Молекулярная диагностика методом пцр. Что представляет собой диагностика методом ПЦР? Какие болезни определяет? Как проходит процедура

Анализ ПЦР — что это? Это эффективный метод молекулярной биологии, который применяют в комплексе с уже традиционными иммунологическими, морфологическими и биохимическими исследованиями. Инфекционные заболевания эволюционируют и развиваются, как и само человечество. С каждым годом их становится все больше, а диагностировать их все труднее. Факторы, которые провоцируют появление болезней и влияют на их развитие, тоже постепенно приспосабливаются к окружающим внешним условиям, меняясь вместе с ними. Это послужило причиной тому, что в медицине стали появляться новые методы и технологии, которые помогают получить более точные результаты в диагностике того или иного заболевания.

Такая методика лабораторной диагностики инфекционных заболеваний основывается на том, чтобы обнаружить возбудитель инфекции, которую подозревает врач в материале исследования. Полимеразная цепная реакция будет их идентифицировать, выявляя соответствующий генетический материал (РНК либо ДНК) в пробах, которые взяты у пациента.

ПЦР была изобретена американским ученым Кэри Мюллисом в 1983 году.

Большинство инфекций, если выявить их на ранних стадиях развития, хорошо поддается лечению. Именно поэтому метод ПЦР столь действенный, ведь он способен выявить даже вирусы или бактерии, чьи клетки единичны в материале. Более того, такая диагностика определяет вирус, устанавливает природу его появления, силу, с которой он воздействует на организм, даже количество микробов в организме пациента. Всю информацию, полученную методом полимеразной цепной реакции, врач сможет применить для того, чтобы выбрать подходящие лекарственные препараты и назначить соответствующее лечение.

Исследование методом ПЦР

По самому принципу работы все происходит достаточно просто. Взятый у пациента биологический материал помещают в специальный реактор. Потом туда же добавляются такие специфические ферменты, которые смогут связаться с ДНК существующего в материале микроба и совершить синтез ее копии.

В основе копирования лежит принцип цепной реакции. То есть на совершение всего процесса потребуется несколько этапов. Сначала 1 молекула ДНК образует 2 новые молекулы, потом из них получится уже 4 новых, и так до сотен и тысяч копий. После этого будет проведен анализ и его расшифровка.

Фрагменты ДНК микроба могут содержаться в различном биологическом материале:

в биологических жидкостях (слюне, суставной, околоплодной, плевральной, спинномозговой жидкости, соке простаты);
в крови и ее сыворотке, в плазме;
в соскобе эпителиальных клеток (соскоб из цервикального канала, из уретры — как для женщин, так и для мужчин);
в моче (на анализ потребуется утренняя моча, а именно ее первая порция);
в мокроте;
в слизи и других биологических выделениях;
в биопатах желудка и двенадцатиперстной кишки.

Какие заболевания могут быть выявлены методом ПЦР?

Врачи считают этот вид диагностики одним из наиболее точных. Данное исследование позволяет обнаружить практически все вирусные заболевания, которые на сегодняшний день известны медицине. Очень важным аспектом является и то, что среди них есть такие инфекции, которые живут в человеческом организме долгие годы, при этом никак не проявляя себя. Они просто растут в ожидании, когда им будет наиболее комфортно проявиться (снижение иммунитета, истощение организма и прочее). Выявление таких инфекций скрытого типа особенно актуально в урологических и гинекологических областях.

Вот некоторые заболевания, по которым зачастую проводят анализ методом полимеразной цепной реакции:

гепатиты В и С;
многие болезни, которые передаются половым путем (диагностика хламидиоза, уреаплазмоза, микоплазмоза, кандидоза половых органов, бактериального вагиноза, трихомониаза, инфекционного мононуклеоза, папилломавирусной инфекции (ВПЧ), СПИДа и пр.);
герпесная инфекция (включая и половой герпес);
туберкулез и хеликобактериоз.

Метод ПЦР дает хорошие результаты, потому что большинство из этих заболеваний характерно тем, что их симптомы (особенно на ранней стадии) не особо приметны. Зато последствия, которые они оказывают на организм, очень негативны и зачастую весьма опасны для здоровья и даже жизни.

К примеру, болезни, передающиеся половым путем, могут у женщин существенно увеличить возможность возникновения рака шейки матки, негативно повлиять на течение беременности или стать причиной бесплодия. К тому же именно от здоровья матери зависит и здоровье ее будущего малыша. Поэтому очень важно при малейших подозрениях на скрытые инфекции вовремя сдать кровь на диагностику, чтобы не допустить заражения плода через проникновение возбудителей болезни. Для мужчин последствия не менее негативные: снижение подвижности и жизнеспособности сперматозоидов, развитие мужского бесплодия и простатита, поражение мочеиспускательного канала и прочее.

Такой анализ очень актуален и для своевременного выявления вирусного гепатита, туберкулеза, различных кишечных инфекций. Когда требуется немедленное лечение, очень важно понимать, какой именно возбудитель поразил организм и с чем предстоит бороться. Кровь или любой другой биологический материал пациента поможет провести полную и правильную диагностику и назначить лечение, которое поможет скорейшему восстановлению функций организма и будет способствовать выздоровлению.

Герпес тоже чрезвычайно устойчив и опасен. Из неактивного режима он легко может перейти в прогрессирующий, поражая центральную нервную систему, влияя на возникновение и развитие таких страшных болезней, как менингит и энцефалит.

Расшифровка анализа

После проведения исследования вы можете получить либо положительный, либо отрицательный результат. Именно положительные результаты будут указывать на то, что та или иная инфекция присутствует в вашем организме. Отрицательный результат расшифровывается так, что в организме пациента предполагаемая инфекция отсутствует. То есть в биологическом материале, который был сдан на исследование, ничего не обнаружили.

Любые показатели должен расшифровать и озвучить вам врач. Не расстраивайтесь и не пугайтесь плохих результатов, ведь реакция выявила заболевание, а это значит, что после дополнительных обследований доктор сможет назначить полноценное лечение. Главное — не заниматься самолечением и не затягивать процесс.

Подготовка к анализу: что нужно знать?

Для обнаружения разных заболеваний потребуются разные биологические материалы. До того как сделать ПЦР, обязательно проконсультируйтесь с соответствующим специалистом и тщательно подготовьтесь к предстоящей процедуре.

Для этого понадобится строго выполнять все рекомендации и указания вашего доктора. Не забудьте, что кровь, как правило, берут натощак. Для сдачи мазка из влагалища или уретры нужно 1-2 суток воздержаться от половых контактов, всю необходимую гигиену половых органов проводить с вечера, а утром только ополоснуть теплой водой. Также важно прекратить приблизительно за неделю прием лекарственных препаратов, если они не оговорены с врачом. И в течение 2-3 часов до того, как сдать анализ, не мочиться. Для женщин стоит учесть то, что оптимальное время для проведения исследования — это несколько дней перед или сразу после менструации.

Метод ПЦР: основные достоинства и недостатки

У данного вида диагностики очень много преимуществ.

Во-первых, любые возбудители инфекционных заболеваний определяются по прямому на них указанию, в отличие от других традиционных лабораторных исследований.

Во-вторых, этот анализ просто универсальный, ведь для его проведения доступны почти любые биологические материалы, которые зачастую не приемлет любой другой метод исследования.

Очень важным является тот момент, что когда проводится эта диагностика, то в исследуемом материале происходит выделение фрагмента ДНК, который будет присущ только какому-то конкретному возбудителю, то есть сугубо определенному вирусу или бактерии. Это говорит о том, насколько специфичной является данная реакция.

Еще одним аргументом в пользу этой диагностики будет высокая скорость ее выполнения. Если для любых культуральных исследований потребуются не дни, а даже недели, необходимые для выделения и выращивания возбудителя на культуре клеток, то данный метод позволит получить результаты в течение 4-5 часов.

ПЦР дает возможность обнаружить не только ту инфекцию, которая уже находится на пике заболевания, но также и хронические болезни, любые единичные вирусы или бактерии. Такая диагностика возможна из-за очень высокой чувствительности метода. Сюда следует отнести и тот факт, что инфекция будет обнаружена даже в том случае, если в биологическом материале, который был сдан на анализ, будет присутствовать всего лишь одна клетка того или иного вируса либо бактерии.

Реакция на ложноотрицательные результаты встречается очень редко.

Правда, метод имеет и свои недостатки. Одним из них является возможность получения ложноположительного результата. Это зачастую происходит из-за того, что инфекция уже убита, но ее клетки эпителия еще не обновились, поэтому ее мертвые остатки реакция все равно увидит и будет клонировать. Поэтому стоит либо дождаться полного выведения из организма мертвых клеток инфекции (от месяца до двух после проведенного лечения), либо на раннем сроке использовать другие методы: посев или культуральный. Позже можно будет провести контроль и с помощью ПЦР.

Еще одной слабостью анализа считается изменчивость всех микроорганизмов. Это значит, что какие-то генотипы возбудителей, которые уже мутировались в организме, будут неуловимы для тест-системы и никакая реакция не произойдет. Для этого производятся различные разработки, чтобы усовершенствовать данный метод.

Впервые об анализе методом ПЦР заговорили в 1983 году. Данная методика была разработана Кэри Мюллисом и сотрудниками его лаборатории. С тех пор популярность исследования неуклонно возрастает, т.к. оно обладает существенным рядом преимуществ перед другими методиками.

На сегодняшний день ПЦР диагностика является эталоном или стандартом в выявлении инфекций и возбудителей заболеваний, особенно протекающих бессимптомно. В первую очередь это доклиническая диагностика.

Проведение анализа в ПЦР машине

Сущность ПЦР анализа заключается в том, что в пробирке клонируются (многократно увеличиваются) последовательности нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), характерных для определенного вида возбудителей.

Аббревиатура ПЦР расшифровывается как - полимеразно цепная реакция.

Главная отличительная черта данного метода – это амплификация, т.е. создание огромного числа копий необходимого гена или его фрагмента. Все это производится вне организма, т.е. в пробирке.

Так, если проведено 20 циклов ПЦР, то получается примерно 1 миллион копий и более. Это позволяет обнаружить инфекцию даже при её незначительном количестве в исходном материале, когда другие методы анализа бессильны. Это определяет высокую чувствительность данного метода.

Простыми словами можно провести такую аналогию - одну маленькую песчинку на полу вы не заметите, но после увеличения количества песчинок в миллион раз (проведение ПЦР), кучка песка уже будет хорошо видна.

Основными преимуществами анализа на инфекции ПЦР-методом являются:

наиболее высокая чувствительность и специфичность в сравнении с другими методами, используемыми для выявления инфекционных агентов;
возможность выявления микроорганизмов в разнообразных биологических материалах (кровь, моча, влагалищный секрет, слюна и т.д.);
возможность выявить одновременно несколько причинных микроорганизмов, если таковое наблюдается. Для сравнения - использование бактериологических методов не дает такой возможности, т.к. необходимо применение различных сред для выращивания различных болезнетворных микробов;
возможность транспортировки биологического материала, т.к. для выявления возбудителя не обязательно сохранять его в живом виде;
скоростьвыполнения анализа;
точность проводимой этиологической диагностики;
возможность количественного определения возбудителей - особенно актуально для условно-патогенных микробов, которые только по достижении определенной концентрации способны вызывать заболевание;
способность контролировать течение инфекционного процесса при проведении лечения.

Анализ ПЦР на инфекции

В настоящее время методом полимерзной цепной реакции определяют большинство половых (и других) инфекционных заболеваний. Диагностика получила широкое распространение за счет своей высокой чувствительности и специфичности.

Особенно большой популярностью пользуется анализ ПЦР на хламидии.

Это связано с тем, что данные микроорганизмы обитают внутриклеточно, что создает определенные трудности в их обнаружении.

ПЦР-диагностика позволяет выявлять даже минимальное количество хламидий, которые, как правило, еще не приводят к появлению клинических симптомов. Даже наличие только 2 молекул нуклеиновых кислот в исследуемом материале позволяет выявить причинную инфекцию.

А это залог успешного лечения, которое начинается еще на доклиническом этапе.

Также производится определение инфекций:

вирусные гепатиты;
туберкулез;
клещевой энцефалит;
различные венерические заболевания и т.д.

ПЦР-диагностика позволяет решать и ряд других важных задач:

мониторинг терапии и оценка ее эффективности;
определение «нагрузки вирусами», на основании которой производится индивидуальный подбор дозы препарата;
выявление штаммов микроорганизмов, отличающихся фармакологической устойчивостью (нечувствительностью к лекарственным препаратам).

Подготовка к сдаче анализа

Целенаправленно готовиться к сдаче анализа, который будет проводиться методом ПЦР, не требуется. Однако очень важно, чтобы специалист производил забор материала с соблюдением всех необходимых условий стерильности.

Так, например, для взятия крови следует применять специальные вакуумные системы, для взятия секрета половых органов следует использовать специальные пробирки и т.д.

В некоторых случаях в лабораторию материал следует транспортировать. Чтобы это сделать правильно, необходимо герметично закрыть емкость с биологическим материалом. Это позволит предупредить проникновение туда иных микроорганизмов, обитающих во внешней среде.

Результаты ПЦР-анализа могут быть двух вариантов:

положительный – возбудитель обнаружен;
отрицательный – возбудитель не выявлен.

Следует знать - даже при отсутствии клинической симптоматики может быть получен положительный результат.

В данном случае ориентироваться необходимо на данные полимеразной реакции, т.к. она позволяет выявить заболевание на доклинической стадии.

Иногда может быть получен сомнительный ответ, когда количество выявленных копий соответствует верхней границе нормы. Чтобы уточнить причину заболевания, следует повторить анализ, уделив особое внимание условиям сбора биологического материала.

Насколько точна ПЦР-диагностика?

Основные преимущества ПЦР-диагностики можно сформулировать в виде нескольких тезисов:

возможность получения огромного числа копий патогенных микроорганизмов;
большое количество копий – это залог успешного секвенирования (выявления).

Это обеспечивает высокую точность ПЦР-анализа для обнаружения внутриклеточных возбудителей и медленно растущих микроорганизмов.

Поэтому метод особенно информативен для выявления туберкулезных микобактерий и других подобных инфекционных агентов. Он обладает высочайшей точностью и не нуждается в перепроверке полученных результатов (кроме казуистических случаев).

Для получения наиболее достоверных результатов необходимо выполнение двух основных условий, которые предупреждают экзогенное (внешнее) инфицирование:

правильный забор материала;
правильная транспортировка.

Содержание

Тем, кто интересуется новыми способами диагностики, следует узнать, что такое метод ПЦР. Современные технические возможности в области лабораторных исследований предоставляют возможность выявлять множество заболеваний на начальных стадиях. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) считается на данный момент самым точным и новым методом.

Анализ методом ПЦР

ПЦР анализ - что это такое? Это метод использует принципы молекулярной биологии. Для исследования материала применяются особые ферменты, которые многократно и быстро копируют ДНК, РНК фрагменты возбудителей болезни. Существует разные виды ПЦР анализа в зависимости от исследуемого материала (кровь, моча, кал и т.д.). После обработки сотрудники лаборатории сравнивают с базой данных полученный результат, выявляют концентрацию, тип возбудителя.

Анализ на ПЦР помещают в специальный амплификатор (прибор), который нагревает и охлаждает пробирки с биоматериалом. Изменения температуры нужны для репликации фрагментов. Точность результата будет зависеть от точности температурного режима. Метод полимеразной цепной реакции помогает выявить:

инфекционный мононуклеоз;
цитомегаловирусную инфекцию;
вирусные гепатиты G, C, B, A;
инфекции/заболевания, передающиеся половым путем (ИППП/ЗППП): гарднереллез, трихомониаз, уреаплазмоз;
герпетическую инфекцию;
онкогенные вирусы;
листериоз;
хеликобактерную инфекцию;
клещевой энцефалит, боррелиоз;
туберкулез;
кандидоз.

Крови

На данный момент из-за новизны технологии анализ крови методом ПЦР все еще имеет высокую цену. Для подготовки биоматериала не нужно соблюдать определенные требования. Даже вызванные физическими нагрузками, стрессами, сменой рациона питания изменения состава не влияют на результат исследования. ПЦР анализ крови может испортить только прием антибактериальных средств, поэтому перед сдачей необходимо выдержать паузу между лечением и тестом.

ПЦР исследование крови – самый распространенный вариант диагностики хронических, острых инфекционных патологий при вирусном или атипичном проявлении. Серологические методы исследования имеют определенную трудность при проведении – определение наличия возбудителя проводится по наличию антител в организме человека. Результат мог быть ложноотрицательным, если состояние больного не давало время для их выработки.

Мазка

В сфере гинекологии для исследования наличия инфекционных микроорганизмов используют ПЦР анализ мазка. Работа с материалом проводится по тому же принципу, что и с кровью: многократное увеличение фрагментов ДНК возбудителя, чтобы с легкостью его идентифицировать. Это же помогает обнаружить скрытые инфекции у женщины. Для проведения анализа могут быть взяты разные биологические жидкости: слюна, мокрота, моча, кровь. В гинекологии для точности определения чаще используется мазок со слизистой влагалища из цервикального канала.

Для проведения ПЦР существуют определенные показания. Нередко его нужно сделать, чтобы выявить устойчивый к антибиотикам вид возбудителя. У женщин основными показаниями для диагностики по этому методу выступают:

беременность, которая протекает тяжело;
острая фаза ИППП;
если есть подозрение на переход ИППП в хроническую стадию;
поиск причин бесплодия.

Кала

Для выявления инфекции может быть назначен со стороны врача анализ кала на ПЦР. Для того, чтобы получить максимально достоверные результаты после теста, необходимо придерживаться следующих правил перед забором биоматериала:

за несколько суток прекратить прием слабительных препаратов: масла, свечи;
исключить медикаменты, которые дают специфическую окраску калу, к примеру, с содержанием железа.

Мочи

При необходимости для проведения теста врач может взять для исследования мочу. Высокая точность открывает возможность работать с любой биологической жидкостью, из которой удается извлечь ДНК вируса. Чтобы сдать анализ мочи ПЦР, нужно придерживаться таких ограничений перед забором материала:

минимум за 1 день до процедуры прекратить половые контакты;
за 3 недели до сдачи должно быть окончено любое антибактериальное лечение, потому что медикаменты смажут картину;
сдавать анализ нужно натощак (жидкость тоже запрещена);
брать нужно первую утреннюю порцию материала.

Результаты анализов ПЦР

Из вышенаписанного понятно, что такое ПЦР анализ и видны явные преимущества такого метода исследования. Еще один плюс данной диагностической процедуры – простота расшифровки результатов. Учитывая, сколько делается анализ ПЦР (сам процесс занимает около 5 часов, но лаборатория выдает данные через 1-2 суток), данный метод диагностики становится лучшим вариантом для определения множества инфекций. По результатам врач может сказать вам, что тест:

Отрицательный – в исследуемом материале не было искомого возбудителя.
Положительный – были найдены РНК, ДНК возбудителя.

Иногда проводится количественное определение микроорганизмов. Это необходимо при заболеваниях, которые вызывают условно-патогенные возбудители. Особенность этих вирусов в том, что проявляются они только при избыточном количестве и найти их обычными исследованиями крайне проблематично. Этот фактор важен для выбора терапевтической тактики, чтобы эффективно лечить вирусные инфекции, к примеру, гепатит, ВИЧ.

На 12 инфекций

Чтобы понять до конца, что такое ПЦР диагностика инфекций и насколько она эффективна, нужно узнать, что она способна выделять до 12 возбудителей. Проводится текст только в лабораторных условиях. Для исследования применяют специальные ферменты, которые увеличивают во много раз количество РНК, ДНК фрагментов вируса. Анализ ПЦР на 12 инфекций способен выявить:

микобактерии туберкулеза;
цитомегаловирус;
гепатит C, G, B, A;
герпес 1, 2 типа;
вирус Эпштейн-Барра (инфекционный мононуклеоз);
инфекции, которые передаются половы путем, к примеру, хламидии;
листериоз;
кандидозную инфекцию;
хеликобактер пилори;
боррелиоз, клещевой энцефалит.

На гепатит С

Этот диагностический метод помогает определить наличие вируса в крови. Это дает врачам возможность говорить о его наличии или отсутствии. Анализ ПЦР на гепатит С бывает двух видов: качественный и количественный. Первый вариант указывает только на его наличие и может иметь формулировку «обнаружен»/«не обнаружен». Этот вид теста имеет чувствительно в 10-500 МЕ/мл. Это говорит о том, что при низком содержании возбудителя в организме анализ будет «не обнаружено».

Количественный анализ более точный и покажет концентрацию инфекции в крови. Обозначается этот показатель как «вирусная нагрузка», измеряется в количестве вирусной РНК на конкретный объем крови. Расшифровка в разных лабораториях может отличаться. Помимо измерения в МЕ/мл используются единицы измерения «копии». Пересчитать копии на МЕ можно по формуле: 1 МЕ = 4 копии. Если в расшифровке значение присутствие вируса превышает 800 000 МЕ/мл (или 800*103), это говорит о высоком содержании возбудителя.

На туберкулез

Делать тест следует в утреннее время. Это важно для того, чтобы не дать всему массиву мокроты, который образовался за ночь, выйти из желудка. Анализ ПЦР на туберкулез так же важен как ИФА, Манту, томографе. Тест помогает выделить наличие микобактерий, состояние мочи, общий иммуноглобулин, СОЭ, определить состояние легких на данный момент. Для точности получения результатов при анализе ПЦР необходимо проводить его с соблюдением следующих правил:

Осуществляется посев 3 раза, но полную аспирацию содержимого желудка следует проводить только в условиях стационара.
Выявляет микобактерии посев наличествующих масс в желудке менее чем в 50% диагнозов. Даже при получении оптимальных условий рекомендуется вместо них УЗИ.
Даже при отрицательном характере результата не может быть полностью исключена вероятность развития туберкулеза с изменением СОЭ, иммуноглобулина или других показателей.
Посев материалов при ПЦР менее восприимчив на патологические состояния, если получен он в рамках бронхоскопического обследования, который исключает подозрения на ТБ у ребенка.

На ВИЧ

Для многих людей данный диагноз считается смертельным приговором. По этой причине после частых половых связей человек становится более внимателен к сигналам, которые подает его тело (а иногда придумывает их). Самый надежный вариант получить подтверждение или опровержение данного заболевания – ПЦР анализ на ВИЧ. Тест можно использовать для определения следующих возможных проблем со здоровьем:

Опровержение/подтверждение наличия ВИЧ в период серонегативного кона.
Определение генотипа ВИЧ-1, ВИЧ-2.
Уточнение описания патологического процесса при сомнительном результате иммуноблота.
Заражение после переливания крови.
Определения ВИЧ-статуса у детей, которые родились от матерей-носителей заболевания.
Помогает установить наблюдение за вирусной загруженностью организма.

На ВПЧ

Вирус папилломы может быть выявлен у любого человека, долгое время он может находиться в латентном состоянии. Развитие провоцирует ослабление иммунитет, стрессы или эмоциональные всплески. Анализ ПЦР на ВПЧ помогает определить концентрацию вируса в крови. По этой причине рекомендуется проводить количественно определение, а не качественное. Эти данные помогут спрогнозировать вероятность развития злокачественного характера инфекции.

Методика диагностики наличия ВПЧ основывается на основном свойстве ПЦР выделять из материала ДНК вируса. Из-за высокой чувствительности теста даже небольшое количество бактерий будет обнаружено. Количественное исследование открывает врачам возможность установить степень опасности заболевания, составить прогноз на будущее. Эта диагностика обязательна для всех мужчин и женщин, которые обнаружили у себя кондиломы. Количественный анализ ПЦР поможет определить, что послужило причиной развития ВПЧ: временное снижение иммунитета или хроническое заболевание.

На герпес

Данный вид диагностики в микробиологии помогает с высокой точностью проводить анализ ПЦР на герпес. Копирование фрагментов ДНК вируса будет происходить только, если в материале присутствует нужный ген. В данном случае тест по результатам проведения может указать на наличие или отсутствие возбудителя. Выявить его удастся даже при низкой концентрации в крови.

Еще один плюс анализа ПЦР в том, что он может определить герпетическую вирусную инфекцию сразу же после заражения, до появления клинической симптоматики. Можно определить тип герпеса (1 или 2), для сдачи анализа специфической подготовки не требуется, но врачи рекомендуют перед забором крови отказаться от:

жареного;
острого;
алкоголя;
жирного.

При беременности

При вынашивании ребенка очень важно провести данное исследования, чтобы поставить на учет состояние женщины. ПЦР анализ при беременности входит в перечень самых эффективных методов определения наличия разнообразных заболеваний. Провести тест нужно не только для выявления патологий, но и для определения вероятности заражения ребенка внутриутробно. Только благодаря ПЦР-диагностики стало возможным выявить степень прогрессирования, развитие множества инфекций внутри утробы матери.

Сдача анализов ПЦР

Если вам интересно, как берут анализ ПЦР, то следует рассматривать каждый отдельный случай, учитывая тип биоматериала. Соскоб, мазок или забор крови имеет свои особенности, к примеру:

плазма сдается утром;
моча берется только первая утром, в лабораторных условиях в стерильный контейнер;
мазок или соскоб будет показателен только после воздержания от половых контактов не менее 3 суток;
нельзя сдавать мазок во время менструации и через 2 суток после нее.

Где сдать анализы на ПЦР

Данный вид исследования относится к современным и высокотехнологическим способам диагностики. Сдавать анализы методом ПЦР следует в лабораториях, которые обладают всем необходимым комплексом для получения полноценных результатов. Не меньшую роль играют квалифицированные, подготовленные кадры. Отдайте предпочтение крупными, серьезным, известным лабораториям. Это поможет не только получить результаты быстро, но и обеспечит их достоверность.

Цена

Еще один вопрос, который часто интересует пациентов: сколько стоит анализ ПЦР? Из-за новизны метода, необходимости приобретения дорогостоящего оборудования цена на тест относительно высокая. На стоимость ПЦР влияет вид инфекции, на которую будут проверять человека. Ориентировочная цена и сроки выполнения тестов следующая:

ИППП проверят за 1 день, цена – 400-500 рублей.
Герпес, ВПЧ, вирус Эпштейна-Барра, цитомегловирус выявляют за сутки, цена – 300-500 р.
Анализ на гепатит проводится за 5 дней, цена на качественный вариант – 500 р., количественный – 2000 р.
Хеликобактер пилори выявляют за сутки, цена – 400 р.
Антигены, антитела ВИЧ, цена – от 380 р.
Качественный анализ РНК ВИЧ, цена – от 3 500 р.
Количественный анализ РНК ВИЧ, цена – от 11 000 р.

Видео

Внимание! Информация, представленная в статье, носит ознакомительный характер. Материалы статьи не призывают к самостоятельному лечению. Только квалифицированный врач может поставить диагноз и дать рекомендации по лечению, исходя из индивидуальных особенностей конкретного пациента.

Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter и мы всё исправим!

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.

Таким образом, даже если среди миллионов клеток человеческого организма затеряется не сам живой вирус, а лишь частица его ДНК, то ПЦР, если ей ничто не помешает, пожалуй, справится с задачей и сообщит о пребывании «чужака» положительным результатом. В этом суть ПЦР и ее основное достоинство.

Достоинства и недостатки

К лаборатории, осуществляющей ПЦР-диагностику, предъявляются высочайшие требования в плане оборудования, тест-систем и квалификации медицинского персонала. Это высокотехнологичная лаборатория, располагающая арсеналом высокочувствительных и высокоспецифичных реагентов, поэтому особых недостатков она не имеет. Разве что выдает положительный результат при отсутствии клинических проявлений и тем самым ставит лечебника перед дилеммой: стоит начинать лечение или нет?

Врач, наблюдающий пациента, начинает сомневаться в достоверности результатов тестирования, поскольку никаких признаков заболевания не видит. Но все же, учитывая высокую чувствительность ПЦР-системы, следует помнить, что она обнаруживает возбудителя даже в доклинической стадии , а положительный результат в таком случае является скорее достоинством, чем недостатком. Исходя из этого, лечащий врач должен сам принять решение о целесообразности терапии, взяв во внимание и другие аргументы «за» и «против».

Преимущества диагностики с помощью полимеразной цепной реакции очевидны:

Высокая специфичность , достигающая 100%, обусловленная присутствием в отобранном образце частиц нуклеиновых кислот, присущих конкретному организму, но чужеродных человеку;
Высокая производительность , ведь ПЦР – высокотехнологичная автоматизированная методика, предоставляющая возможность проведения тестирования в день забора материала и избавления, таким образом, пациента от лишних треволнений;
ПЦР, работая над одной пробой, способна провести несколько исследований и обнаружить несколько возбудителей , если ей будет такое задание. Например, при диагностике хламидийной инфекции, где ПЦР относится к основным методам, наряду с хламидией, можно обнаружить и нейссерию (гонококк) – возбудитель . Причем, на достоверности результатов это негативно не отражается;
Тестирование методом ПЦР выявляет опасные микроорганизмы в инкубационном периоде , когда они еще не успели нанести ощутимый вред организму, то есть, ранняя диагностика предупреждает о грядущем развитии патологического процесса, что дает возможность подготовиться к нему и принять во всеоружии.

Кроме этого, во избежание недоразумений, иной раз возникающих при диагностике, ПЦР защищает себя еще и тем, что ее результаты могут зафиксироваться (фотография, компьютер) с целью использования их в экспертных целях, если будет на то необходимость.

Нормой в ответах ПЦР считают отрицательный результат , указывающий на отсутствие фрагментов чужеродных нуклеиновых кислот, положительный ответ будет свидетельствовать о наличии инфекции в организме, цифровые значения означают состояние вируса и его концентрацию на момент тестирования. Однако полную расшифровку анализа осуществляет врач, прошедший специальную учебу по теме «ПЦР». Пытаться же интерпретировать результаты самостоятельно не имеет никакого смысла, поскольку можно, что скорее всего и произойдет, неправильно понять и начать заранее волноваться.

Чего «боится» ПЦР, что она умеет и как к ней подготовиться?

Как в любых других исследованиях, иной раз результаты теста оказываются ложноположительными или ложноотрицательными , где ПЦР исключением не является. Подобное может происходить в случаях:

Нарушения технологического процесса на одном из этапов реакции;
Несоблюдения правил забора материала, его хранения или транспортировки;
Присутствие посторонних примесей в материале.

Это говорит о том, что к ПЦР – диагностике инфекций нужно подходить внимательно, осторожно и аккуратно, иначе образцы материала могут поменять свое структурное строение или вовсе разрушиться.

Этапы ПЦР-диагностики. Ложные результаты могут дать нарушения на любом из этапов исследования

ПЦР-диагностика инфекций относится к категории «золотых стандартов» среди других лабораторных методов, поэтому ее можно применить для поиска возбудителей многих заболеваний, на первый взгляд не имеющих ничего общего между собой:

Туберкулез различной локализации, пневмония (в том числе и атипичная, вызванная хламидией);
Детские инфекции (коревая краснуха, паротит, корь);
Дифтерия;
Сальмонеллез;
Зоонозная инфекционная болезнь – листериоз (заболевание характеризуется многообразием симптомов с поражением лимфоузлов, ЦНС, внутренних органов);
Заболевания, обусловленные проникновением вируса Эпштейн-Барра (инфекционный мононуклеоз и др.);
Онкологическая патология, спровоцированная папилломовирусной инфекцией (ВПЧ и его типы);
Боррелиоз (болезнь Лайма, клещевой энцефалит);
Хеликобактерная инфекция, возбудителем которой является проживающий в желудке человека микроб Helicobacter pylori. Доказано, что хеликобактер становится причиной развития рака желудка или 12-перстной кишки;
и практически все .

ПЦР-диагностика инфекций, передающихся половым путем, имеет особую значимость, поскольку заболевания, вызванные таким образом, часто длительное время протекают без каких бы то ни было клинических проявлений, зато при беременности начинают активизироваться и, таким образом, угрожать здоровью и даже жизни ребенка. Аналогично себя ведут и . Некоторые из них («торч») относятся одновременно и к ИППП, поэтому последние требуют более подробного рассмотрения. Ознакомиться с самыми популярными методиками читатель сможет в следующих разделах статьи.

Как правильно подготовиться, чтобы получить достоверный результат?

Сразу заметим, что подготовка к ПЦР довольно простая, никаких особых усилий со стороны пациента не требующая. Нужно лишь выполнить три несложных задания:

Не иметь половых контактов за 24 часа до того, как сдать анализ;
Для забора и анализа крови из вены нужно прийти на голодный желудок, пить, кстати, тоже нельзя;
Сдать мочу следует ночную (утром – в стерильную баночку, приобретенную накануне в аптеке).

ПЦР может работать в любой биологической среде

Метод ПЦР не отличается «кровожадностью», поэтому приемлет любую биологическую среду, содержащую предполагаемый инфекционный агент.Обычно выбор – что нужно взять для исследования, остается за врачом.

Таким образом, в поисках возбудителя, кроме анализа крови (хотя он тоже подходит и в большинстве случаях берется параллельно другому материалу), можно использовать:

(выделения урогенитального тракта);
Соскоб слизистых ротовой полости, конъюнктивы, носоглотки, половых путей (у женщин берут из шейки матки и влагалища, у мужчин – из уретры);
Слюну;
Сперму;
Сок предстательной железы;
Ткани плаценты и амниотиотическую жидкость (околоплодные воды);
Осадок мочи (после центрифугирования), например, для выявления некоторых ИППП и микобактерий туберкулеза;
Мокроту и плевральную жидкость с той же целью;
Экссудаты;
Спинномозговую жидкость при подозрении на инфекционное поражение ЦНС;
Биопсийный материал (биоптат), взятый из печени, 12-перстной кишки, желудка и пр.

К вышеперечисленному хочется добавить, что материала для тестирования во всех случаях, даже в соскобах и выделениях, будет достаточно, так как тестирование методом ПЦР больших объемов не требует, анализу хватает и нескольких микролитров, которые обычно берут в микропробирку типа «эппендорф» и отправляют на исследование.

Болезни и применение ПЦР

ВИЧ и полимеразная цепная реакция

Обычно при прохождении анонимного обследования в случае положительных результатов иммуноблотинга, диагностику повторяют заново. Если диагноз подтверждается, пациенту назначают дополнительные исследования:

Определение с помощью иммунологических реакций абсолютных значений количества лимфоцитов CD 4 (иммунокомпетентные клетки – Т-хелперы или помощники), которые инфекция поражает в первую очередь, после чего они теряют свои основные свойства и не могут отличить «свое» и чужое». Циркулирующую в плазме крови РНК вируса они принимают за нормальные клетки организма и не реагируют на них;
Обнаружение РНК вируса методом ПЦР и расчет концентрации вирусных частиц с целью установления стадии, тяжести патологического процесса и прогноза с учетом этих данных . Разумеется, слово «норма» в этом плане не существует, поскольку реакция всегда положительна, а расшифровка цифровых значений находится в компетенции врача.

ПЦР и гепатиты

Методом ПЦР можно выявлять возбудителей , чаще всего тест используется для диагностики С гепатита, который плохо определяется другими методами.

Вирус гепатита С (РНК-содержащий) по своему поведению в организме человека напоминает ВИЧ. Вклиниваясь в геном клеток печени (гепатоцитов), он пребывает там в ожидании своего часа, который может наступить хоть через 2 года, хоть через 20 лет, поэтому медики прозвали его «ласковым убийцей». Гепатит С приводит к формированию злокачественного процесса в печеночной паренхиме, который проявляется на поздних стадиях. Все эти события иммунная система не замечает, принимая вирус за гепатоцит. Правда, антитела к вирусу в некоторых количествах вырабатываются, однако они не обеспечивают достойный иммунный ответ. Для диагностики ИФА на гепатит С не очень информативен, поскольку указывает на то, что вирус оставил следы, а ушел ли сам – неизвестно. При ВГС известны случаи самоизлечения, в то время как антитела против вируса остаются и продолжают циркулировать пожизненно (иммунологическая память). ПЦР заметно опережает образование антител и может выявить вирусную частицу уже через 1-1,5 недели, в то время как АТ могут появиться в интервале от 2 месяцев до полугода

ПЦР-диагностика в случае подозрения на разгул вируса гепатита С в организме человека является наиболее оптимальным методом исследования, ибо только она способна распознать присутствие «ласкового врага» в крови или биоптате печени пациента.

Однако иной раз имеют место случаи, когда АТ положительны, а результат ПЦР – отрицательный. Такое иногда происходит при очень низком количестве вируса или при его «дремлющем» состоянии в печени без выхода в кровяное русло. Чтобы все-таки найти истину, у пациента берут повторный анализ, а то и не один.

Папилломовирусная инфекция

Если не произойдет самоизлечение, тоже может, ничем себя не проявляя, долго персистировать в организме хозяина, который об этом даже не подозревает, поскольку ПЦР сделать не доводилось, а симптомы болезни отсутствовали. Однако наличие папилломовирусной инфекции, пусть и латентной, далеко не безразлично для здоровья человека, где особую опасность несут определенные типы вируса, вызывающие онкологические заболевания (типы 16, 18).

Чаще от ВПЧ страдает женская половина населения, так как вирус больше любит женскую половую сферу, а особенно – шейку матки, где некоторые типы вирусов способствуют развитию диспластических процессов, а затем и рака шейки матки, если не лечить дисплазию и дать волю вирусу. Так вот, полимеразная цепная реакция обнаружит вирусную ДНК, а затем укажет «плохой» или «хороший» (онкогенный или неонкогенный) тип поселился в организме женщины.

Другие ИППП и TORCH-инфекции

Очевидно, что полимеразная цепная реакция может найти любую чужеродную структуру, состоящую из нуклеиновых кислот, поэтому данный тест подходит для выявления всех ЗППП и TORCH-инфекций, тем не менее, он далеко не всегда используется. Зачем, скажем, проводить такие дорогие исследования для обнаружения или гонококка, если есть более доступные и дешевые?

TORCH-инфекции и ИППП настолько взаимосвязаны, что, порой, трудно определить, к какой группе следует отнести тот или иной возбудитель. В них вообще бывает сложно разобраться, так как это довольно разнообразные группы микроорганизмов, которые могут передаваться половым путем всегда или только при определенных условиях (иммунодефицит), а могут представлять интерес лишь при беременности, ввиду возможного негативного влияния на ее течение и на плод.

ПЦР – главный метод обнаружения скрытых инфекций

В основе развития клинических проявлений лежат разные возбудители, найти которые бывает под силу только ПЦР, что и является ее основной задачей иногда совместно с ИФА, а иногда в качестве единственного подтверждающего теста, особенно, если симптоматика заболевания отсутствует. Такую непростую ситуацию может создавать полимикробная инфекция, которая, помимо явных возбудителей, включает еще и условно-патогенные.

Уреаплазма зачастую рассматривается в паре с микоплазмой. И это неспроста. Данные виды, как и хламидию, не относят ни к вирусам, ни к бактериям, они проживают внутри клеток и относятся к ИППП, хотя их присутствие в здоровом организме тоже далеко не редкость. Так вот, чтобы отличить здорового носителя от больного человека, нужны особые методы, где ПЦР считается наиболее надежным, поскольку, ввиду особенностей строения и поведения этих микроорганизмов, другие исследования оказываются неэффективными.

Что касается (тип 1, 2) и , который тоже относится к герпесвирусам (тип 5), то здесь тоже ситуация неоднозначная. Инфицированность населения земного шара приближается к 100%, поэтому в данном случае очень важна идентификация вируса и его доза, что особенно играет роль при беременности, ведь взрослому человеку, вирус, прижившийся в его организме, часто не доставляет никаких хлопот и признаков заболевания не дает.

Поэтому не следует игнорировать назначенное врачом подобное обследование, ведь в некоторых случаях полимеразная цепная реакция является обязательным и необходимым методом лабораторной диагностики, способным защитить от серьезных осложнений не только женщину, но и маленького, еще не родившегося, человечка.

В заключение хочется отметить, что такой замечательный метод, как ПЦР, вот уже более 30 лет служит человечеству. При этом, задачи теста не ограничиваются поиском возбудителей инфекционных заболеваний. Полимеразная цепная реакция, рожденная на почве молекулярной биологии, неразрывно связана с генетикой, она успешно применяется в криминалистике для идентификации личности , в судебной медицине для установления отцовства, в ветеринарии, если клиника для животных имеет возможности приобретать дорогое оборудование, а также в других сферах (промышленность, сельское хозяйство и пр.).

Видео: ПЦР – суть и применение

Однако в то время эта идея осталась невостребованной. Полимеразная цепная реакция была вновь открыта в 1983 году Кэри Маллисом. Его целью было создание метода, который бы позволил амплифицировать ДНК в ходе многократных последовательных удвоений исходной молекулы ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы . Через 7 лет после опубликования этой идеи, в 1993 г., Маллис получил за неё Нобелевскую премию .

В начале использования метода после каждого цикла нагревания - охлаждения приходилось добавлять в реакционную смесь ДНК-полимеразу , так как она быстро инактивировалась при высокой температуре, необходимой для разделения цепей спирали ДНК. Процедура была очень неэффективной, требовала много времени и фермента. В 1986 г. она была существенно улучшена. Было предложено использовать ДНК-полимеразы из термофильных бактерий . Эти ферменты оказались термостабильными и были способны выдерживать множество циклов реакции. Их использование позволило упростить и автоматизировать проведение ПЦР. Одна из первых термостабильных ДНК-полимераз была выделена из бактерий Thermus aquaticus и названа Taq -полимеразой. Недостаток этой полимеразы заключается в том, что вероятность внесения ошибочного нуклеотида у неё достаточно высока, так как у этого фермента отсутствуют механизмы исправления ошибок (3"→5" экзонуклеазная активность). Полимеразы Pfu и Pwo , выделенные из архей , обладают таким механизмом, их использование значительно уменьшает число мутаций в ДНК, но скорость их работы (процессивность) ниже, чем у Taq . Сейчас применяют смеси Taq и Pfu , чтобы добиться одновременно высокой скорости полимеризации и высокой точности копирования.

В момент изобретения метода Маллис работал в компании Цетус (en:Cetus Corporation), которая и запатентовала метод ПЦР. В 1992 году Цетус продала права на метод и патент на использование Taq -полимеразы компании Хофман-Ла Рош (en:Hoffmann-La Roche) за 300 млн долларов. Однако оказалось, что Taq -полимераза была охарактеризована русским биохимиком Алексеем Калединым в 1980 году , в связи с чем компания Промега (Promega) пыталась в судебном порядке заставить Рош отказаться от исключительных прав на этот фермент . Американский патент на метод ПЦР истёк в марте 2005 г.

Проведение ПЦР

Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro ). При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. В отличие от амплификации ДНК в живых организмах, (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК . В обычном ПЦР-процессе длина копируемых ДНК-участков составляет не более 3000 пар оснований (3 kbp ). С помощью смеси различных полимераз, с использованием добавок и при определённых условиях длина ПЦР-фрагмента может достигать 20-40 тысяч пар нуклеотидов. Это всё равно значительно меньше длины хромосомной ДНК эукариотической клетки. Например, геном человека состоит примерно из 3 млрд пар оснований .

Компоненты реакции

Для проведения ПЦР в простейшем случае требуются следующие компоненты:

ДНК-матрица , содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать .
Два праймера , комплементарные противоположным концам разных цепей требуемого фрагмента ДНК.
Термостабильная ДНК-полимераза - фермент , который катализирует реакцию полимеризации ДНК. Полимераза для использования в ПЦР должна сохранять активность при высокой температуре длительное время, поэтому используют ферменты, выделенные из термофилов - Thermus aquaticus (Taq-полимераза), Pyrococcus furiosus (Pfu-полимераза), Pyrococcus woesei (Pwo-полимераза) и другие.
Дезоксинуклеозидтрифосфаты (dATP, dGTP, dCTP, dTTP).
Ионы Mg 2+ , необходимые для работы полимеразы.
Буферный раствор , обеспечивающий необходимые условия реакции - рН , ионную силу раствора . Содержит соли, бычий сывороточный альбумин.

Чтобы избежать испарения реакционной смеси, в пробирку добавляют высококипящее масло, например, вазелиновое. Если используется амплификатор с подогревающейся крышкой, этого делать не требуется.

Добавление пирофосфатазы может увеличить выход ПЦР-реакции. Этот фермент катализирует гидролиз пирофосфата , побочного продукта присоединения нуклеотидтрифосфатов к растущей цепи ДНК, до ортофосфата . Пирофосфат может ингибировать ПЦР-реакцию .

Праймеры

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 ), последний служит затравкой для ДНК-полимеразы при синтезе комплементарной цепи матрицы (см. ).

Важнейшая характеристика праймеров - температура плавления (T m) комплекса праймер-матрица. T m это температура, при которой половина ДНК-матриц образует комплекс с олигонуклеотидным праймером. Температуру плавления можно приблизительно определить по формуле , где n X - количество нуклеотидов Х в праймере. 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:

Амплификатор

Рис. 1 : Амплификатор для проведения ПЦР

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.

Ход реакции

Фотография геля, содержащего маркерную ДНК (1) и продукты ПЦР-реакции (2,3). Цифрами показана длина фрагментов ДНК в парах нуклеотидов

Обычно при проведении ПЦР выполняется 20-35 циклов, каждый из которых состоит из трех стадий (рис. 2).

Денатурация

Двухцепочечную ДНК-матрицу нагревают до 94-96°C (или до 98 °C, если используется особенно термостабильная полимераза) на 0,5-2 мин., чтобы цепи ДНК разошлись. Эта стадия называется денатурацией , так как разрушаются водородные связи между двумя цепями ДНК. Иногда перед первым циклом (до добавления полимеразы) проводят предварительный прогрев реакционной смеси в течение 2-5 мин. для полной денатурации матрицы и праймеров. Такой приём называется горячим стартом , он позволяет снизить количество неспецифичных продуктов реакции.

Отжиг

Когда цепи разошлись, температуру понижают, чтобы праймеры могли связаться с одноцепочечной матрицей. Эта стадия называется отжигом . Температура отжига зависит от состава праймеров и обычно выбирается на 4-5°С ниже их температуры плавления. Время стадии - 0,5-2 мин. Неправильный выбор температуры отжига приводит либо к плохому связыванию праймеров с матрицей (при завышенной температуре), либо к связыванию в неверном месте и появлению неспецифических продуктов (при заниженной температуре).

Элонгация

Разновидности ПЦР

«Вложенная» ПЦР (Nested PCR(англ.) ) - применяется для уменьшения числа побочных продуктов реакции. Используют две пары праймеров и проводят две последовательные реакции. Вторая пара праймеров амплифицирует участок ДНК внутри продукта первой реакции.
«Инвертированная» ПЦР (Inverse PCR(англ.) ) - используется в том случае, если известен лишь небольшой участок внутри нужной последовательности. Этот метод особенно полезен, когда нужно определить соседние последовательности после вставки ДНК в геном. Для осуществления инвертированной ПЦР проводят ряд разрезаний ДНК рестриктазами с последующим соединением фрагментов (лигирование). В результате известные фрагменты оказываются на обоих концах неизвестного участка, после чего можно проводить ПЦР как обычно.
ПЦР с обратной транскрипцией (Reverse Transcription PCR, RT-PCR (англ.) ) - используется для амплификации, выделения или идентификации известной последовательности из библиотеки РНК. Перед обычной ПЦР проводят на матрице мРНК синтез одноцепочечной молекулы ДНК с помощью ревертазы и получают одноцепочечную кДНК , которая используется в качестве матрицы для ПЦР. Этим методом часто определяют, где и когда экспрессируются данные гены.
Асимметричная ПЦР (англ. Asymmetric PCR ) - проводится тогда, когда нужно амплифицировать преимущественно одну из цепей исходной ДНК. Используется в некоторых методиках секвенирования и гибридизационного анализа. ПЦР проводится как обычно, за исключением того, что один из праймеров берется в большом избытке.
Количественная ПЦР (Quantitative PCR, Q-PCR(англ.) ) - используется для быстрого измерения количества определенной ДНК, кДНК или РНК в пробе.
Количественная ПЦР в реальном времени (Quantitative real-time PCR) - в этом методе используют флуоресцентно меченые реагенты для точного измерения количества продукта реакции по мере его накопления.
Touchdown (Stepdown) ПЦР (Touchdown PCR(англ.) ) - с помощью этого метода уменьшают влияние неспецифического связывания праймеров на образование продукта. Первые циклы проводят при температуре выше температуры отжига, затем каждые несколько циклов температуру снижают. При определённой температуре система пройдёт через полосу оптимальной специфичности праймеров к ДНК.
Метод молекулярных колоний (ПЦР в геле, англ. Polony - PCR Colony ) - акриламидный гель полимеризуют со всеми компонентами ПЦР на поверхности и проводят ПЦР. В точках, содержащих анализируемую ДНК, происходит амплификация с образованием молекулярных колоний.
ПЦР с быстрой амплификацией концов кДНК (англ. Rapid amplification of cDNA ends, RACE-PCR )
ПЦР длинных фрагментов (англ. Long-range PCR ) - модификация ПЦР для амплификации протяженных участков ДНК (10 тысяч оснований и больше). Используют две полимеразы, одна из которых - Taq-полимераза с высокой процессивностью (то есть, способная за один проход синтезировать длинную цепь ДНК), а вторая - ДНК полимераза с 3"-5" эндонуклеазной активностью. Вторая полимераза необходима для того, чтобы корректировать ошибки, внесенные первой.
RAPD PCR (англ. Random Amplification of Polymorphic DNA PCR , 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 (20 - 25 п.н.). Этот праймер будет частично комплементарен случайным участкам ДНК исследуемых организмов. Подбирая условия (длину праймера, его состав, температуру и пр.), удается добиться удовлетворительного отличия картины ПЦР для двух организмов.

Если нуклеотидная последовательность матрицы известна частично или неизвестна вовсе, можно использовать вырожденные праймеры , последовательность которых содержит вырожденные позиции, в которых могут располагаться любые основания. Например, последовательность праймера может быть такой: …ATH… , где Н - А, Т или С.

Применение ПЦР

ПЦР используется во многих областях для проведения анализов и в научных экспериментах.

Криминалистика

ПЦР используют для сравнения так называемых «генетических отпечатков пальцев». Необходим образец генетического материала с места преступления - кровь, слюна, сперма, волосы и т. п. Его сравнивают с генетическим материалом подозреваемого. Достаточно совсем малого количества ДНК, теоретически - одной копии. ДНК расщепляют на фрагменты, затем амплифицируют с помощью ПЦР. Фрагменты разделяют с помощью ДНК электрофореза . Полученную картину расположения полос ДНК и называют генетическим отпечатком пальцев (англ. genetic fingerprint ).

Установление отцовства

Рис. 3 : Результаты электрофореза ДНК-фрагментов, амплифицированных с помощью ПЦР. (1) Отец. (2) Ребенок. (3) Мать. Ребенок унаследовал некоторые особенности генетического отпечатка обоих родителей, что дало новый, уникальный отпечаток.

Хотя «генетические отпечатки пальцев» уникальны (за исключением случая однояйцевых близнецов), родственные связи все же можно установить, сделав несколько таких отпечатков (рис. 3). Тот же метод можно применить, слегка модифицировав его, для установления эволюционного родства среди организмов.

Медицинская диагностика

ПЦР дает возможность существенно ускорить и облегчить диагностику наследственных и вирусных заболеваний. Нужный ген амплифицируют с помощью ПЦР с использованием соответствующих праймеров, а затем секвенируют для определения мутаций . Вирусные инфекции можно обнаруживать сразу после заражения, за недели или месяцы до того, как проявятся симптомы заболевания.

Персонализированная медицина

Известно, что большинство лекарств действуют не на всех пациентов, для которых они предназначены, а лишь на 30-70 % их числа. Кроме того, многие лекарства оказываются токсичными или аллергенными для части пациентов. Причины этого - отчасти в индивидуальных различиях в восприимчивости и метаболизме лекарств и их производных. Эти различия детерминируются на генетическом уровне. Например, у одного пациента определенный цитохром (белок печени, отвечающий за метаболизм чужеродных веществ) может быть более активен, у другого - менее. Для того, чтобы определить, какой разновидностью цитохрома обладает данный пациент, предложено проводить ПЦР-анализ перед применением лекарства. Такой анализ называют предварительным генотипированием (англ. prospective genotyping ).

Клонирование генов

Клонирование генов (не путать с клонированием организмов) - это процесс выделения генов и, в результате генноинженерных манипуляций , получения большого количества продукта данного гена. ПЦР используется для того, чтобы амплифицировать ген, который затем вставляется в вектор - фрагмент ДНК, переносящий чужеродный ген в тот же самый или другой, удобный для выращивания, организм. В качестве векторов используют, например, плазмиды или вирусную ДНК. Вставку генов в чужеродный организм обычно используют для получения продукта этого гена - РНК или, чаще всего, белка. Таким образом в промышленных количествах получают многие белки для использования в сельском хозяйстве, медицине и др.

Рис. 4 : Клонирование гена с использованием плазмиды. .
(1) Хромосомная ДНК организма A. (2) ПЦР. (3) Множество копий гена организма А. (4) Вставка гена в плазмиду. (5) Плазмида с геном организма А. (6) Введение плазмиды в организм В. (7) Умножение количества копий гена организма А в организме В.

Секвенирование ДНК

В методе секвенирования с использованием меченых флуоресцентной меткой или радиоактивным изотопом дидезоксинуклеотидов ПЦР является неотъемлемой частью, так как именно в ходе полимеризации в цепь ДНК встраиваются производные нуклеотидов, меченые флуоресцентной или радиоактивной меткой. Это останавливает реакцию, позволяя определить положения специфических нуклеотидов после разделения синтезированных цепочек в геле.

Мутагенез

В настоящее время ПЦР стала основным методом проведения мутагенеза. Использование ПЦР позволило упростить и ускорить процедуру проведения мутагенеза, а также сделать её более надёжной и воспроизводимой.