Согласно руководству ВОЗ, анализы на коронавирус COVID-19 должны проводиться методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с обратной транскрипцией.
ПЦР-тестирование: как работает метод ПЦР в диагностике
Реакция ПЦР-амплификации во многие тысячи раз упростила, ускорила и удешевила процесс выделения специфического фрагмента ДНК, например, какого-то гена. – Большинство генетических тестов, которые вошли в широкую практику, основаны на принципе полимеразной цепной реакции. Процесс самой ПЦР (полимеразной цепной реакции), как метод амплификаци нуклеиновых кислот in vitro рассмотрим отдельно (Прим. 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. 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.
Ложноположительный ПЦР: Почему так бывает?
Всё это оставляет метод применимым только внутри лаборатории. Он представляет собой плашку из полидиметилсилоксана, на которой расположены лунки, соединенные каналом и содержащие активатор реакции. Каплю крови помещают в начало канала, по которому она движется, постепенно заполняя все лунки. При этом они отделены от канала порогом, который пропускает плазму, но не клетки крови, что позволило разработчикам чипа избавиться от стадии центрифугирования.
По каналу кровь движется за счет вакуумной системы, которую авторы чипа называют «легким». Оно состоит из вакуумного отсека, который медленно отсасывает воздух из емкостей чипа через тонкие газопроницаемые стенки. Чип имеет два «легких», одно из которых тянет кровь вдоль канала, а другое — затягивает ее в лунки.
Она позволяет обнаружить, проанализировать и измерить специфические последовательности гена в образце ДНК пациента, не клонируя его и не прибегая к блоттингу. Анализ можно выполнять даже из нескольких клеток буккального эпителия после полоскания рта, из единственной клетки, взятой у 3-дневного эмбриона, содержащего четыре или восемь клеток, из спермы во влагалищном тампоне, полученном от жертвы изнасилования, или из капли сухой крови на месте преступления. Если построить график увеличения вещества, синтезированного в начале ПЦР, мы получим на полулогарифмическом графике прямую линию, показывающую, что объем продукта удваивается с каждым циклом. Количество циклов, требуемых для достижения некоего произвольного порога, зависит от того, сколько шаблона первоначально присутствовало в начале ПЦР: чем меньше циклов необходимо для достижения данного порога, тем больше шаблона, по-видимому, присутствовало вначале. Важно, чтобы эффективность амплификации образца А и образца Б были сравнимыми, то есть два прямых сегмента на графике должны быть параллельными. Дата обновления публикации: 18.
Циклы Весь процесс ПЦР повторяется несколько раз, образуя циклы. Каждый цикл включает денатурацию, опримирование и экстенсию. Количество циклов зависит от того, сколько копий фрагмента ДНК мы хотим получить. Эти копии могут быть использованы для дальнейших исследований, таких как секвенирование ДНК, генетический анализ или диагностика заболеваний. Праймеры Праймеры — это короткие одноцепочечные фрагменты ДНК, которые специфически связываются с определенными участками шаблонной ДНК. Они служат начальной точкой для синтеза новой ДНК-цепи. Они включают в себя аденин A , тимин T , гуанин G и цитозин C. В реакции ПЦР используются все четыре дезоксирибонуклеотида. Буферная смесь Буферная смесь содержит оптимальные условия для проведения реакции ПЦР, включая оптимальный pH и концентрацию ионов. Она также может содержать добавки, такие как глицерол или DMSO, которые помогают улучшить эффективность реакции. Все эти компоненты смешиваются вместе в пробирке и помещаются в термоциклер, который обеспечивает необходимые температурные условия для проведения реакции ПЦР. Каждый цикл состоит из трех основных шагов: денатурации, отжиг и элонгация. Денатурация Первый шаг температурного цикла — денатурация, при которой двухцепочечная ДНК разделяется на две одноцепочечные цепи. Отжиг После денатурации температура снижается до оптимального значения для специфической праймерной пары, которая предназначена для амплификации конкретного участка ДНК. Этот процесс называется элонгацией. ДНК-полимераза использует свободные нуклеотиды, которые находятся в реакционной смеси, чтобы продлить праймер и синтезировать новую цепь ДНК. После завершения одного цикла, процесс повторяется множество раз, обычно от 20 до 40 циклов, чтобы получить достаточное количество амплифицированной ДНК. Применение ПЦР в научных и медицинских исследованиях Идентификация генетических заболеваний ПЦР широко используется для идентификации генетических заболеваний. С помощью ПЦР можно обнаружить наличие или отсутствие конкретных мутаций в геноме пациента. Это позволяет раннюю диагностику и предсказание риска развития заболевания. Определение родства и идентификация личности ПЦР может быть использован для определения родства и идентификации личности. С помощью ПЦР можно сравнивать генетические профили разных людей и определять, есть ли у них общие гены.
Кроме того, большой избыток праймеров в реакционной смеси ПЦР приводит к тому, что они с большей вероятностью сталкиваются с частично комплементарным праймером, чем с полностью комплементарной ДНК матрицой. Таким образом, следует избегать комплементарностипраймеров друг другу. Этот фермент довольно часто используется при проведении стандартной ПЦР. Таким образом, она может оставаться активной после каждого из шагов денатурации. Для оптимального включения оснований в синтезируемую цепь ДНК их обычно добавляют к реакционной смеси ПЦР в эквимолярных количествах. Как правило, конечная концентрация каждого дезоксинуклеозидтрифосфата составляет 0,2 мМ. Буфер — смесь катионов и анионов используемая в определенной концентрации, обеспечивающая оптимальные условия для реакции, а также стабильное значение рН. Значение рН буфера колеблется от 8,0 до 9,5 и стабилизируется Трис-HCl. Одним из компонентов буфера Taq-полимеразы является ион калия KCl , который способствует отжигу праймеров. Буферная концентрация ионов магния является еще одним важным фактором для правильного функционирования ДНК-полимеразы. Ионы магния служат кофактором для ДНК полимеразы. Анализируемый образец — вносимый в реакционную смесь препарат, обычно содержащий искомую ДНК, служащую мишенью для амплификации. В случае отсутствия ДНК-мишени продукт не образуется. Иногда для удобства детекции или контроля эффективности в состав реакционной смеси могут быть внесены дополнительные компоненты. Внутренние контроли — несвойственный данному организму фрагмент ДНК, как правило, большего размера, ограниченный специфическими праймерами. Практически представляет собой альтернативную матрицу ПЦР и позволяет контролировать эффективность амплификации в каждой конкретной пробирке. ДНК-зонды — искусственно синтезированные олигонуклеотиды небольшого размера около 30 нуклеотидов , комплементарные специфическим ампликонам продуктам реакции. Могут использоваться для детекции продуктов ПЦР, благодаря прикрепленным к ним изотопным или флуоресцентным меткам. Эти компоненты способны понижать температуру денатурации матрицы или стабилизируют ДНК-полимеразу. Если в пробе имеется искомая ДНК, с ней происходит ряд последовательных цикличных реакций, которые различаются температурными режимами. Ход реакции Амплификация может включать в себя множество циклов, но все они состоят из трёх этапов: денатурация, отжиг, элонгация [1]. Денатурация — процесс перехода двухнитевой формы ДНК в однонитевую из-за разрыва водородных связей между комплементарными парами оснований при воздействии высоких температур. Отжиг — процесс присоединения праймеров к одноцепочечной ДНК-мишени. Отжиг происходит благодаря правилу комплементарностиЧаргаффа. Без соблюдения этих условий праймеры не отжигаются. Элонгация синтез. Температура в реакционной смеси доводится до оптимума работы Taq-полимеразы. Таким образом, специфические фрагменты, ограниченные на концах праймерами, впервые появляются в конце второго цикла, накапливаются в геометрической прогрессии и очень скоро начинают доминировать среди продуктов амплификации.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР)
Притом что изобретение ПЦР-теста можно считать одним из важнейших открытий медицины, Кэри Муллис имел весьма неоднозначную репутацию в научных кругах. В своей книге «Голый танец в поле разума» он приводил аргументы против идей глобального потепления и истощении озонового слоя, доказывал научность астрологии, а также отрицал связь между вирусом иммунодефицита человека и СПИДом. В ней же он писал о заговоре экологов, правительств и учёных, которые продвигают свои корыстные интересы. Однако ни в книге , ни в многочисленных интервью , ни на персональном сайте Муллис не говорил о том, что ПЦР не должен использоваться для диагностики заболеваний. Более того, такая мысль противоречит самой предпосылке изобретения — Муллис искал способ, как упростить и удешевить диагностику заболеваний у плода. И, разумеется, он не мог назвать тестирование на COVID-19 научной ересью и пристыдить учёных — Кэри Муллис умер 7 августа 2019 года, тогда как первый официально задокументированный случай коронавирусной инфекции произошёл не ранее ноября 2019-го.
Предположительно, сетевые конспирологи взяли идею о том, что тест, по мысли его создателя, не должен использоваться для диагностики заболеваний, из статьи Джона Лауритсена, в которой он цитирует слова Кэри Муллиса: «Количественная ПЦР — это оксюморон». И действительно, полимеразная цепная реакция способна определять лишь присутствие патогена в пробе, но не его количество. Лауритсен ставит под сомнение один из методов антиретровирусной терапии — приём ингибиторов протеазы, — так как на момент написания статьи, как он утверждает, они не одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США FDA. Однако автор ошибается — первый ингибитор протеазы получил патент FDA 6 декабря 1995 года. Далее он пишет : «Что делает ПЦР, так это выбирает генетическую последовательность, а затем чрезвычайно усиливает её.
Она подобна поиску иголки в стоге сена. Как и антенна с электронным усилителем, ПЦР значительно усиливает сигнал, но также значительно усиливает шум. Поскольку усиление экспоненциально, малейшая ошибка в измерении, малейшее загрязнение может привести к ошибкам многих порядков». То есть даже Лауритсен не говорит о том, что ПЦР нельзя использовать при диагностике заболеваний, он лишь предупреждает о недопустимости контаминации загрязнения инструмента для взятия пробы.
А поскольку они специфичны и строго индивидуальны для каждого микроорганизма или живого существа за счет уникальности последовательности нуклеотидов во фрагментах, ошибка в определении целевого ДНК или РНК исключена. Генетическая информация любого живого организма записывается в ДНК. Эта молекула состоит из двух цепочек, сплетающихся в единую спираль.
Для каждого организма, включая вирусы, бактерии и грибки, последовательность нуклеотидов уникальна. Ее можно сравнить с отпечатком пальца или сканом сетчатки глаза человека. Укороченные последовательности нуклеотидов, характерные для каждого вида патогена возбудителя опасных заболеваний , хранятся в базах научных лабораторий в виде праймеров — отдельных участков ДНК, типичных для только конкретного возбудителя. Эти участки значительно короче любой молекулы ДНК. Такие праймеры присоединяются к ДНК возбудителя в пробе и под действием катализаторов многократно воспроизводят свои дубли. Этот процесс называются «репликация» — многократное увеличение, дублирование искомого участка до тех пор, пока он не станет доступен для определения. Процесс репликации возможен только при наличии в пробе ДНК возбудителя.
Преимущества метода ПЦР Высокая специфичность. Метод ПЦР определяет заданную последовательность нуклеотидов, присущую конкретному патогену. Исключен риск ложноположительных результатов. Для ПЦР достаточно всего несколько молекул ДНК патогена или даже уже неактивных — разрушенных вирусных частиц, сохранивших специфические участки ДНК в достаточном количестве , чтобы он был обнаружен в ходе исследования. Скорость проведения. Лаборатория получает результат ПЦР-теста через несколько часов, клиент — уже на следующий день. Скорость диагностики имеет принципиально важное значение для своевременного лечения.
Что представляет собой ПЦР Анализ абсолютно специфичен. При правильном выполнении он не может дать ложноположительный результат, поэтому его используют для диагностики инфекционных и наследственных заболеваний, для установления отцовства, клонирования генов, введения мутаций, выделения новых генов. В основу положена возможность значительно увеличивать малые концентрации определенных фрагментов ДНК. Для исследования потребуется небольшое количество биоматериала, например крови, слюны или мазок из половых органов. Анализ проводят в искусственных условиях in vitro. ДНК содержит генетическую информацию любого живого организма. Молекула состоит из двух цепочек, сплетающихся в единую спираль.
Их последовательность уникальна для каждого организма, как отпечаток пальца или скан сетчатки глаза. Поскольку для каждого возбудителя зарегистрированы типичные укороченные последовательности нуклеотидов, то они хранятся в лабораториях в виде праймеров. Их в свою очередь присоединяют к ДНК возбудителя в пробе, и они многократно воспроизводят свои дубли под действием катализаторов. Многократное увеличение происходит до тех пор, пока участок не станет доступным для определения и только при наличии в биоматериале ДНК патогена. Преимущества ПЦР-диагностики Заслуженная популярность метода заключается в простом исполнении, показателях чувствительности и специфичности.
ПЦР в реальном времени отслеживается благодаря графикам, отражающимся на мониторе подключенного к амплификатору ПК. График отображает кривую накопления продукта ПЦР. В течении первых циклов ПЦР идет наработка продукта, однако его количество, оцениваемое по интенсивности флуоресцентного излучения, не превышает базового уровня.
Когда продукт начинает синтезироваться по экспоненте, то кривая на графике резко идет вверх. В этот период достигаются оптимальные условия проведения ПЦР — продукт нарабатывается, и ни один из реагентов не ингибирует прохождение реакции. Интенсивность флуоресценции в экспоненциальной фазе используется для расчета данных. Позднее некоторые реактивы начинают ингибировать ПЦР, запасы нуклеотидов для синтеза заканчиваются, а на графике становится видно, как выработка продукта выходит на плато [7]. Приложение метода Метод используется для быстрого обнаружения и количественного определения нуклеиновых кислот в биологических образцах для анализа экспрессии генов, обнаружения мутаций, определения статуса рака, анализа микроРНК, детекции генетически модифицированных организмов, обнаружения и определения количества бактерий, вирусов и измерения вирусной нагрузки. Благодаря своей универсальности метод ПЦР в реальном времени используется во многих областях исследований, включая биомедицину, микробиологию, ветеринарию, сельское хозяйство, фармакологию, биотехнологию и токсикологию [4]. Источники Templeton N. The polymerase chain reaction.
«Вероятность обнаружить вирус снижается». Когда нужно сдавать ПЦР-тест
| 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. |
| Умер нобелевский лауреат Кэри Муллис — изобретатель полимеразной цепной реакции ДНК / Хабр | это метод диагностики, широко применяемый в современной медицине. |
| Чем отличается ПЦР от антител на КОВИД тест? | If you have Telegram, you can view and join right away. |
| ПЦР-тестирование: как работает метод ПЦР в диагностике | Они провели исследование и смогли разработать ПЦР-тест, который может в несколько раз повысить точность диагностики. |
Важные сведения об использовании продукции BIOplastics в ПЦР и Real Time ПЦР анализах
То есть BRCA мутации приводят к ранней манифестации появлению заболевания. Такие мутации по наследству не передаются. Какие существуют возможности лекарственного лечения опухолей, ассоциированных с мутациями BRCA? Механизм действия таких препаратов основан на накоплении двунитевых разрывов в опухолевых клетках и их последующей гибели. PARP-ингибиторы одобрены для использования в 1 линии метастатического трижды негативного рака молочной железы, для лечения кастрационно-резистентного устойчивого к гормональной терапии рака предстательной железы, для проведения поддерживающей терапии терапия, которую проводят после завершения основного курса лечения после первой линии терапии рака яичников, рака поджелудочной железы. Какой метод диагностики мутаций выбрать? На данный момент существует два способа определения мутации: методом ПЦР полимеразная цепная реакция и NGS метод секвенирования нового поколения. Оптимальным материалом для исследования наследственных мутаций является венозная кровь.
Полимеразная цепная реакция ПЦР, PCR — это точный метод лабораторной диагностики, который используют для выявления возбудителей инфекционных заболеваний. В 1983 году его открыл американский ученый Кэри Мюллис, за что впоследствии и получил Нобелевскую премию. Изначально метод использовался в основном для научных целей, но затем, разглядев перспективность и эффективность, его стали продвигать в практическую медицину. Что представляет собой ПЦР Анализ абсолютно специфичен. При правильном выполнении он не может дать ложноположительный результат, поэтому его используют для диагностики инфекционных и наследственных заболеваний, для установления отцовства, клонирования генов, введения мутаций, выделения новых генов. В основу положена возможность значительно увеличивать малые концентрации определенных фрагментов ДНК. Для исследования потребуется небольшое количество биоматериала, например крови, слюны или мазок из половых органов. Анализ проводят в искусственных условиях in vitro. ДНК содержит генетическую информацию любого живого организма. Молекула состоит из двух цепочек, сплетающихся в единую спираль. Их последовательность уникальна для каждого организма, как отпечаток пальца или скан сетчатки глаза. Поскольку для каждого возбудителя зарегистрированы типичные укороченные последовательности нуклеотидов, то они хранятся в лабораториях в виде праймеров.
Что показывает анализ ПЦР Анализ позволяет обнаружить присутствие генетического материала инфекционных возбудителей. ПЦР в гинекологии и в урологии широко применяется для выявления скрытых и труднодиагностируемых инфекций. Принцип работы За генетическую информацию в живом организме любого размера отвечает ДНК — двухспиральная дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из последовательности четырех нуклеотидов, которые принято обозначать буквами А аденин , Г гуанин , Т тимидин и Ц цитозин. Одно из основных правил генетики — правило комплементарности, то есть нуклеотиды соседних спиралей ДНК соединяются только в определеном порядке: А с Т, Г с Ц, и никак иначе. Рисунок 1. Схема трех стадий полимеразной цепной реакции. Некоторые виды микроорганизмов, например, вирус иммунодефицита человека, хранят генетическую информацию в другой нуклеиновой кислоте — РНК, но и её фрагменты можно находить с помощью ПЦР. Именно на обнаружении этого небольшого, но уникального для каждого отдельного организма участка и построен принцип ПЦР. Для каждого возбудителя создан свой специфический генетический детектор, эталонный фрагмент ДНК, который по принципу комплементарности точно обнаруживает «свой» фрагмент ДНК и запускает реакцию создания огромного количества его копий. Один цикл ПЦР длится около трёх минут, количество копий растёт в геометрической прогрессии. Таким образом, за несколько часов количество фрагментов увеличивается в несколько миллиардов раз. Понятно, что теперь определить, какой возбудитель у данной конкретной инфекции, достаточно легко. Достоинства Теория — это, безусловно, замечательно, но что мы имеем на выходе? Какую практическую выгоду получает человек, когда отправляется на поиски вредоносных микроорганизмов, вооруженный ПЦР? Безусловно, одно из главных достоинств — это универсальность метода. Оборудование, используемое для ПЦР, стандартно, оно не зависит от того, что именно и где именно мы ищем.
К массовому выпуску приступил один из разработчиков нового продукта, два других начинают производство. Олег Гусев, ведущий научный сотрудник Научно-клинического центра прецизионной и регенеративной медицины Казанского федерального университета и института физико-химических исследований RIKEN Япония помог РБК Тренды разобраться в том, как устроено тестирование на коронавирус в России и в мире. Как говорится в рекомендациях, на сегодня это самый точный и надежный метод диагностики вирусной инфекции. Он позволяет определить даже очень небольшое количество РНК вируса в биологическом материале человека. Это помогает выявить болезнь в инкубационном периоде. Изобретенный в 1983 году метод и сейчас считается фундаментальным в молекулярной диагностике. Американский ученый, который придумал способ значительного увеличения малых концентраций фрагментов ДНК в биологической пробе, получил за него Нобелевскую премию. Метод используют в археологии, криминалистике, генетике. Как работает ПЦР-тест Для анализа из физиологических жидкостей извлекают одноцепочечную РНК, моделируют на ее основе двуцепочечную ДНК и многократно дублируют с помощью специального фермента полимеразы. Увеличение числа копий ДНК называется амплификацией. При исследовании копируется только необходимый для теста участок ДНК. И, конечно, дублирование происходит только в том случае, если искомый участок вирусной ДНК или РНК присутствует в исследуемом биоматериале. В случае с коронавирусом мазок для анализа берут из ротоглотки или носоглотки, поскольку в крови или в кале вирус появляется на более продвинутой стадии болезни. Эти тесты были разработаны «Вектором» уже в начале января, основываясь на имеющихся данных о вирусе. Центр производит 500 тыс. По данным производителя, он поставляется в 15 крупнейших диагностических лабораторий страны: в том числе в частные лаборатории «Хеликс» и «Гемотест». Российско-японские тесты 20 марта Росздравнадзор дал разрешение на использование российско-японской диагностической системы по выявлению коронавируса, которую вывела на российский рынок компания «Эвотэк-Мирай Геномикс» EMG. Инвестором проекта выступил Российский фонд прямых инвестиций. Российско-японская технология для экспресс-диагностики COVID-19 является совместной разработкой японской компании «Mirai Genomics» и ее российского партнера «ООО «Генетические технологии», которая представляет собой как непосредственно тесты, так и портативные диагностические системы.
Борьба с поддельными ПЦР-тестами разводит руками
Они провели исследование и смогли разработать ПЦР-тест, который может в несколько раз повысить точность диагностики. Метод ПЦР в реальном времени может быть использован для быстрого и эффективного анализа однонуклеотидных полиморфизмов, связанных с развитием миомы матки. 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. ДНК-полимеразы. Стоит отметить, что в стандартной реакции ПЦР в реальном времени все образцы выйдут на плато и достигнут примерно одного уровня сигнала.
Цепная реакция: топ-инноваций на рынке тестирования методом ПЦР
Цифровая полимеразная цепная реакция (цПЦР) представляет собой биотехнологическое усовершенствование традиционных методов полимеразной цепной реакции. Первоначально сам принцип метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) был разработан Кэри Мюллисом в 1983г. это биотехнологическое усовершенствование традиционных методов полимеразной цепной реакции, которые могут быть использованы для непосредственного количественного. Цифровая полимеразная цепная реакция (цПЦР) представляет собой биотехнологическое усовершенствование традиционных методов полимеразной цепной реакции.