Этап идентификации размноженного генетического материала

Собственно ПЦР на этом заканчивается и далее идет не менее значимый этап идентификации. Для идентификации используют метод электрофореза или меченые «затравки». При использовании электрофореза полученные нити ДНК разделяются по размерам, и наличие фрагментов ДНК разной длины свидетельствует о положительном результате анализа (то есть о наличии того или иного вируса, бактерии и т.д.). При использовании меченых «затравок», к конечному продукту реакции добавляют хромоген (краситель), вследствие чего ферментативная реакция сопровождается образованием окраски. Развитие окраски прямо свидетельствует, что вирус или другой выявляемый агент присутствуют в исходной пробе.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) - экспериментальный метод молекулярной биологии, который представляет собой специфическую амплификацию нуклеиновых кислот, индуцируемую синтетическими олигонуклеотидными праймерами in vitro.

Идея разработки метода ПЦР принадлежит американскому исследователю Kary Mullis, который в 1983 г. создал метод, позволивший амплифицировать ДНК в ходе циклических удвоений с помощью фермента ДНК-полимеразы в искусственных условиях. Через несколько лет после опубликования этой идеи, в 1993 г., К. Mullis получил за нее Нобелевскую премию.

64)компоненты реакции. Праймер. Амплификатор

Компоненты полимеразной цепной реакции. Компоненты, используемые в ПЦР, следующие: Taq-ДНК-полимераза, дезоксирибонуклеотидтрифосфаты, буферный раствор, «прямой» и «обратный» праймеры, а также ДНК-матрица. Фермент Taq-ДНК-полимераза. При оптимальных условиях в реакционной смеси ПЦР (50-100 мкл) фермент содержится в количестве 0,5-2 единиц на пробу. Taq-ДНК-полимераза синтезирует цепь ДНК до 1000 пар оснований в минуту. Увеличивая время полимеризации и подбирая новые разновидности ДНК-полимеразы, обладающие и экзонуклеазной (редактирующей) активностью, вырезающей ошибочные (некомплементарные) нуклеотиды, удалось получить очень

длинные амплифицированные ДНК - до 42 тыс. пар оснований (Лонг-ПЦР). Избыток Таq-ДНК-полимеразы увеличивает образование неспецифических продуктов ПЦР.

dNTP. Дезоксирибонуклеотидтрифосфаты (dNTP), используемые в ПЦР, следующие: dATP, dGTP, gTTP, dCTP. dNTP содержатся в реакционной смеси в эквивалентных концентрациях от 200 до 500 мкм, так как избыток какого-либо из них увеличивает ложное спаривание нуклеотидов в ПЦР. Праймеры. Специфичность ПЦР основана на образовании комплементарных комплексов между матрицей и праймерами, каждый из последних комплементарен одной из цепей двухцепочечной матрицы, обрамляет начало и конец амплифицируемого участка (рис. 6.4).

Поскольку праймеры каждый раз встраиваются в амплифицируемые фрагменты ДНК-матрицы (амплификоны), то они должны в реакционной смеси ПЦР присутствовать в избытке, и концентрация их составляет 0,5-1 мкМ. Специфичность получаемого продукта

ПЦР в значительной степени определяется так называемой температурой отжига праймеров, при которой они взаимодействуют с комплементарными участками ДНК-матрицы, образуя двухцепочечные структуры.

Буферная система. 10-кратный буфер для ПЦР чаще всего имеет состав: 0,5 М KCl; 0,2 М Трис-HCl, pH 8,4; 25 мМ MgCl₂; 1 мг/мл бычьего сывороточного альбумина (БСА) - пример стандартной прописи буферной системыПраймеры

Специфичность ПЦР основана на образовании комплементарных комплексов между матрицей и праймерами, короткими синтетическими олигонуклеотидами длиной 18—30 оснований. Каждый из праймеров комплементарен одной из цепей двуцепочечной матрицы и ограничивает начало и конец амплифицируемого участка.

После гибридизации матрицы с праймером (отжиг^[13]), последний служит затравкой для ДНК-полимеразы при синтезе комплементарной цепи матрицы (см. ниже).

Важнейшая характеристика праймеров — температура плавления (T_m) комплекса праймер-матрица.

T_m — температура, при которой половина ДНК-матриц образует комплекс с олигонуклеотидным праймером. Усредненная формула подсчета T_m для короткого олигонуклеотида (и для длинных фрагментов ДНК), с учётом концентрации ионов K⁺ и DMSO:

,^[14]

где L — количество нуклеотидов в праймере, K⁺ — молярная концентрация ионов калия, G+C — сумма всех гуанинов и цитозинов.

В случае неверного выбора длины и нуклеотидного состава праймера или температуры отжига возможно образование частично комплементарных комплексов с другими участками матричной ДНК, что может привести к появлению неспецифических продуктов. Верхний предел температуры плавления ограничен оптимумом температуры действия полимеразы, активность которой падает при температурах выше 80 °C.

При выборе праймеров желательно придерживаться следующих критериев:

· GC-состав ~ 40—60 %;

· близкие T_m праймеров (отличия не более, чем на 5 °C);

· отсутствие неспецифических вторичных структур — шпилек^[15] и димеров^[16];

· желательно, чтобы на 3’-конце был гуанин или цитозин, поскольку они образуют три водородные связи с молекулой матрицы, делая гибридизацию более стабильной

ПЦР проводят в амплификаторе — приборе, обеспечивающем периодическое охлаждение и нагревание пробирок, обычно с точностью не менее 0,1 °C. Современные амплификаторы позволяют задавать сложные программы, в том числе с возможностью «горячего старта», Touchdown ПЦР (см. ниже) и последующего хранения амплифицированных молекул при 4 °C. Для ПЦР в реальном времени выпускают приборы, оборудованные флуоресцентным детектором. Существуют также приборы с автоматической крышкой и отделением для микропланшет, что позволяет встраивать их в автоматизированные системы

65) какие заболевания можно диагностировать ПЦР методом

С помощью методики диагностируют следующие заболевания:

• Вирус иммунодефицита человека

ПЦР исследование при подозрении на заражение человека ВИЧ-инфекцией является едва ли не золотым стандартом. С его помощью удается обнаружить в организме этот опасный вирус, который приводит к сильнейшим изменениям в иммунной системе.

• Герпес

Выявить герпес с помощью этого подхода можно не только в стадии обострения, но и во время ремиссии заболевания. Что гораздо важнее, как говорят врачи, появляется также возможность точно определить генотип патогена. А значит и подобрать правильное лечение.

• Различные инфекции мочеполовых путей

В это группу входят гонорея, микоплазмоз, уреаплазмоз, хламидиоз, трихомониаз и др. Список весьма обширен и включает в себя около 30 возбудителей. ПЦР методика постепенно вытесняет более классические методы, такие как микроскопия и посев. Объясняется это тем, что классические способы диагностики требуют большого количества времени. А оно может быть по-настоящему важным в лечении.

• Гепатиты

ПЦР на гепатиты позволило сделать настоящий прорыв в лечении этих опасных не только для здоровья, но и для жизни заболеваний. Сейчас без полимеразной реакции нельзя представить себе не только правильное определение вида вируса. Но и назначение адекватной терапии пациентам, столкнувшимся с этими вирусными болезнями.

• Вирус папилломы человека

ВПЧ - еще один распространенный вирус, который диагностируется с помощью цепной полимеризации. Причем часто важно не просто определить наличие вируса, но и установить, что это за штамм. Исследование играет роль для представительниц прекрасного пола. Дело в том, что многие женщины страдают от ВПЧ, некоторые штаммы которого могут способствовать формированию рака шейки матки. Только своевременная диагностика и принятие мер помогут в этом случае избежать беды.

• Цитомегаловирус

Цитомегаловирусная инфекция, как и ВПЧ, распространена довольно широко. Наибольшую угрозу она представляет для беременных женщин. Так как способствует рождению ребенка с различными дефектами, иногда вплоть до летального исхода. На цитомегаловирус и антитела к нему проверяют многих беременных представительниц прекрасного пола.

• Туберкулез

Полимеразная цепная реакция в диагностике этой болезни играет не последнюю роль.

 

 

[1] https://newlab-med.ru/paczientam/poleznaya-informacziya/faktoryi,-vliyayushhie-na-rezultatyi-analizov.html