две недели до анализа запрещен прием антибактериальных лекарств. За неделю надо перестать пользоваться интимными гелями, мазями, влагалищными свечами, не делать спринцевание. Три часа до взятия биоматериала необходимо воздерживаться от похода в туалет.
• кровь сдается в утреннее время на голодный желудок.

Материал для диагностики должен собираться в условиях, которые исключают его загрязнение, так как это в значительной мере может повлиять на правдивость результата ПЦР.

Расшифровка анализа

Анализ может показать положительный или отрицательный результат. Отрицательный значит, что в организме предполагаемые инфекции отсутствуют и человек здоров. Положительный говорит, что пациент болен и ему необходимо лечение. Любые показатели должен расшифровывать и озвучивать врач. Не стоит расстраиваться и пугаться плохих результатов, на основании них назначается терапия, главное не затягивать процесс и не заниматься самолечением.

Понравилась наша статья? Поделитесь с друзьями в соц. сетях или оцените эту запись:

(Пока оценок нет)

Я врач терапевт, специалист широкого профиля. В моей компетенции находятся вопросы раннего диагностирования пациентов и лечения многих заболеваний желудочно-кишечного тракта, легких и дыхательных путей, печени, почек, сердечно-сосудистой и мочеполовой систем, кожных заболеваний, нарушений обмена веществ и пр. 15 лет опыта работы врачом терапевтом в поликлиниках Москвы, 5 из которых работал в одной больнице Санкт-Петербурга.. С радостью отвечу на вопросы читателей моего блога.

В современной медицине большее значение уделяется высокоточной лабораторной методике исследования, основанной на Полимеразной Цепной Реакции. Благодаря применению ПЦР – технологий появилась возможность провести анализ на молекулярно-генетическом уровне и выявить у пациента острые и хронические формы наследственных и инфекционных заболеваний задолго до появления клинических симптомов.

Что такое ПЦР – диагностика

Этот метод был разработан американским биохимиком и лауреатом Нобелевской премии Кэрри Мюллисом в 1984 году.

Многие квалифицированные специалисты сталкиваются с ПЦР-исследованием каждый день и не представляют без его результатов точного диагностирования большинства активных форм патологий в тех случаях, когда не срабатывают иммунологические и микробиологические методики. Очень часто бывает так, что разные вирусы могут вызвать одни и те же клинические симптомы, ПЦР-анализ позволит определить возбудитель при самой малой его концентрации в биоматериале и выявить даже единичные клетки вирусов или бацилл.

О ПЦР-диагностики на видео

Основу ПЦР-диагностики представляет проведение в специальных лабораторных условиях многократной амплификации (умножения) определенных участков ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — генетического материала человека.

Весь технологический процесс копирования состоит из несколько этапов:

1. Денатурации – подготовке образца, посредством повышения температуры биоматериала (до 95 °C) происходит расщепление 2-х цепочной ДНК на две отдельные нити.
2. Отжига — исследуемый биоматериал остужают и добавляют к нему азотистые праймеры (реагенты), имеющие способность специфично распознавать последовательности в молекуле ДНК, характерные только для болезнетворного агента, и соединяться с ними.
3. Элонгации – самой полимеразной реакции, происходит достраивание уникального молекулярно-генетического участка, в каждом из соединений с праймером образуется новая, структурно дополняющая дочернюю, цепь ДНК.

Весь цикл повторяется 20 – 30 раз. В конечном итоге образуется то количество комплементарных нитей ДНК, которое достаточно для визуального анализа и сравнения результатов с имеющимися данными о клеточном строении различных возбудителей. Определяют вирус, природу его появления, устанавливают силу его воздействия на организм и количество имеющихся бацилл. Эта информация представляет большую ценность для лечащего врача при назначении эффективных методов терапии и подборе лекарственных препаратов.

Методики ПЦР – диагностики отличаются от других лабораторных методов следующим:

• прямым определением наличия возбудителей;
• высокой чувствительностью, специфичностью и универсальностью процедуры выявления вирусов;
• быстротой выполнения анализа;
• возможностью диагностирования бессимптомных патологий.

Результаты исследования можно фотографировать или вносить в информационные носители для возможности их оценивания независимыми экспертами.

Как правильно подготовиться к сдаче анализа ПЦР?

Для исследования используют различные биоматериалы:

• кровь;
• слизь;
• слюну;
• мочу;
• мокроту;
• соскобы эпителия;
• сок простаты;
• соскобы слизистых оболочек;
• околоплодные воды;
• ткань плаценты;
• спинномозговую, суставную или плевральную жидкости;
• выделения половых органов.

Современное лабораторное оборудование и профессионализм врача-лаборанта гарантирует пациенту, которому проводят ПЦР-анализ получение достоверного результата. Но точность исследования зависит и от правильной подготовки к тесту, и от соблюдения всех рекомендаций по отбору биоматериала.

Правильно подготовиться к анализу не сложно, важно выполнить все существующие правила:

1. За сутки до исследования не вступать в половые контакты.
2. Отменить занятия в спортзале.
3. Не посещать перед обследованием баню или сауну.
4. Ужинать накануне следует не позднее 20 часов, не увлекаться острой и жирной пищей, не принимать спиртное.
5. Венозную кровь нужно сдавать в утренние часы, перед процедурой не есть, не пить и не курить.

Как сдают анализы ПЦР женщины и мужчины – особенности процедуры

Главным общим требованием к отбору биоматериала – получение в образец максимальной концентрации микроорганизмов и отсутствие нежелательных примесей – слизи, крови или гноя.

При обследованиях на инфекции, которые передаются при половых контактах (уреаплазмоз, гарднереллез, хламидиоз, микоплазмоз, трихомониаз) забирают выделения из половых органов:

• у мужчин производится взятие мазка или соскоба из мочевыводящего канала (уретры);
• у женщин – мазка или соскоба из влагалища, цервикального канала.

При взятии материала из урогенитальных путей важно избежать попадания примесей. С этой целью у мужчин соскоб берут не ранее 2-х часов после последнего мочеиспускания, у женщин — с учетом дней цикла месячных. Избыток слизи или гноя удаляется стерильными ватными тампонами, биоматериал отбирают при помощи специальных пластиковых зондов – при этом снижается вероятность попадания крови в образец.

Процедура взятия урогенитального соскоба довольно болезненна для мужчин , именно поэтому для анализа часто используется первая порция мочи после ночной задержки, которая содержит наибольшее количество эпителия. Мочу собирают в стерильный контейнер с плотно прилегающей крышкой и доставляют в лабораторию не позднее, чем спустя два часа после отбора. В лаборатории для последующей работы получают клеточный осадок мочи путем центрифугирования.

Какие инфекции входят в комплекс ПЦР-12?

ПЦР-диагностику активно используют опытные специалисты. Наиболее востребованной считается диагностика вирусов и инфекций.

В настоящее время методики Полимеразной цепной реакции расширяют возможности проведения исследований — введение геннотипирования и сращивания фрагментов ДНК тканей получили широкое распространение в различных областях современной медицины:

• гинекологии;
• урологии;
• пульмонологии;
• гастроэнтерологии;
• гематологии;
• онкологии.

Где можно недорого сдать анализы в УРФО?

Современные методы ПЦР-диагностики постоянно развиваются. Совершенствуется сама методика, происходит появление новых разновидностей ПЦР и новых тест – систем, используемых для цепной реакции. Благодаря этим нововведениям, стоимость этих анализов становится более доступной для пациентов.

Мазок методом ПЦР в диагностике инфекционных заболеваний обладает следующими преимуществами:

• Прямое определение возбудителей инфекционных заболеваний.

Многие традиционные методы лабораторной диагностики подразумевают выявление возбудителей заболевания по различным косвенным признакам. Например, ИФА-диагностика основана на обнаружении в крови пациента белков, являющихся продуктами распада инфекционных возбудителей, на основании чего врач может поставить тот или иной диагноз. Метод ПЦР-анализа дает прямое указание на присутствие в забранном у пациента материале специфического участка ДНК возбудителя болезни.

• Высокая специфичность ПЦР-диагностики.

В процессе проведения анализа в исследуемом материале выделяется фрагмент ДНК, специфичный, т. е. присущий только конкретному возбудителю — только определенной бактерии или вирусу. Данный участок ДНК уникален и не характерен ни для одной инфекции на земле.

• Высокая чувствительность ПЦР.

Обнаружение инфекции возможно даже в том случае, если в забранном у пациента материале содержится лишь одна клетка бактерии или вируса. По сравнению с другими иммунологическими и микробиологическими методами диагностики: чувствительность ПЦР-анализа — 10-100 клеток в пробе, другие методы - 103-105 клеток.

0Array ( => Анализы) Array ( => 2) Array ( =>.html) 2

• Универсальность ПЦР-анализа.

Для ПЦР-исследования может применяться практически любые материалы, в том чиле недоступные для исследования другими методами: слизь, моча, кровь, сыворотка, мокрота, эякулят, соскоб эпителиальных клеток - поскольку инфекция может содержаться в любых биологических выделениях и тканях.

• Высокая скорость получения результата ПЦР-анализа.

Единый для всех метод обработки забранного на анализ у пациента материала, детекции продуктов реакции, автоматизированная ПЦР-амплификация позволяются провести полную ПЦР-диагностику за 4-5 часов. В тоже время, на культуральные методы исследования затрачивается гораздо больше времени — от нескольких дней до нескольких недель, поскольку необходимо выделение, а затем и выращивание возбудителя на культуре клеток.

• Возможность диагностики любого вида инфекции.

Высокая чувствительность метода ПЦР позволяет диагностировать инфекцию не только на острой стадии заболевания, но и хронические инфекции и даже наличие единичных бактерий или вирусов.

Мазок методом ПЦР позволяет выявить инфекции, которые невозможно обнаружить в мазке на флору: хламидиоз, уреаплазмоз, микоплазмоз, генитальный герпес.

Какими бы значительными достоинствами не обладал метод исследования, но и ПЦР-диагностика имеет некоторые ограничения. К недостаткам ПЦР-диагностики можно отнести:

• Возможность получения ложноположительного результата

ПЦР-анализ может показать положительный результат даже в том случае, если инфекция уже мертва, «убита» антибиотиками, но ее мертвые клетки все еще содержатся в тканях пациента. Как такое возможно? Очень просто. Например, инфекция живет в клетках эпителия (на слизистой половых органов или глаз). И ее полечили. Но для «обновления» клеток эпителия требуется время. Если материал будет забран врачом до срока полного обновления клеток, в материале могут содержаться мертвые клетки инфекции. Клетки, очевидно, содержат генетический материал — ДНК или РНК возбудителя, который и «ищет» ПЦР. ПЦР не отличает мертвые клетки от живых: она ищет ДНК, и «клонирует» их в огромных количествах. Результат такого анализа положительный. В действительности же он является ложноположительным.

Неспособность ПЦР «отличить» мертвую инфекцию от живой налагает определенные требования при использовании ПЦР и для контроля эффективности лечения. Основное правило, конечно же, дождаться полного выведения мертвых остатков инфекции из организма, что у среднего человека происходит в течение 4-8 недель. По истечении этого срока после приема последней таблетки антибиотика метод ПЦР можно и нужно использовать для контроля эффективности проведенного лечения.

гастроэнтерологиядиагностический комплекс - 5 360 рублей

ТОЛЬКО В МАРТЕэкономия - 15%

1000 рублейснятие ЭКГ с расшифровкой

- 25%первичный
приём врача
терапевта по выходным

980 руб.первичный прием гирудотерапевта

прием терапевта - 1 130 рублей (вместо 1500 рублей)"Только в марте, по субботам и воскресеньям, приём врача- терапевта со скидкой 25% - 1 130 руб., вместо 1 500руб. (диагностические процедуры оплачиваются по прейскуранту)

На более ранних сроках контроль излеченности можно произвести только с помощью культурального метода, или посева: признаком неизлеченности могут служить только жизнеспособные размножающиеся микроорганизмы.

• Нежелательно использовать ПЦР-анализ для диагностики гарднереллеза, так как гарднереллы — возбудители этого заболевания в небольшом количестве в норме живут во влагалище. ДНК этих бактерий же при использовании ПЦР будет раз за разом находиться. Гарднерелл не должно быть в мазке, и бактериоскопия в данном случае — достаточный метод для диагностики гарднерелллеза и контроля лечения.
• Изменчивость микроорганизмов

Любой микроб обладает способностью изменяться, причем на уровне ДНК. Наиболее яркий пример из этой области — это вирус гриппа. Переболев однажды, на вирус у человека вырабатываются антитела. Чисто теоретически, если мы переболели гриппом хоть один раз, то как и ветряной, второй раз мы болеть не должны. Но болеем мы практически каждый год. В чем причина? Вирус «мутирует», немного «изменяя» свой геном, и наша иммунная система, наши антитела уже «не узнают» старого гостя в новом обличии. Как ни прискорбно, приходится болеть гриппом заново...

При проектировании амплификатора (тестовой ПЦР-системы) используют специфичный для данного микроорганизма фрагмент ДНК, наименее подверженный изменениям. Он «выбирается» из так называемой высоко консервативной области ДНК. Но изменчивость микроорганизмов может приводить к тому, что некоторые генотипы или штаммы исследуемого возбудителя могут приобретать мутации в амплифицируемом (клонируемом) участке генома, и, таким образом, становиться неуловимыми данной тест-системой.

Таким образом, различные тест-системы — одна из причин, почему анализы, сделанные в разных лабораториях и в разных клиниках «одним и тем же» методом ПЦР могут показывать диаметрально противоположные результаты. Чтобы максимально избегать ошибок по вине мутаций, в настоящее время разработаны стандарты, регламентирующие объем испытаний (включая проверку на перекрестные реакции, а также тестирование известных штаммов определяемого возбудителя), которые должна выдержать тест-система, прежде чем она попадет на рынок и будет использована для диагностики вашего здоровья. Вот почему хорошие клиники и лаборатории используют последние поколения тест-систем. И наш медицинский центр «Евромедпрестиж» один из немногих, кто может предложить своим клиентам качественную диагностику.

Полимеразная цепная реакция (сокращённо ПЦР) – современный и сверхточный метод диагностики на генетическом и молекулярном уровне. ПЦР-диагностика дает возможность определить у человека наличие инфекции или наследственной болезни.

Сущность метода состоит в том, что ДНК либо РНК взятого на исследование материала подвергается многократному преумножению (амплификации), что возможно при наличии ферментов. Благодаря этому получают большую массу ДНК либо РНК, по которой делают визуальную оценку. У специалистов имеется база сведений о строении всех болезнетворных возбудителей и в соответствии с ней дается оценка, какой микроорганизм получили.

Исследуемый материал (слюна, кровь, мокрота, др.) помещают внутрь специального прибора (амплификатор) и добавляют определенные ферменты. Они соединяются с исследуемыми ДНК либо РНК и вызывают синтез их копий. Посредством ПЦР возможно определить тип возбудителя, его количество.

Интересно! Метод ПЦР был изобретён в 1983 году американским учёным Кэрри Мюллисом. За это открытие ему была вручена Нобелевская премия по химии.

Пробирки с исследуемым материалом

Плюсы и минусы

Методика ПЦР стала применяться в сфере медицины с недавнего времени и заняла важное место в диагностическом процессе.

Преимущества метода:

1. Прямое определение возбудителя. Некоторые методы, к примеру, иммуноферментный анализ, даёт возможность выявить выделяемые микробами белки. Это косвенное определение присутствия возбудителей. А посредством ПЦР с высокой точностью выявляется кусочек ДНК, принадлежащий определённой инфекции.
2. Специфичность методики. Поскольку ПЦР выявляет ДНК, принадлежащему возбудителю, получить ложное заключение практически невозможно (за исключением неизвестного возбудителя). А при иммунологическом методе может произойти ошибка вследствие перекрёстной реакции между антигенами.
3. Большая чувствительность. Метод определяет присутствие даже очень малого количества бактерий либо вирусов в организме. Достаточно 10 болезнетворных клеток на одну пробу. Для других методов минимальное количество клеток должно быть не менее 105.
4. Универсальность методики. Процесс исследования в отношении разных микроорганизмов схож из-за подобия всех ДНК, РНК. На основании этого в одной пробе возможно выявить несколько возбудителей.
5. Быстрое получение заключения. От момента забора пробы до получения результата проходит не более 4-5 часов. При ПЦР не нужен посев культуры, поэтому метод довольно быстрый.
6. Эффективность диагностирования при скрытых видах инфекций. Метод выявляет те микроорганизмы, которые трудно или вовсе не поддаются культивированию. Такие возбудители встречаются при скрытых формах заболевания.
7. Широкая сфера использования. ПЦР может быть использована не только в целях диагностики болезней человека, но и для определения микроорганизмах в почве, продуктах, воде и пр.

Но можно столкнуться и с недостатками ПЦР-метода:

1. Микробы способны изменяться. Возбудители могут меняться и мутировать. Поэтому они могут не поддаваться определению посредством ПЦР.
2. Возможность умножения ДНК не только живого, но одновременно и мёртвого возбудителя. Чтобы избежать такой ситуации, использовать ПЦР можно только через 1-2 месяца после восстановления от перенесённой ранее болезни.

Разновидности ПЦР

Метод исследования применяется для различных целей, поэтому ПЦР-методика имеет разновидности:

1. С обратной транскрипцией – применяется для многократного удвоения и последующего определения того, РНК какого микроорганизма получилось выделить. Для этого используют библиотеку данных о структурах различных возбудителей.
2. Инвертированная – используется, когда имеется маленький участок внутри конкретной последовательности.
3. Вложенная – применяют для уменьшения количества нежелательных продуктов реакции. Для этих целей проводят два последовательных исследования.
4. Асимметричная – применяют в случае, если нужно умножить в большей степени одну из всех имеющихся цепочек ДНК.
5. Количественная (в реальном времени) – необходима для непосредственного изучения того, как меняется количество получаемого продукта в каждом новом цикле реакции ПЦР.
6. Цифровая – наиболее современная и точная.
7. Групп-специфическая – это такое исследование, которое проводится в целях изучения родственных связей.
8. Ступенчатая – снижает влияние неспецифического взаимодействия праймеров.

Наполнение пробирок образцами крови

Расшифровка результатов

В заключении исследования даётся однозначный ответ о наличии возбудителя, который бывает:

• отрицательным, это означает, что инфекции нет;
• положительным – она есть.

Выявление инфекции может произойти и при отсутствии симптомов болезни у человека. Это начальная стадия заражения. Иногда можно получить ложноположительный ответ (на грани отрицательного и положительного результата). В этом случае анализ необходимо сделать повторно. Особое внимание нужно уделить тому, чтобы материал был собран при полном соблюдении всех требований.

Сроки готовности ПЦР-анализа

На практике результат исследования можно получить через 2 дня. Иногда его могут сделать быстрее – в день сдачи.

Цена на проведение процедуры

Стоимость ПЦР определяется тем, какую инфекцию будут исследовать. Также она зависит от методики проводимого тестирования. Средняя цена анализа находится в пределах от 200 до 850 руб. В стоимость входит и плата за забор материала — около 400 руб.

Ориентировочные цены на исследование ПЦР.

Зачастую медицинские учреждения предлагают провести анализ одновременно на несколько инфекций, чтобы выявить нужную. Такое обследование будет стоить дороже, но оно избавит от необходимости дополнительных исследований, что сэкономит время пациента.

Видео «Полимеразная цепная реакция»

В ролике рассказывается о сущности метода ПЦР и его преимуществах. Снято каналом SiberianMedicalLaboratory.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

Суть метода ПЦР. ДНК-полимераза

Полимеразная цепная реакция - экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов нуклеиновой кислоты в биологическом материале. Такой процесс увеличения числа копий ДНК называется амплификацией . Копирование ДНК при ПЦР осуществляется специальным ферментом - полимеразой. ДНК-полимераза(Рис. 3) - фермент, участвующий в репликации (амплификации ДНК в живых организмах) ДНК. Ферменты этого класса катализируют полимеризацию дезоксирибонуклеотидов вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент "читает" и использует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарности с шаблоном, с которого ведется считывание.

ДНК-полимераза добавляет свободные нуклеотиды к 3"-концу собираемой цепочки. Это приводит к удлинению цепочки в направлении 5"-3". Ни одна из известных ДНК-полимераз не способна создать цепочку "с нуля": они в состоянии лишь добавлять нуклеотиды к уже существующей 3"-гидроксильной группе. По этой причине ДНК-полимераза нуждается в праймере - короткой последовательности нуклеотидов (чаще 20-25), комплементарной концевым участкам изучаемого гена - к которому она могла бы добавить первый нуклеотид. Праймеры состоят всегда из оснований ДНК и РНК, при этом первые два основания всегда РНК-основания. Праймеры синтезируются другим ферментом - праймазой . Еще один фермент - геликаза - необходим для раскручивания двойной спирали ДНК с формированием одноцепочечной структуры, которая обеспечивает репликацию обеих цепочек в соответствии с полуконсервативной моделью репликации ДНК.

Некоторые ДНК-полимеразы обладают также способностью исправлять ошибки во вновь собираемой цепочке ДНК. Если происходит обнаружение неправильной пары нуклеотидов, ДНК-полимераза откатывается на один шаг назад, исключает из неправильный нуклеотид из цепочки, затем вставляет на его место правильный, после чего репликация продолжается в обычном режиме.

Проведение ПЦР

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) - метод амплификации ДНК, с помощью которого в течение нескольких часов можно выделить и размножить определённую последовательность ДНК в миллиарды раз. Возможность получения огромного количества копий одного строго определённого участка генома значительно упрощает исследование имеющегося образца ДНК.

Для проведения полимеразной цепной реакции необходимо соблюдение ряда условий. Для проведения ПЦР в простейшем случае требуются следующие компоненты:

ДНК-матрица, содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать.

Два праймера, комплементарные концам требуемого фрагмента. (Пара искусственно синтезированных олигонуклеотидов, имеющих, как правило, размер от 15 до 30 п. н., идентичные соответствующим участкам ДНК-мишени. Они играют ключевую роль в образовании продуктов реакции амплификации. Правильно подобранные праймеры обеспечивают специфичность и чувствительность тест-системы.)

Термостабильная ДНК-полимераза. Полимераза, используемая в ПЦР, должна сохранять активность при высокой температуре длительное время, поэтому используют ферменты, выделенные из термофилов - Thermus aquaticus (Taq-полимераза) и другие.

Дезоксинуклеотидтрифосфаты (dATP, dGTP, dCTP, dTTP).

Ионы Mg 2+, необходимые для работы полимеразы.

Буферный раствор, обеспечивающий необходимые условия реакции - pH, ионную силу раствора. Содержит соли, сывороточный альбумин.

Чтобы избежать испарения реакционной смеси, в пробирку добавляют высококипящее масло, например, вазелиновое. Если же используется прибор с подогревающейся крышкой, этого делать не требуется.

Добавление пирофосфатазы может увеличить выход ПЦР-реакции. Этот фермент катализирует гидролиз пирофосфата, побочного продукта присоединения нуклеотидтрифосфатов к растущей цепи ДНК, до ортофосфата. Пирофосфат может ингибировать ПЦР-реакцию.

Для многократного увеличения количества копий исходной ДНК нужна цикличность реакции. Как правило, каждый из последовательно повторяющихся циклов ПЦР состоит из трех этапов:

1 . Денатурация, или "плавление" ДНК. Двухцепочечную ДНК-матрицу нагревают до 94 - 96?С (или до 98?С, если используется особенно термостабильная полимераза) на 0,5 - 2 минуты, чтобы цепи ДНК разошлись. Эта стадия называется денатурацией, так как разрушаются водородные связи между двумя цепями ДНК. Иногда перед первым циклом (до добавления полимеразы) проводят предварительный прогрев реакционной смеси в течение 2 - 5 минут для полной денатурации матрицы и праймеров. Такой прием называется горячим стартом , он позволяет снизить количество неспецифичных продуктов реакции.

2. Отжиг - связывание праймеров с матричной ДНК . Когда цепи разошлись, температуру медленно понижают, чтобы парймеры могли связаться с одноцепочечной матрицей. Температура отжига зависит от состава праймеров и обычно выбирается 50-65?С. Время стадии - 20 - 60 секунд. Неправильный выбор температуры отжига приводит либо к плохому связыванию праймеров с матрицей (при завышенной температуре), либо к связыванию в неверном месте и появлению неспецифичных продуктов (при заниженной температуре).

3. Синтез (элонгация цепи). ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, используя праймер в качестве "затравки". Полимераза начинает синтез второй цепи от 3"-конца праймера, который связался с матрицей и движется вдоль матрицы. Температура элонгации зависит от полимеразы. Часто используемые полимеразы Taq и Pfu наиболее активны при 72?С. Время синтеза зависит от типа ДНК-полимеразы и от длины амплифицируемого фрагмента. Обычно время элонгации принимают равным одной минуте на каждую тысячу пар оснований. После окончания всех циклов часто проводят дополнительную стадию финальной элонгации , чтобы достроить все одноцепочечные фрагменты. Эта стадия длится 7 - 10 минут.

В дальнейшем этапы денатурации, отжига и элонгации многократно повторяются (30 и более раз). На каждом цикле количество синтезированных копий фрагмента ДНК удваивается.

Все реакции проводят в пробирках, погруженных в термостат. Смена температурного режима и его поддержание осуществляется автоматически.

Чтобы понять, как именно происходит амплификация определенного сегмента ДНК в ходе ПЦР, нужно четко представить положение всех праймеров и комплементарных им последовательностей в амплифицируемых цепях в каждом раунде. В первом раунде каждая из новосинтезированных цепей имеет гораздо большую длину, чем расстояние от 3" -гидроксильной группы ее праймера до концевого нуклеотида последовательности, комплементарной второму праймеру. Такие цепи называют "длинными матрицами", именно на них будет идти дальнейший синтез.

Во втором раунде двухцепочечную ДНК, состоящую из сходной и новосинтезированной (длинная матрица) цепей, опять подвергают денатурации, а затем отжигают с праймерами. Во время синтеза в этом раунде вновь синтезируются "длинные матрицы", а также некоторое количество цепей с праймером на одном конце и с последовательностью, комплементарной второму праймеру, на другом ("короткие матрицы"). Во время третьего раунда все гетеродуплексы, образовавшиеся ранее, одновременно подвергаются денатурации и отжигу с праймерами, а затем реплицируются. В последующих раундах "коротких матриц" становится все больше, и к 30-му раунду их число уже в 10 6 раз превышает число исходных цепей или "длинных матриц".

Количество специфического продукта реакции (ограниченного праймерами) теоретически возрастает пропорционально 2 n , где n - число циклов реакции. На самом деле эффективность каждого цикла может быть меньше 100%, поэтому в действительности:

где Р - количество продукта, Е - средняя эффективность цикла.

Число "длинных" копий ДНК тоже растет, но линейно, поэтому в продуктах реакции доминирует специфический фрагмент. Рост требуемого продукта в геометрической прогрессии ограничен количеством реагентов, присутствием ингибиторов, образованием побочных продуктов.

ПЦР - высокочувствительный метод, поэтому при наличии в исследуемом образце даже ничтожного количества ДНК, случайно попавшей из одной реакционной смеси в другую, могут быть получены ложноположительные результаты. Это заставляет тщательно контролировать все используемые для ПЦР растворы и посуду.

Основные принципы подбора праймеров.

При создании ПЦР-тест-системы одной из основных задач является правильный подбор праймеров, которые должны отвечать ряду критериев:

1. Праймеры должны быть специфичны. Особое внимание уделяют 3"-концам праймеров, т.к именно с них начинает достраивать комплементарную цепь ДНК Taq-полимераза. Если их специфичность недостаточна, то, вероятно, что в пробирке с реакционной смесью будут происходить нежелательные процессы, а именно, синтез неспецифической ДНК (коротких или длинных фрагментов). Она видна на электрофорезе в виде тяжелых или легких дополнительных полос. Это мешает оценке результатов реакции, т.к легко перепутать специфический продукт амплификации с синтезированной посторонней ДНК. Часть праймеров и дНТФ расходуется на синтез неспецифической ДНК, что приводит к значительной потере чувствительности.

2. Праймеры не должны образовывать димеры и петли, т.е. не должно образовываться устойчивых двойных цепей в результате отжига праймеров самих на себя или друг с другом.