читайте в нашей статье.
Что такое полимеразная цепная реакция и как она работает?
На эти и другие вопросы отвечает Владислав Александрович Чередниченко, врач-инфекционист, заместитель директора по развитию «Клиника Эксперт» Воронеж. Севиля Ибраимова 13 ноября 2019 Перечень анализов, проводимых при помощи ПЦР-диагностики расширяется с каждым днём. ПЦР или, иначе, полимеразная цепная реакция — это современный высокоинформативный метод молекулярно-генетической диагностики, активно применяемый для выявления у человека различных инфекционных и наследственных заболеваний. Официальной датой изобретения этого метода диагностики считают 1983 год, а «родителем» - американского биохимика Кэри Муллиса. Он хотел создать метод, благодаря которому можно было бы амплифицировать ДНК увеличивать число её копий в ходе многократных последовательных удвоений исходной молекулы ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы.
Однако это скорее перестраховка, считает эксперт: «Вирус не «уходит» из верхних дыхательных путей из-за попадания на них жидкости или контакта с твердой пищей, а лишь может частично смываться с поверхности слизистых». Причина 4: контаминация загрязнение биологического образца в лаборатории - На практике это встречается не так часто, в крупных сетях коммерческих или государственных лабораторий обычно тщательно контролируется соблюдение санитарно-гигиенических правил, - отмечает эксперт. В частности, медсестра может не поменять перчатки после предыдущего клиента, нечаянно дотронуться и т. Чтобы избежать подобных рисков, надежнее обращаться в медицинские лаборатории с хорошей репутацией.
Причина 5: степень точности чувствительности и специфичности тест-системы - В разных лабораториях используют различные тест-системы для выявления возбудителя COVID-19, в России их зарегистрировано несколько десятков, - рассказывает Николай Крючков. Специфичность означает, что тест должен хорошо распознавать именно SARS-CoV-2 и отличать его от родственных коронавирусов, вызывающих сезонные простуды иначе есть риск ложноположительного результата. Самостоятельно разобраться в особенностях тест-системы невозможно, поэтому общий совет эксперта - опять же ориентироваться на репутацию медицинской лаборатории. Крупные сетевые коммерческие и гослаборатории, как правило, используют тест-системы с оптимальными свойствами, позволяющими получить наиболее достоверный результат, отмечает специалист. В кабинете до меня могло побывать немало людей с ковидом, на время забора мазков придется снимать маску, насколько велик риск заразиться? Однако и вы, и те, кто был до вас, снимают маску на считанные доли минуты.
Одним из передовых методов ПЦР является метод гибридизации на стрипах, который позволяет провести определение микобактерий и их устойчивость к противотуберкулезным препаратам".
Актуальность проведения ПЦР-исследования на туберкулез прежде всего в том, что данная методика позволяет выявлять микобактерии у пациентов без бактериовыделения. Благодаря данной методике диагностировать туберкулез и назначать правильные схемы лечения учитывая устойчивость к определенным препаратам стало значительно легче.
Кроме того, данный анализ способен исследовать устойчивость микобактерий к известным во фтизиатрии медицинским препаратам, тем самым, позволяя подобрать правильную схему лечения, исключив из неё те лекарства, к которым есть устойчивость возбудителя. 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.
Что такое ПЦР анализ
Также есть тесты на соматические мутации, но здесь уже используется биопсийный материал опухоли, в основном речь идет о выборе терапии, например, таргетных препаратов. Что это значит? Мы находимся только в первой половине этого пути познания и понимания. На самом деле это даже не расшифровка в буквальном смысле, а только прочитывание отдельных букв и слов, в отдельных случаях даже без понимания смысла. Мы понимаем только определенные слова — как последовательность ДНК преобразуется в последовательность белка — это и есть генетический код. Только в прошлом году произошел значимый прогресс в предсказании того в какие объемные структуры превращаются эти белковые последовательности. Этому способствовало развитие методов глубокого машинного обучения и искусственных нейронных сетей. Ученым еще предстоит много разбираться с тонкостями регуляторных участков ДНК, чтобы понимать, когда какие гены будут включаться, а когда — выключаться.
Их можно представить в виде текста из четырех букв, в котором записана информация о строении всего организма, вся наследственная информация. Этот текст, помимо всего прочего, хранит последовательность белков, которые впоследствии организм синтезирует. По изменениям в ДНК мы можем предсказать изменения в белке и, в конечном счете, в организме. Кроме того, существуют еще регуляторные участки и так называемая «мусорная ДНК», функции которых сегодня до конца неизвестны. Существуют специальные системы репарации ДНК. Когда ДНК удваивается, то по принципу комплиментарности напротив одного азотистого основания обязательно ставится другое. Это соответствие иногда может нарушаться по разным причинам.
Из-за гигантской длины ДНК вероятность ошибки на трех миллиардах букв при копировании достаточно высокая. В результате большая часть мутаций ДНК исправляется специальными белками, специальными «машинками» внутри клетки.
ПЦР полимеразная цепная реакция — это метод тестирования, который способен находить генетический материал вируса непосредственно в крови пациента, слюне или любой другой жидкости, изобретенный в 1983 году американским биохимиком Кэрри Муллисом. Он основан на многократном копировании амплификации определенных участков вирусной ДНК в лабораторных условиях. По факту, чтобы «засечь» вирус в организме, с помощью специального фермента, собирающего из нуклеотидов по образцу вирусной ДНК ее копию, ученые дублируют фрагменты генетического материала вируса, пока их число не станет настолько большим, что будет возможно зафиксировать его присутствие с помощью флуоресцентных меток. Как это работает? Затем добавляют так называемые праймеры — начальные звенья цепочки, которые необходимы для старта синтеза новой копии, и так называемую полимеразу — тот самый фермент, который и будет заниматься репликацией ДНК. РНК-праймер изображен белым прямоугольником в начале каждой из двух цепей Как правило, для лабораторной ПЦР используются ДНК-полимеразы из термофильных бактерий, поскольку в течение реакции смесь многократно охлаждают и нагревают. На последующей стадии элонгации полимераза начинает синтез на каждой из двух цепочек разделенной ДНК недостающей пары.
Происходит это по принципу комплементарности: фермент присоединяет напротив каждого нуклеотида, из которых состоят ДНК, противоположный. По завершении реакции цикл неоднократно повторяется см. Общая схема полимераной цепной реакции. Цифрами обозначены ее этапы. В случае с вирусами, содержащими не «двойную» ДНК молекулу, а «одинарную» РНК а это коронавирусы, или, например, ВИЧ , ученым приходится сначала провести обратную транскрипцию РНК с помощью фермента обратной транскриптазы, а уже потом производить амплификацию по той схеме, что была указана выше. Именно так, собственно, поступает и сам вирус, попадая в клетку, перед тем как встроить свою ДНК в человеческую и приступить к синтезу собственных белков, из которых состоит его «тело» то есть не генетического материала, а самих вирусных частиц, при ПЦР же, наоборот, копируется генетический материал, а не новые частицы вируса. Ингибиторы обратной транскриптазы — одни из самых распространенных видов лекарств от ВИЧ-инфекции. К ним относятся, например, зидовудин и ламивудин — самые первые препараты АРВТ, разработанные еще в 80-х. Производится ПЦР на специальных приборах, амплификаторах, или так называемых термоциклерах Thermal cycler.
Наглядно, как работает метод ПЦР, можно посмотреть на приведенном ниже видео.
Эти этапы - денатурация, отжиг и удлинение. Активность полимеразы зависит от наличия одноцепочечной ДНК, с которой могут связываться праймеры. Нагревание разрушает связи, удерживающие две нити ДНК вместе. Этот процесс называется денатурацией, так как двухцепочечная молекула ДНК денатурируется до двух одноцепочечных молекул. Одна нить ДНК будет называться нитью шаблона, а ее пара - комплементарной нитью.
На следующем этапе праймеры связываются отжигаются с шаблонной ДНК в определенных местах. ДНК между стартовым и стоп-кодонами амплифицируется. Это происходит до тех пор, пока она не встретит второй праймер. После успешной реакции терминации вместо одной спирали ДНК, использовавшейся на начальном этапе, образуются две спирали ДНК. Три этапа реакции ПЦР - это денатурация, отжиг и удлинение или терминация. Этапы денатурации, отжига и полимеризации составляют один цикл ПЦР.
В конце n циклов будет 2n копий исходного шаблона ДНК. После каждого цикла количество молекул ДНК, которые могут служить шаблонами для следующего цикла, увеличивается экспоненциально. Основные плюсы метода ПЦР заключаются в том, что он способен создавать миллионы и миллиарды копий ДНК всего за несколько часов. Этот метод быстр, относительно прост в освоении и может быть выполнен в базовых лабораторных условиях. Основным недостатком является высокая чувствительность метода, поэтому образец, используемый для амплификации, должен быть свободен от загрязнений.
Для анализа строится две кривые плавления. Первая — это зависимость флуоресценции по времени, вторая — скорость падения флуоресценции по времени. Пик отражает определённый образец ДНК [5]. Классификация используемых флюорофоров [ править править код ] Неспецифическое определение: количественная ПЦР с двухцепочечными ДНК -связывающими красителями в качестве репортеров[ править править код ] В данном случае меткой служит химическое соединение , способное внедряться в двойную спираль ДНК. Такой зонд меняет свою конформацию при взаимодействии с продуктами ПЦР и становится флюорофором. Определение продукта можно проводить в конце каждого цикла, перед стадией денатурации. Это может потенциально помешать точности мониторинга целевой последовательности [6]. Специфическое определение: флуоресцентный репортерный зонд [ править править код ] кПЦР с использованием флуоресцентного зонда Флуоресцентные зонды обнаруживают только ДНК-содержащую последовательность, комплементарную зонду; следовательно, использование репортерного зонда значительно повышает специфичность и позволяет повысить точность измерения в присутствии других дцДНК. Однако флуоресцентные репортерные зонды не предотвращают ингибирующий эффект димеров праймера, которые могут подавлять накопление целевых продуктов реакции [7]. Можно также использовать несколько зондов, у которых флюорофоры имеют разные спектры испускания. В таком случае появляется возможность в одной пробирке зарегистрировать сигнал от разных молекул ДНК. Метод носит название множественной ПЦР англ. Метод основан на введении комплементарного продукту амплификации ДНК-зонда с флуоресцентным репортером на одном конце зонда и гасителем флуоресценции на противоположном. Когда гаситель находится в непосредственной близости от репортера, он поглощает сигнал и репортер не даёт флуоресценции. Во время амплификации целостность зонда нарушается и репортер можно обнаружить по флуоресценции после возбуждения лазером. Следовательно, увеличение количества продукта, с которым связывается репортерный зонд в каждом цикле ПЦР, вызывает пропорциональное увеличение флуоресценции. Метки могут флуорессцировать в фазе элонгации или в фазе отжига ПЦР [4]. Если последовательность зонда не очень длинная, то даже в связанном с ДНК состоянии они будут взаимодействовать друг с другом, и не будет испускаться флуоресценция. В результате этого процесса и флюорофор, и его гаситель попадут в раствор, где вероятность нахождения этих веществ рядом будет небольшой, и флуоресценция восстановится [4].
Важные сведения об использовании продукции BIOplastics в ПЦР и Real Time ПЦР анализах
Цифровая полимеразная цепная реакция (цПЦР) представляет собой биотехнологическое усовершенствование традиционных методов полимеразной цепной реакции. Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR), открытая американцем Кэрри Муллисом в 1983 году, и метод детекции ДНК, разработанный на ее основе, принесли ученому Нобелевскую премию по химии 1993 года. Введение При проведении такой высокочувствительной и при этом высокоспецифичной реакции, коей является полимеразная цепная реакция (ПЦР), иногда случаются как ложно-позитивные, так и ложно-негативные результаты, что представляет серьезную проблему. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – наиболее информативный, точный и современный метод диагностики инфекционных заболеваний, позволяющий обнаружить возбудителя в организме пациента, даже если количество вредоносных клеток исчисляется единицами.
Что такое полимеразная цепная реакция и как она работает?
Чего не скажешь об изобретателе технологии полимеразной цепной реакции (ПЦР) Кэри Муллисе, который думать умел и даже получил за свое изобретение Нобелевскую премию по химии в 1993 году. ПЦР-тестирование (полимеразная цепная реакция) направлено на выделение РНК вируса, а не на сбор ДНК. Первоначально сам принцип метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) был разработан Кэри Мюллисом в 1983г. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания.
Читайте также
- Диагностика инфекций методом ПЦР: что это такое?
- Вы точно человек?
- ПЦР тестирование
- «Вероятность обнаружить вирус снижается». Когда нужно сдавать ПЦР-тест
- Диагностика COVID-19: обзор основных методов
Чем отличается ПЦР от антител на КОВИД тест?
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) описывается как метод многократного "увеличения" (копирования) определенных последовательностей ДНК с помощью фермента ПЦР и искусственных нуклеотидов. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — реакция, используемая в молекулярной биологии для того, чтобы размножить (амплифицировать) нужный фрагмент ДНК (или РНК). ПЦР (полимеразная цепная реакция) – метод, который позволяет выявить присутствие вируса в организме. Метод ПЦР в реальном времени может быть использован для быстрого и эффективного анализа однонуклеотидных полиморфизмов, связанных с развитием миомы матки. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет всего в течение нескольких часов обнаружить возбудителя инфекции, причем выявить можно даже 1-2 молекулы среди огромного количества. — первый русскоязычный информационно-аналитический портал о молекулярной диагностике и смежных областях науки и практики. |.
Что такое ПЦР анализ
Иными словами, речь идет о несоблюдении правил и рекомендаций по тестированию. Еще одну версию выдвигал директор Института медицинской паразитологии, тропических и трансмиссивных заболеваний Сеченовского университета Александр Лукашев. Газете «Известия» он рассказывал, что COVID-19 — специфический вирус в том плане, что его можно не обнаружить в доступном биоматериале. Если другие коронавирусы размножаются в носоглотке и ротоглотке, где их можно легко найти, то SARS-CoV-2 у значительной части больных присутствует только в бронхах. Вместе с этим в ВОЗ подчеркивают, что на результаты тестирования влияет очень много факторов. Это касается и процесса забора материала, и транспортировки, и хранения биоматериалов. Важно и то, правильно ли подготовлен пациент к сдаче анализа и проверена ли тест-система в конкретной лаборатории.
Результат обычно готов не позже, чем через двое суток после взятия материала, с учетом анализа данных и выдачи заключения. Безусловно, ПЦР-диагностика позволяет выявить минимальные концентрации возбудителей заболеваний, во много раз меньшие, чем при других видах исследований. Но в целом это сравнение некорректно, ведь выбор метода зависит от особенностей заболевания.
Например, при токсоплазмозе лучше подойдет иммуноферментный метод. Где-то лучше использовать простой мазок. ПЦР стопроцентно информативен там, где достаточно обнаружить болезнетворный микроорганизм и доказать факт заболевания. ПЦР способен показать активность вируса, который может просто присутствовать в организме, а может размножаться, нарушая программу жизни клетки. В зависимости от этого решается вопрос о необходимости госпитализации или инфекционной опасности человека для окружающих. Почему же тогда существуют другие мнения по этому поводу, которые ведут к перепроверкам анализов с последующим «лечением» здоровых людей дорогостоящими препаратами, имеющим побочные эффекты? Формальное и бездумное применение ПЦР чревато неверными выводами и просто опасно. Сейчас ложно положительные результаты - большая редкость, поскольку действует достаточно эффективная система контроля качества проводимых исследований. При этом необходимо понимать, что ПЦР — это инструмент, который позволяет применять нанотехнологии на генетическом уровне, но не способен застраховать от неверного толкования результатов врачами.
Это вполне объяснимо. Например, «Клиническая лабораторная диагностика» впервые как самостоятельная дисциплина вводится в медицинских вузах лишь в 2011 году, то есть подготовленные специалисты-профессионалы появятся у нас не ранее 2017-го. Как и любой другой инструмент, ПЦР можно использовать правильно и неправильно. В ряде случаев врачи не совсем понимают, что искать уреаплазму в отделяемом влагалища — то же самое, что пытаться обнаружить кишечную палочку кишечнике. Потому что в норме они и так там живут в определенных количествах. Естественно, благодаря ПЦР уреаплазму находят, выдают заключение: «обнаружено». И это корректно. А гинеколог решает, что столкнулся с патологией, и начинает лечить здоровую, по сути, женщину. Это касается и микоплазм, и гарднерелл, то есть микроорганизмов, которые в норме «населяют» наш организм.
Распространяется информация, будто Кэри Муллис, создатель метода ПЦР, говорил, что его тест должен использоваться только в научных целях, а для диагностики не подходит, так как тест может давать ложноположительные результаты и показывать наличие вирусов, которых у человека на самом деле нет. Мы решили проверить, придерживался ли учёный на самом деле такого мнения. Спойлер для ЛЛ: этой фейк. Муллис во-первых не дожил до пандемии Covid-19, во-вторы— ни разу не опровергал эффективность теста при диагностике Контекст.
О такой позиции американского исследователя пишет «Красная весна» , а также многочисленные псевдомедицинские сайты и форумы. В контексте критики ПЦР-тестирования на коронавирусную инфекцию ему приписывают фразу : «Делать же подобное на всей популяции — научная ересь. Многим моим коллегам — клиницистам, учёным, одобряющим такие тесты, — должно быть стыдно! Это больше всего меня шокирует».
ПЦР — полимеразная цепная реакция, способная обнаружить любой патоген в пробе, если там присутствует хотя бы малейшая его частица. Метод ПЦР-диагностики помогал врачам и до пандемии коронавирусной инфекции — его считают одним из наиболее чувствительных и точных тестов. Методом ПЦР выявляют многие инфекции, передающиеся половым путём хламидиоз, гонорею, герпес, гарднереллёз, ВПЧ, ВИЧ , проводят дифференциальную диагностику бактериальных и вирусных пневмоний в том числе коронавирусной пневмонии , определяют наличие респираторных инфекций, идентифицируют хеликобактер, используют для диагностики сальмонеллёза, дифтерии, вирусных гепатитов и цитомегаловирусной инфекции. Кэри Муллис.
Мальчик с детства отличался тягой к экспериментам — по его словам, в 14 лет он использовал смесь сахара с калийной селитрой, чтобы создать топливо для самодельной ракеты. Она успешно взлетела на целый километр, а её пассажир — вымазанный асбестом лягушонок спокойно вернулся живым из тропосферы на спроектированном Муллисом парашюте. В 60-е годы Муллис увлёкся экспериментами с галлюциногенами, в частности ЛСД , который тогда ещё не был под запретом.
Одной из особенностей ПЦР является его высокая чувствительность и специфичность. Это позволяет обнаруживать даже небольшие количества ДНК в образцах и определять их типы и количество. Однако необходимо учитывать, что ПЦР может давать ложноположительные или ложноотрицательные результаты, особенно при неправильной подготовке образца или при наличии в образце других молекул, которые могут влиять на результаты. Еще одной особенностью ПЦР является его высокая стоимость и сложность проведения. Для проведения ПЦР требуется специальное оборудование и высокая квалификация персонала, что делает этот метод недоступным для многих лабораторий и медицинских учреждений. Кроме того, ПЦР может быть менее чувствительным, чем другие методы диагностики, такие как иммуноферментный анализ или секвенирование генома. Также необходимо учитывать, что ПЦР может быть подвержен влиянию факторов, таких как температура, pH и концентрация реагентов.
ПЦР-лабораторию уместили на микрочипе
| ПЦР в реальном времени | это новый, усовершенствованный вид ПЦР с использованием метода флуоресценции (свечения). |
| ПЦР: метод, который слишком хорош | При этом система не уступает ПЦР в чувствительности и может детектировать единицы геномных эквивалентов. |
| Вы точно человек? | Они провели исследование и смогли разработать ПЦР-тест, который может в несколько раз повысить точность диагностики. |