Роспотребнадзор (стенд)
Роспотребнадзор (стенд)
ПЦР – диагностика. Просто о сложном
ПЦР – диагностика. Просто о сложном
С чего она начиналась. Конечно, с предшествующих открытий ДНК, принципа комплементарности, составляющих её аминокослот и использования фермента полимеразы для увеличения количества фрагментов лизированной ДНК.
Что такое – ПЦР – диагностика? ПЦР – это полимеразная цепная реакция. Из названия становится ясно, что основной компонент реакции – фермент полимераза, причем необходима термоустойчивая разновидность. Цепная реакция – это потому, что протекает она по типу ядерной реакции. В короткое время обеспечивается увеличение количества определяемой нуклеиновой кислоты в 2-4-8-16 и т. д. раз в геометрической прогрессии…
Полимеразную цепную реакцию (ПЦР, PCR)изобрёл в 1983 году американский учёный Кэри Мюллис, работавший в области молекулярной биологии над созданием прибора под названием амплификатор.
Интересны обстоятельства, при которых у него появилась эта идея. Вот как это было… Открытию предшествовали размышления исследователя о проблеме разрушения обычной полимеразы в процессе воздействия высоких температур (до 95 град. С). В тёплую лунную майскую ночь биолог возвращался со своей дамой с дружеской вечеринки, девушка спала на заднем сидении кабриолета… Кэрри Мюллис вёл машину по пустынной дороге, освещенной лунным светом. И вот при таких романтических обстоятельствах у него появилась идея использовать полимеразу термоустойчивых бактерий, обитающих в термальных источниках!
В 1993 г. за воплощение в лабораторную практику молекулярной биологии этого изобретения он получил Нобелевскую премию.
В настоящее время ПЦР-диагностика является одним из самых точных и чувствительных методов диагностики инфекционных заболеваний, наследственных патологий, определения генетически модифицированных продуктов, идентичности биологического материала, в том числе в судебной практике.
ПЦР – диагностика стала необходимым элементом при постановке диагноза вирусных гепатитов В и С, назначении лечения интерферонами и его корректировке по дозам и срокам специфического лечения.
Различают методы ПЦР: с учётом по конечной точке методом электрофореза, флюоресцентной детекции на приборах «АЛА 1\4» (Латвия), «Джин» ( Россия), полуколичественный метод, и самый современный метод – в режиме реального времени с использованием надёжного специального оборудования.
Эпидемии гриппа А Н1N1 (Калифорния 09) 2009 г. и прошедшего эпидсезона 2015-2016 годов показали, что Роспотребнадзор по Республике Дагестан успешно справился с задачей диагностики гриппа и других острых респираторных вирусных инфекций у больных с тяжёлыми формами респираторной патологии.
ПЦР – диагностика с помощью мультиплексных тест-систем (на несколько инфекций) с успехом используется не только в диагностике ОРВИ, пневмоний, менингитов, а также для расшифровки вспышек пищевых токсикоинфекций, как на бактерии, так и на вирусы.
ПЦР-диагностика
Полимеразно-цепная реакция (ПЦР) – это одно из самых ярких достижений в сфере молекулярной биологии. Метод получил широчайшее распространение в разных областях науки. Благодаря очень высокой специфичности и чувствительности, метод ПЦР применяется в медицине, биологии, ветеринарии, криминалистике, санитарной службе и других отраслях деятельности человека.
Для анализа методом ПЦР можно использовать любые биологические материалы, которые содержат нуклеиновые кислоты (молекулу ДНК или РНК).
Принцип ПЦР- исследования
Кому мы обязаны появлением метода ПЦР?
Со слов американского биохимика Керри Мюллиса (Kary Mullis), идея идентифицировать живые организмы по короткому участку их генетического кода (ДНК) пришла ему в голову в 1983 году, по пути с работы домой. А в основе этой идеи, лежала работа другого американского биохимика, Артура Корнберга (Arthur Kornberg), которая в свое время не нашла отклика у научного сообщества.
Керри допустил возможность того, чтобы взять молекулу ДНК какого-либо организма, с помощью высокой температуры «распустить» ее спираль на две нити, специфическими маркерами-праймеры пометить уникальные для этого микроорганизма участки ДНК и затем, применив фермент ДНК-полимеразу, создать из двух нитей две новые молекулы ДНК. Но уже содержащие в себе меченные праймеры. И потом останется просто искать эти участки в диагностическом материале.
В итоге, корпорация CETUS, в которой работал Мюлис, выделила ему команду ученых. И в 1985 году, в издании Американского общества генетики человека, появилась публикация с теоретическим обоснованием ПЦР, как метода идентификации генетического материала живых организмов.
Как это все происходит в лаборатории
Выделение ДНК
Элонгация
Или синтез. После завершения процесса отжига, в реакционной смеси создают условия для активности полимеразы. Фермент, ориентируясь на молекулы праймеров (а не исходных нуклеиновых кислот), начинает синтез новых ниток ДНК/РНК. Которые становятся копиями исходных, искомых молекул нуклеиновых кислот.
Такой температурный цикл проводится 30 и более раз. В результате, даже при изначально небольшом количестве искомого генетического материала, в реакционной смеси накапливается значительное число «помеченных» праймерами нуклеиновых кислот (растет экспоненциально, с удвоением при каждом цикле).Обнаружить большие количества ДНК/РНК намного проще, за счет чего реализуется еще одно преимущество ПЦР – высочайшая чувствительность.
Детекция
Оценка результатов ПЦР проводится несколькими путями:
Преимущества методики ПЦР
Всего разработано более 10 разных методик амплификации, применяемых лабораториями в зависимости от исходных условий и поставленных целей.
Общим для них есть высокая чувствительность (для положительного результата достаточно 40 (!) или менее искомых копий ДНК в 1 мл образца, то есть вероятность ложноотрицательного ответа ничтожно мала. И очень высокая специфичность: вероятность ложноположительного ответа составляет менее 1%.
Но точность результатов сильно зависит от качества сбора диагностического материала, тщательного соблюдения всех технических требований к каждому этапу и качеству оборудования, расходных материалов (буфера, праймеров, раствора для отмывки и т.д.).
Области применения в медицине
В дерматовенерологии ПЦР используют для выявления венерических заболеваний: микоплазменной, хламидийной инфекций, сифилиса, генитального герпеса и др.
Инфекционисты активно используют ПЦР для диагностики туберкулеза, ВИЧ, вирусных гепатитов, герпеса, мононуклеоза, вируса Эпштейн-Барр и др.). А с помощью ПЦР в реальном времени, оценивая вирусную нагрузку, врачи могут составить мнение о динамике заболевания, отклике на лечение, что особенно актуально для пациентов с ВИЧ, принимающих терапию.
Также благодаря ПЦР врачи могут в течение нескольких дней с уверенностью идентифицировать коклюш и паракоклюш, выявить возбудителей эпидемии ОРВИ. Уточняются типы вируса гриппа, циркулирующие на определенной территории, на основании чего появляется возможность разработать эффективную вакцину для каждого сезона гриппа.
В течение суток или быстрее можно установить вид возбудителя кишечной инфекции, а значит – назначить адекватное лечение и обнаружить вероятный источник заражения.
Летом, ПЦР актуальна для диагностики заболеваний, передаваемых иксодовыми клещами: боррелиоза (болезни Лайма), клещевых энцефалитов.
Метод позволяет работать с любым биологическим материалом. Гемотрансмиссивные инфекции (сифилис, ВИЧ, гепатиты, боррелиоз) исследуются по пробе венозной крови или спинномозговой жидкости. Кожные болезни (герпес, грибки) – по соскобу с пораженного участка. Венерические и урологические – по образцу мочи, спермы, влагалищного отделяемого.
Так что в медицине, ПЦР применяется везде, где нужна высокая точность и быстрота получения результатов.
Лабораторные исследования, выполняющиеся методом ПЦР:
ПЦР-тестирование: как работает метод ПЦР в диагностике
ПЦР – высокоточный метод диагностики и одно из самых главных открытий в области биологии за последние десятилетия. ПЦР-анализ применяется уже почти 40 лет и считается наиболее точным и чувствительным способом диагностики инфекционных заболеваний.
ПЦР – уникальный и универсальный метод, тест используется не только в клинической лабораторной диагностике, но также в биологии, криминалистике, археологии и многих других научных областях. Все, что нужно для проведения анализа – небольшое количество любого биоматериала пациента.
Суть метода ПЦР
ПЦР – полимеразная цепная реакция. Метод основан на обнаружении даже небольших концентраций искомого элемента диагностики. Для определения изначально крайне малых концентраций РНК или ДНК, которые необходимо определить в процессе проведения основного этапа исследования, используется метод искусственного увеличения количества РНК или ДНК. 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. Некоторые вирусы (например, COVID-19) хранят свой код в РНК – одной нити нуклеотидов.
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
Какие есть недостатки
Показания к проведению ПЦР-анализа
Подготовка к проведению ПЦР-теста
Как проводится ПЦР-анализ
Результаты ПЦР-теста
Результаты анализов, проведенных методом ПЦР, известны уже через один день. Иногда возможно проведение экстренного теста – его часто используют при оказании срочной медицинской помощи при госпитализации. Тогда срок готовности результата сокращается до считанных часов.
Результаты ПЦР-теста дадут точную информацию о том, какая инфекция была обнаружена. При количественном тестировании анализ определит также вирусную или бактериальную нагрузку на организм. В этом случае в результатах будет значиться титр обнаруженного патогена (его количество в одном миллилитре пробы). Количественный анализ особенно важен при диагностике заболеваний, спровоцированных условно-патогенными микроорганизмами, которые присутствуют в норме практически у каждого человека. Такие микроорганизмы представляют угрозу только при большой численности, а в остальных случаях мирно сосуществуют с носителем.
ПЦР-диагностика для выявления инфекции
Если судить по сюжетам многочисленных голливудских блокбастеров, то все, чего достигают генетики — успешное создание монстров-мутантов, угрожающих человечеству. На самом же деле современная генетика — наука, которая открывает новые горизонты для медицины. Одним из таких «горизонтов» является полимеразная цепная реакция. Этот метод, созданный исследователями молекулярной биологии, на сегодняшний день широко применяется в медицине, а также в криминалистике. При этом провести его может только специально оснащенный медицинский центр или лаборатория.
При ПЦР биоматериал диагностируется генетически. Этот метод позволяет проводить эффективное обнаружение заболеваний генетического и инфекционного характера. Большим плюсом ПЦР-диагностики является то, что с помощью этого метода можно выявить болезнь еще до того, как она даст о себе знать. Метод ПЦР обладает высокой точностью и способен помочь даже в тех случаях, когда прочие методы не дают результатов.
Какие заболевания возможно выявить ПЦР-диагностикой?
Болезни, которые диагностирует ПЦР, носят, как уже говорилось, инфекционный, а также бактериальный характер. В их числе:
Генетический набор является уникальным у каждого человека. Гены содержит каждая ДНК-молекула. То есть если в организме есть вирус, то его ДНК можно обнаружить. Исследуя биоматериал, ПЦР выявляет возбудителя заболевания. Биоматериал может быть разнообразным — клетка эпителия, моча, кровь, одним словом, все, в чем содержится ДНК.
Метод успешно применим в определении отцовства. Однако нужно помнить, что у однояйцевых близнецов ДНК почти одинакова. Следовательно, результаты ПЦР у близнецов будут почти совпадать.
ПЦР-диагностика — один из прорывов в науке. Благодаря этому методу миллионы людей вовремя получили медицинскую помощь. А ведь наше здоровье и здоровье наших близких — это самое ценное сокровище.
Анализы методом ПЦР
Полимеразная цепная реакция (Polymerase chain reaction, ПЦР, PCR) – искусственный процесс, в ходе которого многократно копируются определенные участки ДНК (РНК). Метод изобрёл в 1983 году американский биохимик Кэри Б. Мюллис. В 1993 году за это открытие он был удостоен Нобелевской премии.
Области применения ПЦР чрезвычайно широки. Особое место ПЦР занимает в медицинской практике. И причина этому проста: полимеразная цепная реакция делает невозможное возможным.
Диагностику ПЦР образно описывают как метод, с помощью которого можно находить иглу в стоге сена и затем строить стог из этих игл. «Иглой» является крошечный фрагмент генетического материала клеток (ДНК или РНК).
Открытие этого метода – выдающееся событие в области молекулярной биологии за последние десятилетия. Развитие метода ПЦР позволило медицинской диагностике подняться на качественно новый уровень.
Основы ПЦР
Кроме того, исследование позволяет проводить другие манипуляции с генетическим материалом. Поэтому метод широко применяется в научных исследованиях, биологической и медицинской практике: в диагностике инфекционных и наследственных заболеваний, при выявлении мутаций, генотипировании, установлении отцовства, идентификации личности и др.
ПЦР в диагностике инфекционных болезней
Благодаря своей высокой чувствительности, ПЦР позволяет выявить возбудителя даже при его минимальном содержании (то есть, когда в исследуемом биоматериале присутствуют всего несколько молекул его ДНК).
ПЦР выявляет возбудителей инфекционных заболеваний тогда, когда это невозможно сделать другими методами (иммунологическими, культуральными, микроскопическими). Поэтому для целого ряда возбудителей инфекций метод полимеразной цепной реакции стал «золотым стандартом», он проверен временем и одобрен клинически. Этот метод позволяет не только установить этиологию заболевания, но и контролировать течение инфекционного процесса и оценивать эффективность проводимого лечения.
Современная ПЦР-диагностика позволяет не только выявить факт наличия генетического материала возбудителя инфекции, но и определить его количество. Определение количества возбудителей важно для принятия решения о лечении, его способах и длительности, особенно если выявлены условно-патогенные микроорганизмы (Микоплазма, количественное определение ДНК; Типирование уреаплазмы, количественное определение ДНК).
В лаборатории CMD разработан формат ПЦР исследования «Мультипрайм», позволяющий выявить в одной пробирке (и одной реакции) нескольких патогенов.
ПЦР-диагностика гепатитов
Быстро и точно определить возбудителя – первоочередная задача врача. Без использования современных молекулярно-биологических методов это невозможно. Поэтому диагностика гепатитов методом полимеразной цепной реакции – важный шаг в установлении причины заболевания и определения дальнейшей тактики лечения.
ПЦР в диагностике ВИЧ-инфекции
Но серологическая диагностика ВИЧ-инфекции имеет ряд ограничений:
Поэтому анализы ПЦР при обследовании на ВИЧ-инфекцию сегодня находят всё более широкое применение. В «Методических рекомендациях о проведении обследования на ВИЧ-инфекцию» сказано: «при наличии эпидемиологических критериев, свидетельствующих о недавнем риске заражения ВИЧ для пациентов и при этом предположительно ложноположительных или ложноотрицательных результатов ИФА и ИБ, например, при обследовании детей, рожденных от ВИЧ-инфицированных матерей, или пациентов в периоде «серологического окна», используется метод ПЦР, при котором обнаруживается генный материал ВИЧ». А в случае уже установленного диагноза ВИЧ-инфекции анализ методом ПЦР используется для прогноза, динамического наблюдения и мониторинга проводимой терапии.
В Центре молекулярной диагностики (CMD) можно сдать ПЦР-анализ на ВИЧ анонимно.
Где сдать анализ методом ПЦР?
Вы можете сдать анализ методом ПЦР в офисе CMD, обратитесь к разделу сайта «Где сдать анализы».
