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. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет всего в течение нескольких часов обнаружить возбудителя инфекции, причем выявить можно даже 1-2 молекулы среди огромного количества. Материалом, который используется для лабораторного исследования методом ПЦР, являются различные биологические жидкости организма человека. К неоспоримым преимуществам метода полимеразной цепной реакции относятся следующие аспекты.
ПЦР-исследования
| В Роспотребнадзоре объяснили, чем отличается экспресс-тест на COVID-19 от ПЦР | ПЦР расшифровывается как «полимеразная цепная реакция». Это метод лабораторной диагностики, цель которого заключается в выявлении возбудителя инфекционного заболевания. |
| Методы диагностики ВИЧ-инфекции: сроки и достоверность исследований | Для диагностики этих инфекций рекомендуется использовать методы ПЦР-диагностики и ИФА-исследований. |
| Что такое анализ ПЦР? - статья лаборатории ДНКОМ | В Роспотребнадзоре разъяснили, чем отличается тестирование на коронавирус методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) от экспресс-теста. |
| Что такое ПЦР анализ | Чтобы это сделать, мы разрабатываем ПЦР-тест, который будет «смотреть» конкретно этот вариант из всего генома, есть он у человека или нет. |
История открытия современных методов молекулярной диагностики
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — метод молекулярной биологии. В 1986 году метод полимеразной цепной реакции был существенно улучшен. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания. Многочисленные исследования по изучению применения метода ПЦР для выявления Сhlamydia trachomatis. метод применяется в медицине, биологии, ветеринарии, криминалистике, санитарной службе и других отраслях деятельности человека.
ПЦР в режиме реального времени – новейшие технологии в диагностике инфекций
Он хотел добиться того, чтобы можно было создать множество копий ДНК за счет фермента ДНК-полимеразы, который участвует в ее репликации. За это Муллис получил Нобелевскую премию по химии. Известно, что еще в начале 1970-х годов похожий метод был представлен другим ученым, однако задумку так и не смогли реализовать. Позже анализ был значительно усовершенствован и широко используется в биологической, биохимической и медицинской практике.
В большую машину кладут частичку вируса, но она его не распознает, затем добавляются специальные компоненты, праймеры, которые позволяют сделать большое количество этих цепочек РНК. Их становится так много, что машина начинает их "видеть". Даже если есть хоть самая маленькая РНК вируса, например, коронавируса, это позволяет создать множество копий инфекции, что помогает определить присутствует она в организме или нет.
Метод дает результат практически стопроцентной точности. Там находится большое число нуклеотидов, из которых строится будущая РНК. Она сначала разрушается, а потом заново выстраивается.
Реакция называется цепной, потому что очень быстро это происходит. Как только копий становится много, сразу начинается считывание". Применение ПЦР ПЦР-тест обнаруживает наличие возбудителей вирусных заболеваний, когда другими методами этого сделать нельзя.
Например, иммунологическими, бактериологическими и микроскопическими исследованиями.
С помощью ПЦР-анализа удается обнаружить аномальные клетки, которые имеют одну, а то и несколько мутаций генетического материала. Как правило, это случайные находки. Например, при анализе соскоба со слизистых оболочек полости рта заядлого курильщика. Благодаря такому способу удается обнаружить проблему на ранней стадии, когда как таковой опухоли еще нет. Но предпосылки — представлены в полном объеме. Исследование иммунной реакции на того или иного возбудителя. Изучают особые вещества, которые отвечают за инактивацию и сдерживание аномальных агентов, инфекционных структур. Методика отличается от схожего по целям ИФА.
Обследование на предмет генетических аномалий. В рамках диагностики наследственных патологических процессов. В качестве основного метода. Также с помощью ПЦР возможно установление отцовства, родства двух людей. Но это тема для отдельного разговора. Для исследования забирают биоматериал. Какой именно — зависит от конкретных показаний. Обычно берут мазки со слизистых оболочек полости рта, половых органов, уретры. В качестве исходного образца изучают мочу, кровь, мокроту, слюну.
Есть отдельные условия по подготовке и проведению диагностики полимеразной цепной реакции. Что можно обнаружить методом ПЦР По результатам обследования есть возможность выявить группу патологических процессов. Папилломатоз Провоцируется особым одноименным вирусом. Вызывает образование на коже и внутренних органах хорошо знакомых многим наростов. В самом простом случае, речь идет о бородавках. Но существуют и другие аномальные структуры. Например, невус родинка , остроконечная кондилома. Последние образуются на репродуктивных органах и в области заднего прохода, передаются половым путем. Многие штаммы вируса папилломы человека а известно их более 150 потенциально онкогенны.
Способны спровоцировать рак. Потому ПЦР незаменима при ранней диагностике и разработке индивидуальных мер профилактики, лечения. Герпес Любого типа. Известно более 6-и штаммов этого вируса. Первый провоцирует образование папул в полости рта и на губах. Второй — транспортируется половым путем и плохо поддается коррекции. Третий — это вирус Варицелла-Зостер, которые вызывает ветряную оспу. Четвертый становится виновником мононуклеоза. Пятый — цитомегалии.
Полимеразная цепная реакция была вновь открыта в 1983 г. Мюллисом Kary Mullis. За разработку ПЦР-метода он был удостоен Нобелевской премии в области химии в 1993 г. Открытие метода ПЦР стало одним из наиболее выдающихся событий в области молекулярной биологии за последние 30 лет и позволило поднять медицинскую диагностику на качественно новый уровень. За короткое время ПЦР-анализ распространился по всему миру, быстро выйдя из лабораторий научных институтов в сферу практического клинического использования. Этот метод нашел применение в: диагностике инфекционных заболеваний, в том числе вызванных агентами, трудно поддающимися культивированию: в клинической диагностике вирусных и бактериальных инфекций; диагностике наследственных муковисцидоз, фенилкетонурия, гемофилия , онкологических и др. Кроме того, молекулярные методы используются в таких областях, как эпидемиология, фармакология, экология, сельское хозяйство, пищевая промышленность, биотехнология.
Изящность, простота исполнения, непревзойденные показатели чувствительности и специфичности принесли новому методу небывалую популярность.
Метод ПЦР применяется во многих сферах деятельности, в том числе в качестве быстрого и высокоточного способа диагностики определенных инфекционных и генетических заболеваний человека, а также для выявления спонтанных или унаследованных изменений в ДНК, исследованиях генома сельскохозяйственных растений и животных для селекционных и других задач, в криминалистике, археологии, установлении отцовства, клонировании и секвенировании геномов и прочих сферах деятельности человека. Вирусы, бактерии и грибы - основные человеческие патогены - содержат ДНК или РНК, причем для каждого вида последовательность нуклеотидов уникальна. Короткие фрагменты, комплементарные целевым участкам нуклеотидов каждого возбудителя, называются праймерами. В основе анализа на ПЦР лежит создание большего числа копий генетического материала ДНК или РНК с помощью этих самых праймеров и специальных ферментов посредством серии циклов нагрева и охлаждения.
Полученные амплифицированные сегменты далее методом гель-электрофореза или с помощью другой технологии сравниваются с другими нуклеотидными сегментами из известного источника например, патогенного микроорганизма для определения их идентичности. Это один из основных методов обнаружения бактерий или вирусов на молекулярном уровне, с более высокой степенью точности, чем микроскопические или бактериологические исследования, и значительно более быстрый, чем метод культивирования. Это также единственный способ определить наличие генетических вариаций, указывающих на предрасположенность к онкологическим и другим заболеваниям. Чувствительность диагностических инструментов для выявления мутаций онкогенов и генов подавления опухоли была улучшена по крайней мере в десять тысяч раз благодаря ПЦР, что позволяет раньше диагностировать, например, такие виды рака, как лейкемия. Метод ПЦР также позволил разработать индивидуальную терапию для больных раком.
Кроме того, ПЦР может использоваться для типирования тканей, которое имеет жизненно важное значение для имплантации органов. Образцы берут либо с помощью амниоцентеза либо с помощью биопсии ворсин хориона. В отличие от многих других тестов, ПЦР тест способен обнаружить признаки заболевания на самых ранних стадиях инфицирования, так как для выделения искомого ДНК или РНК достаточно минимального количества генетического материала патогена в образце биоматериала.
Сколько стоит сдать ПЦР-анализ
Доктор поможет интерпретировать результат ПЦР и подберёт правильное лечение. Исследование методом ПЦР не всегда можно использовать в медицинской практике. Такие исследования не проводятся при контрольном тестировании после проведения лечения. Когда берется ПЦР анализ после лечения, при разных инфекциях, можно получить положительный результат, который будет ложным. Это связано с тем, что частички убитых возбудителей, уже неактивные, могут давать положительную реакцию. Если вы сомневаетесь, можно ли вам сдавать ПЦР или нет, проконсультируйтесь с врачом. Разберем, какие материалы могут быть применены для тестирования ПЦР. Тем не менее, существует определенный перечень материалов, которые покажут наиболее точные результаты.
Соскобы со слизистых оболочек чаще всего уретры, влагалища, шейки матки. Их исследуют, главным образом, для диагностики половых инфекций. Таким способом во взятом мазке можно обнаружить возбудителей уреаплазменной и микоплазменной инфекций, гонококки, хламидии, трихомонады, гарднереллы, грибки рода Candida, вирус генитального герпеса и др. Ее можно использовать в диагностике урогенитальных инфекций.
Таким образом, прямая связь между исходным количеством ДНК-мишени и конечным количеством продуктов амплификации часто отсутствует. Для визуализации результатов амплификации используют различные методы. Наиболее распространенный на сегодняшний день - электрофорез, основанный на разделении молекул ДНК по размеру. Застывшая агароза образует пространственную решетку. При заливке с помощью гребенок в геле формируют специальные лунки, в которые в дальнейшем вносят продукты амплификации.
Пластину геля помещают в аппарат для горизонтального гель-электрофореза и подключают источник постоянного напряжения. Отрицательно заряженная ДНК начинает двигаться в геле от минуса к плюсу. При этом более короткие молекулы ДНК движутся быстрее, чем длинные. На скорость движения ДНК в геле влияют концентрация агарозы, напряженность электрического поля, температура, состав электрофорезного буфера и, в меньшей степени, состав ДНК. Все молекулы одного размера движутся с одинаковой скоростью. Краситель встраивается интеркалирует плоскостными группами в молекулы ДНК. После окончания электрофореза, продолжающегося от 10 минут до 1 часа, гель помещают на фильтр трансиллюминатора, излучающего свет в ультрафиолетовом диапазоне 254 - 310 нм. Энергия ультрафиолета, поглощаемая ДНК в области 260 нм, передается на краситель, заставляя его флуоресцировать в оранжево-красной области видимого спектра 590 нм. В качестве «положительного контроля» используют стандарт ДНК искомого микроорганизма.
Размер неспецифических ампликонов может быть как больше, так и меньше по сравнению с «положительным контролем». В худшем случае эти размеры могут совпадать и читаются в электрофорезе как положительные. В то же время препарат ДНК, подготовленный для ПЦР из биологического материала, может содержать примеси ингибиторов, заметно снижающих эффективность реакции, а в некоторых случаях приводящих к отсутствию специфических ампликонов даже при наличии искомого возбудителя. Необходимо контролировать ход амплификации в каждой пробирке с реакционной смесью, для чего используют дополнительный, так называемый «внутренний контроль», который представляет собой любой стандарт ДНК, несхожий с ДНК искомого микроорганизма. Для инфекционных тест-систем иногда, например, используют р-глобиновый ген, к концам которого с помощью генно-инженерных манипуляций пришивают участки ДНК, гомологичные праймерам, входящим в состав тест-системы. Если «внутренний контроль» внести в реакционную смесь, то он станет такой же мишенью для отжига праймеров, как и хромосомальная ДНК искомого возбудителя инфекции. Размер продукта амплификации внутреннего контроля подбирают таким образом, чтобы он был в 2 и более раз больше, чем ампликоны, образуемые от амплификации искомой ДНК микроорганизма. В результате, если внести ДНК «внутреннего контроля» в реакционную смесь вместе с испытуемым образцом, то, независимо от наличия микроорганизма в биологическом образце, «внутренний контроль» станет причиной образования специфических ампликонов, но значительно более длинных тяжелых , чем ампликон микроорганизма. Наличие тяжелых ампликонов в реакционной смеси свидетельствует о нормальном прохождении реакции амплификации и отсутствии ингибиторов.
Если ампликоны нужного размера и «внутреннего контроля» не образовались, можно сделать вывод о наличии в анализируемом образце нежелательных примесей, от которых следует избавиться, но не об отсутствии искомой ДНК. Несмотря на всю привлекательность такого подхода, у него есть существенный изъян. Так, если в реакционной смеси находится нужная ДНК, то эффективность ее амплификации резко снижается из-за конкуренции с «внутренним контролем» за праймеры. Это принципиально важно при низких концентрациях ДНК в исследуемом образце и может приводить к ложноотрицательным результатам. Тем не менее, при условии решения проблемы конкуренции за праймеры этот способ контроля эффективности амплификации, безусловно, будет весьма полезен. Метод горизонтального электрофореза Одним из методов визуализации результатов амплификации является метод электрофореза, основанный на разделении молекул ДНК по размеру. В большинстве методик на данном этапе проводится разделение смеси продуктов амплификации, полученной на 2-ой стадии, методом горизонтального электрофореза в агарозном геле. До проведения электрофоретического разделения, к амплификационной смеси добавляется раствор бромистого этидия, образующий с двухцепочечными фрагментами ДНК прочные соединения внедрения. Эти соединения под действием УФ-облучения способны флуоресцировать, что регистрируется в виде светящихся полос после электрофоретического разделения амплификационной смеси в агарозном геле.
Яркость полос продуктов амплификации может быть различной. Поэтому часто в ПЦР-лабораториях принято оценивать результат по трех-, четырех- или пятибалльной системе. Однако нельзя связывать с начальным количеством ДНК-мишени в образце. Часто уменьшение яркости свечения полос связано со снижением эффективности амплификации под влиянием ингибиторов или других факторов. Метод вертикального электрофореза Метод вертикального электрофореза принципиально схож с горизонтальным электрофорезом. Их отличие заключается в том, что в данном случае вместо агарозы используют полиакриламид. Его проводят в специальной камере для вертикального электрофореза. Электрофорез в полиакриламидном геле имеет большую разрешающую способность по сравнению с агарозным электрофорезом и позволяет различать молекулы ДНК разных размеров с точностью до одного нуклеотида. Приготовление полиакриламидного геля несколько сложнее агарозного.
Кроме того, акриламид является токсичным веществом. Поскольку необходимость определить размер продукта амплификации с точностью до 1 нуклеотида возникает редко, то в рутинной работе этот метод не используют. Метод гибридизационных зондов В качестве альтернативы электрофоретическому методу детекции, имеющему некоторые недостатки: субъективность чтения результатов, ограничения по определению ДНК различных микроорганизмов в одной реакции, могут быть предложены гибридизационные схемы детекции. В этих схемах образующийся в результате амплификации фрагмент ДНК гибридизуется образует 2-х цепочечные комплексы - "гибриды" со специфическим олигонуклеотидным зондом. Регистрация таких комплексов может быть проведена колориметрически или флуориметрически. Для детекции PCR-продукта используются флуоресцентные красители, обеспечивающие флуоресценцию, прямо пропорциональную количеству ПЦР-продукта - репортерную флуоресценцию. Кинетическая кривая в координатах "Уровень репортерной флуоресценции - цикл амплификации" имеет S-образную форму. В ней можно выделить три стадии: 1. Стадию инициации когда ПЦР-продукты еще не детектируется флуоресцентной меткой.
Экспоненциальную стадию в которой наблюдается экспоненциальная зависимость количества флуоресценции от цикла ПЦР. Плато стадию насыщения.
Обновлено: 21. Это метод полимеразной цепной реакции, с помощью которого можно идентифицировать различные микроорганизмы, даже если они присутствуют в очень малых количествах. Именно ПЦР сегодня признан «золотым стандартом» для обнаружения новой коронавирусной инфекции. Также метод активно применяется для диагностики вирусных, хламидийных, уреаплазменных и большинства других бактериальных инфекций. Суть метода Впервые методика полимеразной цепной реакции была использована почти 30 лет назад.
Практически сразу исследование стало одним из основных способов диагностики инфекционных заболеваний. В 1993 году создатель анализа был награжден Нобелевской премией за огромный вклад в развитие всей мировой медицины. Каждый живой организм имеет уникальный набор хромосом. В том числе это касается вирусов, грибов и других возбудителей различных заболеваний. Все хромосомы образованы ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой биологический полимер, который обеспечивает хранение, передачу и реализацию генов. Состоит из множества молекул, называемых нуклеотидами.
РНК — это рибонуклеиновая кислота, еще один вид биологического полимера, который по своему химическому строению близок к ДНК. Молекула РНК также состоит из множества звеньев — нуклеотидов. Именно РНК является носителем генетической информации у ряда вирусов. Кроме этого, рибонуклеиновая кислота выполняет передачу данных от ДНК к белку. Эта последовательность всегда уникальна, за исключением некоторых схожих участков ДНК, которые отвечают за однообразие в пределах одного вида.
ПЦР-диагностика в настоящее время представляет собой очень детальный, сложный и многоэтапный процесс, поэтому вектором развития для лабораторий докладчик назвал внедрение современных автоматизированных и программных решений наравне с новыми тест-системами. Это поможет, во-первых, избежать ошибок, возникающих вследствие человеческого фактора, ведь в предыдущие два года, когда количество выполняемых исследований и нагрузка на сотрудников резко возросли, увеличилось и число ошибок, случаев контаминации и задержек выдачи результатов. Во-вторых, внедрение цифровизации ПЦР-диагностики увеличит пропускную способность лаборатории и поспособствует лавинообразному росту количества выполняемых анализов. В-третьих, это позволит сохранить все данные и сделать их доступными специалистам с любой момент. Максим Ионов подчеркнул, что в лабораториях существует не только физический поток образцов, который идет по всем этапам выполнения ПЦР-исследования, но и поток информации об образце — от направления на анализ до результата.
Программа называется FRT Manager, и ее задача — автоматизировать ПЦР-амплификацию на всех этапах: до запуска термоциклера, во время его работы и после получения результатов. Интерфейс FRT Manager единый для всех этих приборов, что исключает ошибки, когда сотрудник переключается с одного термоциклера на другой.
Анализ ПЦР: суть метода и его преимущества
| ПЦР анализ 12: что это такое? Подготовка и сдача анализа, расшифровка результатов | Материалом, который используется для лабораторного исследования методом ПЦР, являются различные биологические жидкости организма человека. |
| Чем отличается диагностика ПЦР от ИФА | 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. |
| ПЦР или ИФА: что лучше, отрицательно, положительно, чем отличается | Методика проведения анализа с использованием метода ПЦР включает три этапа. |
Отечественные решения для автоматизации и цифровизации ПЦР-исследований
ПЦР, по сравнению с любым другим методом анализа, чрезвычайно чувствительная, более быстрая, менее дорогая и нетребовательная к образцам пациентов методика. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет всего в течение нескольких часов обнаружить возбудителя инфекции, причем выявить можно даже 1-2 молекулы среди огромного количества. Преимущества метода ПЦР над иммуноферментным анализом и прочими иммунологическими инструментами выявления инфекции заключается в том, что он реже дает ошибочные результаты. Метод ПЦР позволяет определить наличие возбудителя заболевания, даже если в пробе присутствует всего несколько молекул ДНК возбудителя. Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR) — это точный метод лабораторной диагностики, который используют для выявления возбудителей инфекционных заболеваний.
Диагностика COVID-19: обзор основных методов
Для диагностики этих инфекций рекомендуется использовать методы ПЦР-диагностики и ИФА-исследований. В середине 1990-х с помощью метода ПЦР-амплификации ДНК исследовали останки царской семьи Романовых. Использование ПЦР-диагностики производится в совокупности с другими методами исследования (ИФА, ПИФ, РИФ и др.). С появлением секвенирования нового поколения метод ПЦР утрачивает клиническую важность при необходимости исследования широкой панели генов. Характеристика метода ПЦР. Исследование при помощи полимеразной цепной реакции относится к количественным анализам.