Анализ методом ПЦР – это диагностический метод, позволяющий выявить наличие возбудителя заболевания в организме даже, если он присутствует в минимальных количествах.

Исследования, проводимые одним из широко применяемых методов – методом, основанным на полимеразной цепной реакции (ПЦР), являются наиболее точными и достоверными. это метод, имитирующий естественную репликацию ДНК и позволяющий обнаружить единственную специфическую молекулу ДНК в присутствии миллионов других молекул. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК/РНК) в биологическом материале (пробе).

ПЦР: современные методики диагностики туберкулеза

Полимеразная цепная реакция (ПЦР, PCR – polymerase chain reaction) – метод получения множества копий определенных фрагментов ДНК (генов) в биологическом образце. Метод амплификации нуклеиновых кислот (МАНК) или ОТ-ПЦР в диагностике текущей инфекции. Диагноз COVID-19 устанавливается путем выявления РНК SARS-CoV-2 при помощи МАНК или ОТ-ПЦР. Метод ПЦР позволяет определить наличие возбудителя заболевания, даже если в пробе присутствует всего несколько молекул ДНК возбудителя. Флуоресцентные методы детектирования продуктов ПЦР расширяют возможности применения. 6) автоматизация и стандартизация ПЦР-анализа Метод ПЦР в реальном времени основан на детектировании сигнала флуоресценции, позволяющем наблюдать процесс накопления продукта в процессе реакции. ПЦР (полимеразная цепная реакция) – достижение молекулярной биологии, одна из главных методик клинической лабораторной диагностики конца 20-го и начала 21-го веков, приносящая огромную пользу в различных областях медицинской науки.

Принципы ПЦР-диагностики

Полимеразная цепная реакция — Википедия
Какие ПЦР-анализы можно сдать бесплатно
Рибосомальная 16S РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование биополимеров
Методика, преимущества и недостатки анализа

Рибосомальная 16S РНК, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование биополимеров

Это делается для того, чтобы праймер гибридизовался с комплементарной цепью всей своей длиной; тогда как при оптимальной температуре отжига, праймер частично гибридизуется с комплементарной цепью. Частичная гибридизация праймера на геномной ДНК приводит к неспецифической амплификации, если участков связывания для праймера достаточно много. В точках, содержащих анализируемую ДНК, происходит амплификация с образованием молекулярных колоний. Вторая полимераза необходима для коррекции ошибок, внесённых первой, так как Taq-полимераза останавливает синтез ДНК, если был добавлен некомплементарный нуклеотид. Этот некомплементарный нуклеотид удаляет Pfu-полимераза. Смесь полимераз берётся в отношении 50:1 или даже меньше 100:1, где Taq-полимеразы берётся в 25—100 раз больше, чем Pfu-полимеразы. RAPD Random Amplification of Polymorphic DNA [en] , ПЦР со случайной амплификацией полиморфной ДНК — используется тогда, когда нужно различить близкие по генетической последовательности организмы, например, разные сорта культурных растений, породы собак или близкородственные микроорганизмы.

В этом методе обычно используют один праймер небольшого размера около 10 п. Этот праймер будет частично комплементарен случайным участкам ДНК исследуемых организмов. Подбирая условия длину праймера, его состав, температуру и пр. Групп-специфическая ПЦР group-specific PCR — ПЦР для родственных последовательностей внутри одного или между разными видами с использованием консервативных праймеров к этим последовательностям. Например, подбор универсальных праймеров к рибосомальным генам 18S и 26S для амплификации видоспецифического межгенного спейсера: последовательность генов 18S и 26S консервативна между видами, поэтому ПЦР между этими генами будет проходить для всех исследуемых видов. Противоположностью этому методу является уникальная ПЦР unique PCR , где задача состоит в подборе праймеров для амплификации только одной последовательности изо всех родственных.

Длина ампликона может составлять несколько сот нуклеотидов. Меняя пару праймеров, мы можем переходить от анализа одного возбудителя к анализу другого. Время отжига -20-60 сек. Механизм копирования таков, что комплементарное достраивание нитей может начаться не в любой точке последовательности ДНК, а только в определенных стартовых блоках коротких двунитевых участках. Для создания стартовых блоков в заданных участках ДНК используют затравки, представляющие собой олигонуклеотиды длиной около 20 п. Они комплементарны последовательностям ДНК на левой и правой границах специфического фрагмента и ориентированы таким образом, что синтез ДНК, осуществляемый ДНК-полимеразой, протекает только между ними. Материалом для синтеза новых цепей ДНК служит вносимый дезоксирибонуклеотидфосфат.

Этот процесс катализируется ферментом Tag-полимеразой. Образовавшиеся в первом цикле синтеза новые ДНК служат исходным материалом для второго цикла, в котором происходит образование искомого специфического фрагмента ДНК ампликона и т. Процедура подготовки пробы включает лизис микроба и экстракцию нуклеиновой кислоты. С целью разрушения микробной клетки используют простое кипячение, замораживание-оттаивание в присутствии лизоцима, а также специальные лизирующие буферы, содержащие детергенты и протеиназу. Выбор метода, как правило, диктуется природой микроба, точнее, природой его клеточной стенки. Стандартной и ставшей уже классической считается методика получения чистого препарата ДНК, описанная В. Она включает ферментативный протеолиз с последующей депротеинизацией и осаждением ДНК спиртом.

Этот метод позволяет получить чистый препарат ДНК, однако он довольно трудоемок и предполагает работу с такими агрессивными и имеющими резкий запах веществами, как фенол и хлороформ. Одним из наиболее популярных является метод выделения ДНК, предложенный R. После отмывок в пробе остается ДНК, сорбированная на носителе, с которого она легко снимается с помощью элюирующего буфера. Метод удобен, технологичен и пригоден для подготовки образца к амплификации. Однако возможны потери ДНК вследствие необратимой сорбции на носителе, а также в процессе многочисленных отмывок. Особенно большое значение это имеет при работе с небольшими количествами ДНК в образце. Кроме того, даже следовые количества GuSCN могут ингибировать ПЦР, поэтому при использовании этого метода очень важен правильный выбор сорбента и тщательное соблюдение технологических нюансов.

Следует отметить, что из-за большого числа стадий добавления и удаления растворов при работе с образцом требуется аккуратность, поскольку возможна перекрестная контаминация между пробами и образующимся аэрозолем ДНК. При классической процедуре фенольно-хлороформной экстракции ДНК достигается хорошая очистка ДНК, в первую очередь от ингибиторов Tag-полимеразы, но неизбежны большие потери нуклеиновой кислоты, особенно заметные при работе с образцами небольшого объема с низкой концентрацией инфекционного агента. Другая группа методов пробоподготовки основана на использовании ионообменников типа Chilex США , которые, в отличие от стекла, сорбируют не ДНК, а примеси, мешающие реакции. Как правило, эта технология включает две стадии: кипячение образца и сорбция примесей на ионообменнике. Метод чрезвычайно привлекателен простотой исполнения. В большинстве случаев он пригоден для работы с клиническим материалом. К сожалению, иногда встречаются образцы с такими примесями, которые невозможно удалить с помощью ионообменников.

Кроме того, некоторые микроорганизмы не поддаются разрушению простым кипячением. В этих случаях необходимо введение дополнительных стадий обработки образца. При массовом скрининге, когда важно получить статистические данные, возможно использование простых способов с применением детергентов или обработки биологического материала щелочами с последующей их нейтрализацией. В то же время использование подобных методов для клинической диагностики может приводить к ложноотрицательным результатам вследствие применения в реакционной смеси некачественного препарата ДНК. Таким образом, к выбору метода пробоподготовки следует относиться с пониманием целей проведения предполагаемых анализов. Во время следующей процедуры - амплификации - образец, содержащий ДНК возбудителя, вносится в небольшую пробирку с компонентами, обеспечивающими протекание полимеразной реакции, два вида праймеров, два энзима Таg-полимераза и N-урацил-гликолаза и четыре вида нуклеотида A, Г, Ц, У. Для проведения полимеразной реакции используется специальное устройство термоциклер или ДНК-амплификатор , позволяющее автоматически, по определенной программе изменять температурный режим реакционной смеси.

Весь цикл с изменением температуры продолжается менее 3 минут. Для правильной оценки результатов ПЦР важно понимать, что данный метод не является количественным. Теоретически продукты амплификации единичных молекул ДНК-мишени могут быть обнаружены с помощью электрофореза уже после 30-35 циклов. Однако на практике это выполняется лишь в случаях, когда реакция проходит в условиях, близких к идеальным, что встречается нечасто. Особенно большое влияние на эффективность амплификации оказывает степень чистоты препарата ДНК, то есть наличие в реакционной смеси тех или иных ингибиторов, от которых избавиться в некоторых случаях бывает крайне сложно. Иногда из-за их присутствия не удается амплифицировать даже десятки тысяч молекул ДНК-мишени. Таким образом, прямая связь между исходным количеством ДНК-мишени и конечным количеством продуктов амплификации часто отсутствует.

Для визуализации результатов амплификации используют различные методы. Наиболее распространенный на сегодняшний день - электрофорез, основанный на разделении молекул ДНК по размеру. Застывшая агароза образует пространственную решетку. При заливке с помощью гребенок в геле формируют специальные лунки, в которые в дальнейшем вносят продукты амплификации. Пластину геля помещают в аппарат для горизонтального гель-электрофореза и подключают источник постоянного напряжения. Отрицательно заряженная ДНК начинает двигаться в геле от минуса к плюсу. При этом более короткие молекулы ДНК движутся быстрее, чем длинные.

На скорость движения ДНК в геле влияют концентрация агарозы, напряженность электрического поля, температура, состав электрофорезного буфера и, в меньшей степени, состав ДНК. Все молекулы одного размера движутся с одинаковой скоростью. Краситель встраивается интеркалирует плоскостными группами в молекулы ДНК.

Дело в том, что многие половые инфекции имеют волнообразное течение.

Первые симптомы быстро пропадают без лечения. Затем наступает так называемая «скрытая» стадия: субъективные жалобы отсутствуют, человек считает, что выздоровел, но инфекция медленно развивается, вызывая хроническое воспаление. Спустя какое-то время симптомы болезни обычно возвращаются, только уже вместе с осложнениями. Поэтому любые проблемы в интимной сфере решайте безотлагательно.

И еще! Если вы 1-2 раза в год профилактически посещаете профильного врача гинеколога — для женщин, уролога — для мужчин , то вероятность пропустить «скрытую» ЗППП снижается многократно. Врач во время осмотра видит признаки воспаления, может заподозрить инфекцию и назначить анализы, даже если вы не предъявляете никаких жалоб. Вот здесь очень важно найти врача, который не заинтересован в коммерческой составляющей диагностики и лечения.

Читайте отзывы, а если сомневаетесь — ищите второе мнение. Когда анализ на ЗППП действительно необходим? Если есть жалобы со стороны мочеполовых органов: появились или изменились выделения, есть боль или дискомфорт в нижней части живота, проблемы с мочеиспусканием, эрекцией у мужчин и менструациями у женщин , не получается забеременеть. Если есть эти и другие симптомы половых инфекций , тогда однозначно нужно обследоваться.

Чем быстрее, тем лучше! Даже если вы уверены в себе и своем половом партнере или всегда пользуетесь барьерными методами контрацепции. Это как раз тот случай, когда работает правило — выявить на ранней стадии. Кстати, обнаружение какого-либо возбудителя ЗППП в крепких парах далеко не всегда является доказательством измены.

Поэтому положительный ПЦР анализ ни в коем случае не должен быть причиной для скандала или разрыва отношений. И еще целесообразно провериться на инфекции тем парам, которые планируют беременность. Что искать? Нужно удостовериться в отсутствии сифилиса и гонореи.

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. По нарастанию интенсивности флуоресцентного сигнала с помощью программного обеспечения, прилагаемого к амплификатору, вычисляется концентрация исходной матрицы ДНК.

Данный участок ДНК уникален и не характерен ни для одной инфекции на земле. Специфичность задается нуклеотидной последовательностью праймеров, что исключает возможность получения ложных результатов, в отличие от метода иммуноферментного анализа, где нередки ошибки в связи с перекрестно-реагирующими антигенами. ПЦР-диагностика обнаруживает наличие возбудителей инфекционных заболеваний в тех случаях, когда другими методами иммунологическими, бактериологическими, микроскопическими это сделать невозможно. Чувствительность ПЦР-анализа составляет 10-1000 клеток в пробе чувствительность иммунологических и микроскопических тестов - 103-105 клеток. Унифицированный метод обработки биоматериала и детекции продуктов реакции, и автоматизация процесса амплификации дают возможность провести полный анализ за 4-4. В настоящее время преимущество ПЦР-анализа перед культуральным методом обнаружения микроорганизмов состоит в следующем:. Эти различия объясняются возможной гибелью микроба при хранении и транспортировке, тогда как ПЦР способна обнаруживать и нежизнеспособные формы микроорганизма. Время, необходимое для обнаружения возбудителя культуральным методом, составляет около 4 суток, тогда как использование ПЦР позволяет обнаружить микроб через 4-5 часов. Использование технологии ПЦР позволяет проводить определение возбудителей, например хламидий, в образцах, взятых неинвазивным путем, например в порциях мочи.

Особенно эффективен метод ПЦР для диагностики трудно культивируемых, некультивируемых и персистирующих 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. Данный метод сравним по трудоемкости с классическими методами иммуноферментным, иммунофлуоресцентным и т. Поэтому метод ПЦР, наравне с культуральным методом, признается «золотым стандартом» для диагностики инфекционных заболеваний. В общем случае подобный контроль должен проводиться спустя промежуток времени, в течение которого происходит полная элиминация возбудителя. Обычно этот интервал составляет 4-8 недель. Теоретически существует возможность присутствия такого же фрагмента и у других микроорганизмов, геном которых в настоящее время не расшифрован, и которые не были протестированы на возможность перекрестной реакции. Присутствие в пробе таких микроорганизмов может привести к ложноположительному результату анализа. Последние два пункта важны для разработчиков ПЦР-диагностикумов. 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.

Необходим образец генетического материала с места преступления - кровь, слюна, сперма, волосы и т. Его сравнивают с генетическим материалом подозреваемого. Достаточно совсем малого количества ДНК, теоретически - одной копии. Фрагменты разделяют с помощью электрофореза ДНК. Полученную картину расположения полос ДНК и называют генетическим отпечатком пальцев. Хотя «генетические отпечатки пальцев» уникальны за исключением случая однояйцевых близнецов , родственные связи все же можно установить, сделав несколько таких отпечатков. Тот же метод можно применить, слегка модифицировав его, для установления эволюционного родства среди организмов.

Диагностика COVID-19: обзор основных методов

Нельзя ПЦР или ИФА-диагностикой заменить все существующие методы исследования. 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. Процесс самой ПЦР (полимеразной цепной реакции), как метод амплификаци нуклеиновых кислот in vitro рассмотрим отдельно (Прим. Отличия ПЦР-диагностики от других методов лабораторного исследования заключаются в следующем.

Микробиологические исследования

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.

Как работает ПЦР Для проведения анализа необходимо сложное, современное оборудование. 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».

При последующем делении материнской клетки каждая дочерняя получает по 1 копии молекулы ДНК. Многие методы секвенирования ДНК основаны на взаимной комплементарности цепей этой молекулы. Этот принцип лежит в основе амплификации см. Итак, нуклеотидный состав ДНК подчиняется правилам Э. Чаргаффа: 1. Итак, комплементарность дополнительность применительно к ДНК выражается в том, что напротив, каждого азотистого основания одной цепи находится строго определенное азотистое основание другой цепи, причем одно из них пурин, другое - пиримидин сравни с рис. Новый взгляд на микромир Развитие методов молекулярной биологии вывело ученых на новый уровень понимания процессов симбиоза человека и его микрофлоры, которые казались хорошо изученными и от дальнейшего изучения которых не ждали особых сюрпризов. Стремительный рост скорости и падение стоимости методов секвенирования ДНК определения ее нуклеотидной последовательности и параллельный рост мощности персональных компьютеров и развитие интернета дали возможность анализировать информацию о крупных участках геномов.

После того как были расшифрованы хромосомы сотен видов отдельных бактерий, в генетике микроорганизмов появился новый подход — популяционный: анализ генов сразу всех бактерий, населяющих определенный ареал. Разумеется, население «человеческого биореактора» оказалось одной из наиболее важных для изучения микробных популяций. Первая работа, заставившая совершенно по-новому взглянуть на кишечную микробиоту, была опубликована в 1999 году группой ученых из Национального института агрономических исследований Франция и Университета Ридинга Великобритания. Авторы решили применить для исследования микробной популяции кишечника метод секвенирования генов 16S РНК. Однако, не всегда знание данных признаков позволяет с уверенностью определить систематическую принадлежность к тому или иному роду и виду. Широко, например, известен полиморфизм бифидобактерий , что затрудняет их определение систематику. Вилочковидная форма бифидобактерий как правило возникает на бедных средах. При выделении новых культур используют богатые среды, поэтому часто наблюдаются прямые палочки, коккобациллы, порой они образуют даже цепочки клеток.

Довольно часто при первичной идентификации лактобациллы можно отнести к бифидобактериям. Описанные в литературе родоспецифичные праймеры обладают недостаточной специфичностью, что может приводить к ложноположительным результатам. На гифке выше - Модель малой субъединицы рибосомы Thermus thermophilus. РНК показана оранжевым, белок — фиолетовым. Чтобы избежать ложноположительных результатов при первичной идентификации штаммов, для окончательной идентификации выделенных бифидобактерий и др. На рисунке сверху: Структура гена 16S. Девять переменных областей V1-V9 изображены зеленым цветом. Фиолетовые полосы указывают на участки гена, которые в основном используются для бактериальной классификации при амплификации и секвенировании на основе ПЦР.

Секвенирование биополимеров белков и нуклеиновых кислот — ДНК и РНК — определение их аминокислотной или нуклеотидной последовательности. Константа седиментации равна 16S единиц Сведберга ; константы двух других молекул равны 5 и 23S. Длина 16S рРНК - около 1600 нуклеотидов. У эукариот существуют аналогичные рибонуклеиновые кислоты 18S рРНК, состоящие приблизительно из 2500 нуклеотидов. Итак, первый этап определения микроорганизмов - их культивирование на питательных средах. Но ряд микробов не желают расти ни на одной из сред некультивируемые : Современные методики Изучать ранее недоступные некультивируемые бактерии и начать наводить порядок в донельзя запутанной систематике уже известных прокариот стало возможным с развитием биоинформатики и появлением современных методов молекулярной биологии - ПЦР полимеразной цепной реакции , позволяющей из одного участка ДНК получить миллиарды точных копий, клонирования выделенных генов в бактериальных плазмидах и методик секвенирования последовательностей нуклеотидов, полученных в достаточном для анализа количестве. Идеальным маркером для идентификации микроорганизмов оказался ген, кодирующий 16S рибосомальную РНК каждая из двух субъединиц рибосом — клеточных мастерских по синтезу белка — состоит из переплетенных молекул белков и цепочек рибонуклеиновых кислот. Идеальный маркер Этот ген есть в геноме всех известных бактерий и архей, но отсутствует у эукариот и вирусов, и если вы нашли характерную для него последовательность нуклеотидов - вы точно имеете дело с генами прокариот.

Этот ген имеет как консервативные участки, одинаковые у всех прокариот, так и видоспецифичные. Консервативные участки служат для первого этапа полимеразной цепной реакции — присоединения исследуемой ДНК к праймерам затравочным участкам ДНК, к которым изучаемая цепочка нуклеотидов должна присоединиться для начала анализа остальной последовательности , а видоспецифичные - для определения видов. Степень схожести видоспецифичных участков отражает эволюционное родство разных видов. Для клонирования и последующего анализа можно использовать саму рибосомальную РНК, которая в любой клетке присутствует в большем количестве, чем соответствующий ей ген. Нуклеотидные последовательности 16S рРНК всех известных бактерий и архей общедоступны. Выявленные последовательности сравнивают с имеющимися в базах данных и идентифицируют вид бактерии или объявляют ее принадлежащей к некультивируемому виду. Новая систематика В последнее время идет интенсивный пересмотр старой, фенотипической классификации бактерий, основанной на плохо формализуемых критериях — от внешнего вида колоний до пищевых предпочтений и способности окрашиваться разными красителями. Новая систематика опирается на молекулярные критерии 16S РНК и только отчасти повторяет фенотипическую.

Что у нас внутри Кодирующие последовательности 16S РНК с помощью полимеразной цепной реакции ПЦР извлекали непосредственно из «окружающей среды» - 125 мг человеческого, извините, стула встраивали в плазмиды кишечной палочки не потому, что она кишечная, а потому, что Escherichia coli - одна из любимых рабочих лошадок молекулярных биологов и снова выделяли из культуры размножившихся бактерий. Таким образом была создана библиотека генов рибосомной 16S РНК всех микроорганизмов, находившихся в образце. После этого случайным образом было отобрано и секвенировано 284 клона. Три четверти микрофлоры, находящейся в кишечнике каждого человека, больше сотни лет избегали внимания исследователей, вооруженных методами классической микробиологии! Ученые просто не могли подобрать условия для культивирования этих бактерий, потому что самые капризные обитатели кишечника отказывались расти на традиционных микробиологических средах. На сегодняшний день при помощи молекулярных методов установлено, что в микробиоте взрослого человека представлены 10 из 70 крупных бактериальных таксонов дополнительно о секвенировании 16S рРНК см. В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде. В результате секвенирования перекрывающихся участков ДНК получают последовательности участков генов, целых генов, тотальной мРНК и даже полных геномов организмов.

Рассмотрим сначала ДНК. 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.

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.

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. По нарастанию интенсивности флуоресцентного сигнала с помощью программного обеспечения, прилагаемого к амплификатору, вычисляется концентрация исходной матрицы ДНК. Данный участок ДНК уникален и не характерен ни для одной инфекции на земле. Специфичность задается нуклеотидной последовательностью праймеров, что исключает возможность получения ложных результатов, в отличие от метода иммуноферментного анализа, где нередки ошибки в связи с перекрестно-реагирующими антигенами.

ПЦР-диагностика обнаруживает наличие возбудителей инфекционных заболеваний в тех случаях, когда другими методами иммунологическими, бактериологическими, микроскопическими это сделать невозможно.

Хламидиоз, уреаплазмоз, микоплазмоз и прочие венерические инфекции. На ранних стадиях патологического процесса есть риск не заметить симптомы. Но именно этот момент — лучший для терапии. Поскольку дальше начинаются необратимые изменения в органах и системах.

Болезнь не удается взять под контроль, обеспечить продолжительную жизнь пациенту также невозможно. ПЦР назначается для раннего выявления патологического процесса. Генетические аномалии Любого типа. Потому методика представляет такую ценность для диагностики наследственных аномалий. Способ не до конца освоен, потому считается перспективным.

Как уже было сказано, с помощью методики можно установить отцовство. Используется отдельная модификация анализа. Подготовка к исследованию Меры зависят от того, какой биоматериал будут брать. Вот некоторые варианты: Моча Изучение урины требуется, когда проводят диагностику мочеполовых инфекций, поражений венерического плана у мужчин и женщин. У первых методика применяется не всегда.

Часто ее заменяют забором соскоба из уретры. Перед проведением обследования, накануне запрещена гигиена репродуктивных органов. Анализ сдают в течение суток с момента подозрительного полового акта. Но это не строгое требование, а скорее рекомендация по раннему выявлению патологического процесса. Кровь Также ее отдельные компоненты: сыворотка и пр.

Забирают для определения гепатитов разных форм, дифференциальной диагностики патологий печени, выявления герпеса, СПИДа, также при обследовании на предмет генетических аномалий. Особых правил подготовки в этом случае нет. Кровь сдают натощак, это единственное требование к пациенту. Мокрота Отделяемое слизистой оболочки дыхательных путей. Исследуется для диагностики респираторных патологий, пневмонии, бронхита, определения источника процесса.

Также в рамках выявления других поражений: будь то легочные формы микоплазмоза или прочие. Специальная подготовка не требуется. Биоптат Биологический материал слизистой оболочки пищевода и желудка. Используется для диагностики причин язвы, гастрита и прочих патологий этой области. Например, таким способом удается надежно обнаружить хеликобактер, который чаще всего и оказывается виновником патологических процессов.

Подготовки опять же не нужно. Соскобы со слизистых оболочек Используются особенно часто. В основном, в рамках выявления венерических заболеваний, коронавируса. Но не только. Достаточно временно ограничить гигиену половых органов или полости рта, чтобы не смыть следы патогенной флоры, вирусов.

Другие биологические жидкости Будь то ликвор, секрет предстательной железы и прочие.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Особенности

Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Особенности
Полимеразная цепная реакция — Википедия
История открытия и разработка метода пцр
В чем суть полимеразной цепной реакции?
ПЦР анализ: что это такое? На какие 12 инфекций сдается?
Анализ ПЦР: суть метода и его преимущества

ПЦР: что это такое? Диагностика инфекционных заболеваний методом полимеразной цепной реакции

Как проводят анализ методом ПЦР: описание процедуры	Характеристика метода ПЦР. Исследование при помощи полимеразной цепной реакции относится к количественным анализам.
Отечественные решения для автоматизации и цифровизации ПЦР-исследований — PCR News	производстве и внедрении высокотехнологичного оборудования и реагентов для исследований методом ПЦР.
Методы диагностики ВИЧ-инфекции: сроки и достоверность исследований	Метод ПЦР позволяет выявить наличие определенной ДНК последовательности с мутацией и подтвердить диагноз.

Что такое ПЦР анализ

Основу процесса исследования составляет метод ПЦР в реальном времени, который зарекомендовал себя как очень быстрый и чувствительный способ, подчеркивают в Роспотребнадзоре. В России начали внедрять в клиническую практику ПЦР-анализы на коронавирусную инфекцию по любым доступным пробам биологических жидкостей. 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.

Что такое ПЦР-тест? Методика, преимущества и недостатки анализа

Встречаемость Enterococcus spp и генов обуславливающих резистентность, при анализе методом ПЦР в реальном времени. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — важнейший лабораторный метод исследования тонкой молекулярной структуры генетического материала. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания. ПЦР, или полимеразная цепная реакция, представляет собой метод лабораторного исследования различных биологических жидкостей.

Содержание

Диагностика ВИЧ: методы и исследования
ПЦР-диагностика
При каких видах рака нужна молекулярно-генетическая диагностика?
Диагностика ВИЧ: методы и исследования

Новости метод исследования пцр