В Роспотребнадзоре разъяснили, чем отличается тестирование на коронавирус методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) от экспресс-теста. Если вам назначили количественный ПЦР-анализ, врач напишет в направлении не только название исследования, но и предпочтительный метод, которым нужно провести ПЦР-анализ. ПЦР называют прямым методом, поскольку он выявляет возбудителя, а не иммунную реакцию организма, и является подтверждающим методом в диагностике инфекционных заболеваний. В России метод полимеразной цепной реакции был внедрен и начал использоваться в 1995 г.
Принципы ПЦР-диагностики
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – современный метод исследования, основанный на увеличении малых концентраций фрагментов нуклеиновой кислоты в пробе. С появлением секвенирования нового поколения метод ПЦР утрачивает клиническую важность при необходимости исследования широкой панели генов. метод применяется в медицине, биологии, ветеринарии, криминалистике, санитарной службе и других отраслях деятельности человека.
Все под контролем! Правильный способ использования внутреннего контрольного образца (ВКО)
Методы исследования нуклеиновых. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания. Преимущества метода ПЦР над иммуноферментным анализом и прочими иммунологическими инструментами выявления инфекции заключается в том, что он реже дает ошибочные результаты. Нельзя ПЦР или ИФА-диагностикой заменить все существующие методы исследования.
ПЦР-тестирование: как работает метод ПЦР в диагностике
По факту, чтобы «засечь» вирус в организме, с помощью специального фермента, собирающего из нуклеотидов по образцу вирусной ДНК ее копию, ученые дублируют фрагменты генетического материала вируса, пока их число не станет настолько большим, что будет возможно зафиксировать его присутствие с помощью флуоресцентных меток. Как это работает? Затем добавляют так называемые праймеры — начальные звенья цепочки, которые необходимы для старта синтеза новой копии, и так называемую полимеразу — тот самый фермент, который и будет заниматься репликацией ДНК. РНК-праймер изображен белым прямоугольником в начале каждой из двух цепей Как правило, для лабораторной ПЦР используются ДНК-полимеразы из термофильных бактерий, поскольку в течение реакции смесь многократно охлаждают и нагревают. На последующей стадии элонгации полимераза начинает синтез на каждой из двух цепочек разделенной ДНК недостающей пары. Происходит это по принципу комплементарности: фермент присоединяет напротив каждого нуклеотида, из которых состоят ДНК, противоположный. По завершении реакции цикл неоднократно повторяется см. Общая схема полимераной цепной реакции. Цифрами обозначены ее этапы.
В случае с вирусами, содержащими не «двойную» ДНК молекулу, а «одинарную» РНК а это коронавирусы, или, например, ВИЧ , ученым приходится сначала провести обратную транскрипцию РНК с помощью фермента обратной транскриптазы, а уже потом производить амплификацию по той схеме, что была указана выше. Именно так, собственно, поступает и сам вирус, попадая в клетку, перед тем как встроить свою ДНК в человеческую и приступить к синтезу собственных белков, из которых состоит его «тело» то есть не генетического материала, а самих вирусных частиц, при ПЦР же, наоборот, копируется генетический материал, а не новые частицы вируса. Ингибиторы обратной транскриптазы — одни из самых распространенных видов лекарств от ВИЧ-инфекции. К ним относятся, например, зидовудин и ламивудин — самые первые препараты АРВТ, разработанные еще в 80-х. Производится ПЦР на специальных приборах, амплификаторах, или так называемых термоциклерах Thermal cycler. Наглядно, как работает метод ПЦР, можно посмотреть на приведенном ниже видео. У теста на антитела свои преимущества. Но я бы сказала так: они с ПЦР-тестом дополняют друг друга.
В результате известные фрагменты оказываются на обоих концах неизвестного участка, после чего можно проводить ПЦР как обычно. Этим методом часто определяют, где и когда экспрессируются данные гены. Используется в некоторых методиках секвенирования и гибридизационного анализа. ПЦР проводится как обычно, за исключением того, что один из праймеров берётся в большом избытке. ПЦР проводят при высокой температуре отжига, тем самым удаётся поддержать эффективности реакции на протяжении всех циклов [18]. В этом методе используют флуоресцентно меченые ДНК-зонды для анализа накопления продукта реакции или интеркалирующий краситель SYBR Green или его аналоги. Sybr Green I [en] обеспечивает простой и экономичный вариант для детекции и количественного определения ПЦР-продуктов в ходе ПЦР в режиме реального времени без необходимости использования специфичных флуоресцентных зондов или праймеров. Кроме главного, в спектре красителя имеются два небольших дополнительных максимума поглощения — при 290 нм и 380 нм. Первые циклы проводят при температуре выше оптимальной температуры отжига, затем каждые несколько циклов температуру отжига постепенно снижают до оптимальной.
Это делается для того, чтобы праймер гибридизовался с комплементарной цепью всей своей длиной; тогда как при оптимальной температуре отжига, праймер частично гибридизуется с комплементарной цепью. Частичная гибридизация праймера на геномной ДНК приводит к неспецифической амплификации, если участков связывания для праймера достаточно много. В точках, содержащих анализируемую ДНК, происходит амплификация с образованием молекулярных колоний. Вторая полимераза необходима для коррекции ошибок, внесённых первой, так как Taq-полимераза останавливает синтез ДНК, если был добавлен некомплементарный нуклеотид.
Праймеры разрабатывают таким образом, что первый комплементарен одной нити молекулы ДНК с одной стороны целевой последовательности, а второй — другой нити противоположной стороны этой же последовательности. Затем, используя последовательность между праймерами как шаблон, с помощью ДНК-полимеразы синтезируются две новые нити ДНК. Вновь синтезированные комплементарные нити ДНК формируют следующую копию исходной целевой последовательности. Регулярные циклы тепловой денатурации, гибридизации праймеров и ферментативного синтеза ДНК приводят к экспоненциальному росту 2, 4, 8,16, 32,... В результате количество копий участка ДНК между праймерами будет увеличиваться до тех пор, пока не израсходуются субстраты реакции праймеры и нуклеотиды. При использовании специально разработанных приборов для ПЦР цикл амплификации занимает всего несколько минут.
Таким образом, в течение нескольких часов могут быть получены миллиарды копий стартовой молекулы ДНК.
Осталась очень довольна и уровнем и ценой. Большое спасибо!
Алексей Л. Спасибо Роману Александровичу Гусейнову за помощь и понимание! Отличный врач, профессионал своего.
С большим желанием помогает, и всячески поддерживает. Рад, что попал именно к нему. С болезнью справились совместными усилиями, сейчас периодически у него наблюдаюсь.
Валентин Юдашевич Отличная клиника! Хороший уровень, лечился у Гусейнова Романа Александровича. Хороший врач, выслушал, задал много вопросов, назначил необходимые анализы.
После готовности по анализам опередил диагноз и назначил необходимое лечение, которое помогло. Все прошло отлично. Анатолий Ц.
Обращался в клинику с деликатным вопросом!
В Роспотребнадзоре объяснили, чем отличается экспресс-тест на COVID-19 от ПЦР
Если вам назначили количественный ПЦР-анализ, врач напишет в направлении не только название исследования, но и предпочтительный метод, которым нужно провести ПЦР-анализ. Лучше всего комбинировать различные методы исследования – помимо определения самого возбудителя методом ПЦР необходимо оценивать и иммунный ответ организма, который определяется традиционными уже серологическими методами, например, ИФА. 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. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – молекулярно-биологический метод исследования, который позволяет найти в исследуемом клиническом материале небольшой фрагмент ДНК.
Риск получения ошибочного результата
- Тесты ПЦР при коронавирусе
- Микробиологические исследования
- Суть метода ПЦР
- Методика, преимущества и недостатки анализа
Все под контролем! Правильный способ использования внутреннего контрольного образца (ВКО)
Но это тема для отдельного разговора. Для исследования забирают биоматериал. Какой именно — зависит от конкретных показаний. Обычно берут мазки со слизистых оболочек полости рта, половых органов, уретры. В качестве исходного образца изучают мочу, кровь, мокроту, слюну. Есть отдельные условия по подготовке и проведению диагностики полимеразной цепной реакции. Что можно обнаружить методом ПЦР По результатам обследования есть возможность выявить группу патологических процессов. Папилломатоз Провоцируется особым одноименным вирусом. Вызывает образование на коже и внутренних органах хорошо знакомых многим наростов. В самом простом случае, речь идет о бородавках.
Но существуют и другие аномальные структуры. Например, невус родинка , остроконечная кондилома. Последние образуются на репродуктивных органах и в области заднего прохода, передаются половым путем. Многие штаммы вируса папилломы человека а известно их более 150 потенциально онкогенны. Способны спровоцировать рак. Потому ПЦР незаменима при ранней диагностике и разработке индивидуальных мер профилактики, лечения. Герпес Любого типа. Известно более 6-и штаммов этого вируса. Первый провоцирует образование папул в полости рта и на губах.
Второй — транспортируется половым путем и плохо поддается коррекции. Третий — это вирус Варицелла-Зостер, которые вызывает ветряную оспу. Четвертый становится виновником мононуклеоза. Пятый — цитомегалии. Шестой влияет на работу головного мозга. Так можно продолжать и далее. Суть в том, что с помощью ПЦР удается выявить сам герпес и его штамм, определить характер и давность поражения, патологического процесса. В этом суть диагностики. Гепатит Воспаление печени.
Полимеразная цепная реакция назначается не только для определения самого факта расстройства. Суть в другом. ПЦР диагностика инфекций дает возможность дифференцировать септические и токсические, прочие формы гепатита, определить конкретный штамм вируса, который спровоцировал патологический процесс. Кандидоз Молочница. Вызывается грибком с идентичным названием. Поражает слизистые оболочки. В том числе полость рта, половые органы женщины реже — мужчины.
Метод основан на принципе комплементарности. Суть метода заключается в многократном копировании амплификации в пробирке определенных участков ДНК в процессе повторяющихся температурных циклов. На каждом цикле амплификации синтезированные ранее фрагменты вновь копируются ДНК-полимеразой. Благодаря этому происходит многократное увеличение количества специфических фрагментов ДНК, что значительно упрощает дальнейший анализ. Методика проведения анализа с использованием метода ПЦР включает три этапа: 1. Амплификация специфических фрагментов ДНК. Детекция продуктов амплификации. Суть пробоподготовки заключается в экстракции извлечении ДНК из биопрепарата и удалении или нейтрализации посторонних примесей для получения препарата ДНК с чистотой, пригодной для постановки реакции амплификации. В настоящее время существуют различные методы выделения нуклеиновых кислот: экспресс -метод, выделение НК при помощи осаждения на носителе, фенольно-хромофорный метод метод Хом-чинского.
Эта стадия называется отжигом. Температура отжига зависит от состава праймеров и обычно выбирается на 5 градусов меньше, чем температура плавления праймеров. 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. Время стадии отжига — 30 секунд [ источник не указан 800 дней ], одновременно, за это время полимераза уже успевает синтезировать несколько сотен нуклеотидов. Элонгация[ править править код ] ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, используя праймер в качестве затравки. Это — стадия элонгации. Температура элонгации зависит от полимеразы. Время элонгации зависит как от типа ДНК-полимеразы, так и от длины амплифицируемого фрагмента. Обычно время элонгации принимают равным одной минуте на каждую тысячу пар оснований. После окончания всех циклов часто проводят дополнительную стадию финальной элонгации, чтобы достроить все одноцепочечные фрагменты. Эта стадия длится 7—10 минут. Количество специфического продукта реакции ограниченного праймерами теоретически возрастает пропорционально 2n — 2n, где n — число циклов реакции [15]. Число «длинных» копий ДНК тоже растёт, но линейно, поэтому в продуктах реакции доминирует специфический фрагмент.
В редких случаях пациенты с симптомами COVID-19 или его бессимптомные носители могут получить отрицательный результат теста. Это возможно при низкой вирусной нагрузке слишком малое количество вируса в верхних дыхательных путях , поздних стадиях заболевания, когда у пациента уже поражены лёгкие вирус «спустился» из носоглотки в лёгкие , и при неправильном взятии мазка. Такое бывает, когда мазок берут со слизистой носовых ходов и ротовой полости, а не из носоглотки и ротоглотки. Эспресс-тесты проводятся для обнаружения антигенов коронавируса — белковых частиц, которые входят в состав вируса и распознаются иммунной системой. Экспресс-тесты на COVID-19 достаточно просты в использовании, а их проведение не требует специальной лаборатории и больших временных затрат результат бывает готов через 15-30 минут.
Чем отличается диагностика ПЦР от ИФА
Происходит это по принципу комплементарности: фермент присоединяет напротив каждого нуклеотида, из которых состоят ДНК, противоположный. По завершении реакции цикл неоднократно повторяется см. Общая схема полимераной цепной реакции. Цифрами обозначены ее этапы. В случае с вирусами, содержащими не «двойную» ДНК молекулу, а «одинарную» РНК а это коронавирусы, или, например, ВИЧ , ученым приходится сначала провести обратную транскрипцию РНК с помощью фермента обратной транскриптазы, а уже потом производить амплификацию по той схеме, что была указана выше. Именно так, собственно, поступает и сам вирус, попадая в клетку, перед тем как встроить свою ДНК в человеческую и приступить к синтезу собственных белков, из которых состоит его «тело» то есть не генетического материала, а самих вирусных частиц, при ПЦР же, наоборот, копируется генетический материал, а не новые частицы вируса. Ингибиторы обратной транскриптазы — одни из самых распространенных видов лекарств от ВИЧ-инфекции. К ним относятся, например, зидовудин и ламивудин — самые первые препараты АРВТ, разработанные еще в 80-х.
Производится ПЦР на специальных приборах, амплификаторах, или так называемых термоциклерах Thermal cycler. Наглядно, как работает метод ПЦР, можно посмотреть на приведенном ниже видео. У теста на антитела свои преимущества. Но я бы сказала так: они с ПЦР-тестом дополняют друг друга. Тест на антитела лучше работает на поздних стадиях. Антитела в крови сохраняются и тогда, когда вирус исчезает из организма, то есть с помощью такого теста можно узнать, кто переболел COVID-19 в прошлом. Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» в нее входит, он и разработал тесты, которыми пользуются в лабораториях Роспотребнадзора.
То есть производит тесты «Вектор», а проводят тестирование региональные центры Роспотребнадзора. У каждого теста есть погрешность.
Всё быстро, чётко, по адекватной цене! Доктор Никитин, великолепный специалист! Олег Журба Я благодарен своему врачу Волохову Е. По сути я в клинике и не лечился в итоге, а за то, что не смотря на свою специальность, он не зациклился на инфекциях и помог мне найти причину своих страданий. Я 4 года думал, что боль, которая мучила меня связана с простатитом и инфекциями.
Я прошел около 10 курсов различного лечения антибиотиками, всякими массажами простаты, и ведь лечили меня все урологи, уверенные, что дело именно в этом. И к нему я приехал именно искать ИППП. А оказалась грыжа диска позвонка. Блин, неужели никому в голову не могло прийти проверить это за 4 года? В итоге невролог, электрофорез, остеопат сделали свое дело. Вот такие дела. А лучшей рекомендацией для клиники и врача с моей стороны стал даже не этот отзыв, а уже 3 моих знакомых, ставших посетителями этого мед центра.
Написал лишь потому, что чувства благодарности переполняют! Дмитрий Я долго искал причину своего недуга, обойдя множество врачей в своём городе, понял, что помочь мне они не смогут. Отправился в Москву, в «частную практику» к доктору Волохову Евгению Александровичу, где он порекомендовал пройти расширенную диагностику, которая позволила выявить суть моего заболевания и, поставив правильный диагноз, приступить к лечению.
Появление ПЦР было обусловлено определенными достижениями молекулярной генетики. В 1953 г. Эта их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией. Еще одной предпосылкой к появлению нового метода явилась расшифровка нуклеотидной последовательности геномов ряда микроорганизмов. ПЦР стала действительно недорогой и технологичной методикой в результате использования ДНК-полимеразы, выделенной из термофильной бактерии Thermus aquaticus, обитающей в трубопроводах горячей воды. Универсальным носителем генетической информации и наследственных признаков у всех существующих на Земле организмов является дезоксирибонуклеиновая кислота ДНК.
Исключение составляют только некоторые микроорганизмы, например, вирусы, носителем генетической информации у которых является РНК — одноцепочечная рибонуклеиновая кислота. ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль.
Один цикл длится 2-3 минуты.
Для образования достаточного количества генетического материала для идентификации, обычно производится 30-50 циклов ПЦР, что занимает 2-3 часа. 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. 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.
На сегодняшний день, используя меченые «затравки», а также соответствующее программное обеспечение, можно производить сразу и «чтение» результатов ПЦР. Это так называемаяreal-time ПЦР. Почему ПЦР диагностика обладает такой ценностью?
Однако, эти преимущества должны базироваться на непременном соблюдении следующих условий: корректный забор, транспортировка биологического материала; наличие стерильного, одноразового инструментария, специальных лабораторий и обученного персонала; строгое соблюдение методики и стерильности во время проведения анализа Чувствительность различается для различных выявляемых микробов. Возможности, заложенные в ПЦР-анализе, позволяют достичь непревзойденной аналитической специфичности.
История открытия современных методов молекулярной диагностики
После окончания амплификации выдаются результаты, которые уже проанализированы, а задача сотрудников — удостовериться в отсутствии ошибок. Вся информация уходит на сервер. Она может остаться на хранении, поступить в ЛИС, или же ее можно напечатать в лабораторный журнал и разослать в кабинеты врачей. В заключение Максим Ионов отметил, что разработанные программные решения позволяют обеспечить поток информации на всех этапах работы, от сортировки образцов до выдачи результатов. Внедрение информационных и цифровых технологий вместе с аппаратными компонентами делает отечественные лаборатории готовыми к любым эпидемиологическим неожиданностям. Партнерский материал.
Также используется для установления отцовства или материнства, нахождения в организме человека вирусов и бактерий, выявления аллергии на некоторые лекарства или их токсичности.
Чтобы этого избежать, нужно правильно забрать материал для тестирования и подготовить его. Поэтому во многих лабораториях при заборе крови используются вакуумные системы, которые меньше травмируют человека и не допускают того, чтобы материал для анализа контактировал с окружающей средой или персоналом. Такой анализ позволяет выявить инфекции мочеполового тракта у мужчин и мочевыделительных органов у женщин. Применяется для обнаружения туберкулеза и некоторых других заболеваний легких. Биологические жидкости — околоплодная, спинномозговая, суставная и т. Соскобы со слизистых оболочек, например, носа или ротоглотки. В основном применяется для обнаружения заболеваний, которые передаются половым путем, а также коронавируса.
Кровь, сыворотка, плазма. Их забирают методом биопсии. Преимущества и недостатки метода ПЦР отличается от других исследований тем, что может обнаружить несколько разных возбудителей одновременно. Для него нужно сдать только один анализ, никаких дополнительных тестов не требуется. В тесте пишется концентрация выявленных у ДНК и РНК микроорганизмов, если берется мазок из носа или ротовой полости, а также к какому классу они принадлежат. То есть присутствует четкое понимание, к какому типу относится возбудитель и каково его количество.
После экстракции генерируется задание для амплификаторов, сотрудник загружает планшеты или пробирки и запускает прибор. После окончания амплификации выдаются результаты, которые уже проанализированы, а задача сотрудников — удостовериться в отсутствии ошибок. Вся информация уходит на сервер.
Она может остаться на хранении, поступить в ЛИС, или же ее можно напечатать в лабораторный журнал и разослать в кабинеты врачей. В заключение Максим Ионов отметил, что разработанные программные решения позволяют обеспечить поток информации на всех этапах работы, от сортировки образцов до выдачи результатов. Внедрение информационных и цифровых технологий вместе с аппаратными компонентами делает отечественные лаборатории готовыми к любым эпидемиологическим неожиданностям. Партнерский материал.
При сравнительно высокой концентрации агарозы большие фрагменты вообще не могут проникнуть в гель. В процессе миграции рестрикционные фрагменты не деградируют, их можно вымывать в виде биологически активных двухцепочечных молекул.
При окрашивании гелей красителями, связывающимися с ДНК, выявляется набор полос, каждая из которых отвечает рестрикционному фрагменту, молекулярную массу которого можно определить, проведя калибровку с помощью ДНК с известными молекулярными массами подробнее см. При использовании нескольких эндонуклеаз рестрикции на одном образце можно составлять рестрикционные карты. Располагая такой информацией, можно идентифицировать на ДНК биологически важные участки. Поскольку рестрикционная карта отражает расположение определенной последовательности нуклеотидов в данном участке, сравнение таких карт для двух или более родственных генов позволяет оценить гомологию между ними. Анализируя рестрикционные карты, можно сравнивать определенные участки ДНК разных видов животных без определения их нуклеотидной последовательности. Таким образом, например, было установлено, что хромосомные участки, кодирующие цепи гемоглобина у человека, орангутанга и шимпанзе сохранились в практически неизменном виде в течение последних 5 - 10 млн.
Метод рестрикционного картирования позволяет увидеть крупные генетические изменения, такие как делеции или инсерции. При этом происходит уменьшение или увеличение рестрикционных фрагментов, а также исчезновение или возникновение сайтов рестрикции. Поскольку по химическому строению ДНК не отличается у разных организмов, можно сшивать ДНК из любых источников, и клетка не сможет отличить полученную молекулу от своей собственной ДНК. Рекомбинантный фермент выделен из штамма кишечной палочки E. Для улучшения результатов лигирования, общая рекомендация заключается в создании нескольких реакций с различными вставками: вектор молярных соотношений, как правило, в диапазоне от 1:1 до 5:1. Для менее эффективных лигирований, как и для фрагментов ДНК с тупыми концами, часто рекомендуется добавление инертных макромолекул, таких как полиэтиленгликоль ПЭГ , чтобы увеличить эффективную концентрацию компонентов реакции и тем самым повысить эффективность лигирования.
Разделение молекул ДНК и белков Метод гель-электрофореза Электрофорез - это движение дисперсных частиц относительно жидкости под действием пространственно однородного электрического поля. Часто приходится иметь дело со смесью молекул ДНК разной длины. Например, при обработке химически выделенной из организма ДНК рестриктазами как раз получится смесь фрагментов ДНК, причем их длины будут различаться. Поскольку любая молекула ДНК в водном растворе отрицательно заряжена, появляется возможность разделить смесь фрагментов ДНК различных размеров по их длине с помощью электрофореза. ДНК помещают в гель обычно, агарозный для относительно длинных и сильно отличающихся молекул или полиакриламидный для электрофореза с высоким разрешением , который помещают в постоянное электрическое поле. Из-за этого молекулы ДНК будут двигаться к положительному электроду аноду , причем их скорости будут зависеть от длины молекулы: чем она длиннее, тем сильнее ей мешает двигаться гель и, соответственно, тем ниже скорость.
После электрофореза смеси фрагментов разных длин в геле образуют полосы, соответствующие фрагментам одной и той же длины. С помощью маркеров смесей фрагментов ДНК известных длин можно установить длину молекул в образце Физический принцип метода заключается в следующем. Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают некоторым суммарным электрическим зарядом, величина и знак которого зависят от рН среды. Если через этот раствор, заключенный в канал из изолирующего материала начать пропускать электрический ток, то вдоль канала установится определенный градиент напряжения, то есть сформируется электрическое поле. Под действием поля макромолекулы в соответствии со своим суммарным зарядом мигрируют в направлении катода или анода, причем их трение об окружающую среду ограничивает скорость миграции. В зависимости от величины заряда и размеров молекулы приобретают разные скорости, и в этом — сущность процесса электрофореза.
Постепенно исходный препарат, состоявший из различных молекул, разделяется на зоны одинаковых молекул, мигрирующих с одной и той же скоростью. Со временем эти зоны распределяются по длине канала. В современных приборах рабочий канал заполняют гелем. Достаточно чистая и хорошо смачиваемая гидрофильная пространственная сетка геля удерживает жидкость от вытекания и препятствует конвекции. Наличие сетки геля вносит важную дополнительную деталь в картину электрофоретической миграции. Теперь фракционируемые макромолекулы любых размеров неизбежно сталкиваются с нитями полимера, образующего сетку геля, что увеличивает эффективное трение о среду, а следовательно, снижает скорость движения молекул.
Очевидно, что препятствия для миграции становятся особенно серьезными, если средний диаметр пространственных ячеек геля оказывается соизмерим с размерами макромолекул. В этом случае решающее влияние на электрофоретическую подвижность различных макромолекул и степень разделения оказывает соотношение их линейных размеров. Возможна даже такая ситуация, когда особенно крупные молекулы нуклеиновых кислот вообще не смогут «протиснуться» через поры геля и их миграция прекратится. В настоящее время почти исключительно используются полиакриламидные гели ПААГ и гели агарозы. Варьируя концентрацию полимера, можно получать гели с очень широким диапазоном размеров пор. Кроме того, можно изменять электрические заряды макромолекул путем вариации рН буфера, а их конфигурацию путем введения в буфер денатурирующих агентов или детергентов.
Все это придает методу электрофореза исключительную гибкость. Но есть, разумеется, и свои проблемы. Разделяемые макромолекулы все же находятся в растворе, поэтому возможна их диффузия, приводящая к размыванию зон. Это тем более серьезно, что протекание через жидкость электрического тока неизбежно связано с выделением тепла. К счастью, крупные молекулы нуклеиновых кислот диффундируют не слишком быстро. Для визуализации результатов электрофореза проводят окрашивание зон путем вымачивания геля в растворе красителя, прочно связывающегося с нуклеиновой кислотой.
Излишек красителя удаляют, а гель облучают ультрафиолетом, под действием которого связавшийся с двунитевой ДНК краситель флуоресцирует. А Электрофорез в полиакриламидном геле Рис. Электрофорез в полиакриламидном геле чаще используется для белков Электрофорез в полиакриламидном геле ПААГ или PAGE - метод, широко используемый для разделения биологических макромолекул в соответствии с их электрофоретической подвижностью. Подвижность является функцией длины, конформации и заряда молекулы. Как и во всех формах гель-электрофореза, молекулы могут работать в своем естественном состоянии, сохраняя структуру молекул более высокого порядка, или может быть добавлен химический денатурант, чтобы удалить эту структуру и превратить молекулу в неструктурированную линейную цепь, подвижность которой зависит только от ее длины и отношение массы к заряду. Таким образом, разделяют т.
Базовые приготовления Образцы могут представлять собой любой материал, содержащий белки. Они могут быть получены биологически, например, из прокариотических или эукариотических клеток, тканей, вирусов, проб окружающей среды или очищенных белков. Образец для анализа необязательно смешивают с химическим денатурантом, обычно SDS для белков. SDS - это анионный детергент, который денатурирует вторичные и недисульфидно-связанные третичные структуры и дополнительно придает отрицательный заряд каждому белку пропорционально его массе. Приготовление акриламидных гелей Гели обычно состоят из акриламида, бисакриламида, необязательного денатурирующего вещества SDS и буфера с отрегулированным pH. Раствор можно дегазировать под вакуумом, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха во время полимеризации.
Источник свободных радикалов и стабилизатор, такой как персульфат аммония и TEMED, добавляются для инициирования полимеризации. Реакция полимеризации создает гель из-за добавленного бисакриламида, который может образовывать поперечные связи между двумя молекулами полиакриламида. Гели, как правило, полимеризуются между двумя стеклянными пластинами в гелеобразователе, с гребнем, вставленным вверху для создания лунок для образца. После того, как гель полимеризован, «расческа» может быть удалена, и гель готов для электрофореза. Электрофорез В PAGE используются различные буферные системы в зависимости от природы образца и цели эксперимента. Буферы, используемые на аноде и катоде, могут быть одинаковыми или разными.
Электрическое поле воздействует на гель, заставляя отрицательно заряженные белки мигрировать через гель от отрицательного электрода катода к положительному электроду аноду. В зависимости от их размера каждая биомолекула движется по-разному через матрицу геля: маленькие молекулы легче проникают через поры в геле, в то время как более крупные имеют большую сложность. Гель обычно работает в течение нескольких часов, хотя это зависит от напряжения, приложенного к гелю; Миграция происходит быстрее при более высоких напряжениях, но эти результаты обычно менее точны, чем при более низких напряжениях. По истечении заданного времени биомолекулы мигрируют на разные расстояния в зависимости от их размера. Меньшие биомолекулы движутся дальше вниз по гелю, в то время как более крупные остаются ближе к точке происхождения. Следовательно, биомолекулы могут быть разделены примерно в соответствии с размером, который зависит в основном от молекулярной массы в денатурирующих условиях, но также зависит от конформации высшего порядка в нативных условиях.
После окрашивания биомолекулы разных видов появляются в виде отдельных полос внутри геля. Для калибровки геля и определения приблизительной молекулярной массы неизвестных биомолекул путем сравнения пройденного расстояния относительно маркера обычно используют маркеры размера молекулярной массы с известной молекулярной массой на отдельной дорожке в геле. Кроме «обычного» электрофореза в пластине из геля, в некоторых случаях используют капиллярный электрофорез, который проводят в очень тонкой трубочке, наполненной гелем обычно полиакриламидным. Разрешающая способность такого электрофореза значительно выше: с его помощью можно разделять молекулы ДНК, отличающиеся по длине всего на один нуклеотид. Об одном из важных приложений такого метода читайте в описании метода секвенирования ДНК по Сэнгеру. Элекрофорез в агарозном геле Самым популярным методом электрофореза с гелем является использование агарозного геля.
Именно этот гель, как среду с определенным рН, используют в целях разделения, очищения и идентификации отдельных фрагментов ДНК. Почему эта методика стал столь популярна в современной генетике? Гель электрофорез помогает выделить и разделить фрагменты дезоксирибонуклеиновой кислоты. За счет трений материалов, образующих гель, формируется «молекулярное сито», что помогает дифференцировать молекулы в соответствии с размером и зарядом. Скорость движения заряженных частиц ДНК через образованные поры в электрическом поле зависят от нескольких факторов: Силы образованного электрического поля; Относительной степени «боязни» воды образцов; Температурной кривой буфера и ионной силы. Рисунок 18.
Электрофорез в агарозном геле с использованием бромистого этидия для визуализации результатов в ультрафиолете слева. Вторая слева дорожка-маркер с известными длинами фрагментов. Справа - Установка для проведения электрофореза в геле. Первый, наиболее часто используемый в последнее время - добавление в гель веществ флуоресцирующих, в присутствии ДНК традиционно использовался довольно токсичный бромистый этидий; в последнее время в обиход входят более безопасные вещества. Бромистый этидий светится оранжевым светом при облучении ультрафиолетом, причем при связывании с ДНК интенсивность свечения возрастает на несколько порядков. Другой метод заключается в использовании радиоактивных изотопов, которые необходимо предварительно включить в состав анализируемой ДНК.
В этом случае на гель сверху кладут фотопластинку, которая засвечивается над полосами ДНК за счет радиоактивного излучения этот метод визуализации называют авторадиографией Выявление определенной последовательности ДНК в смеси. Саузерн блоттинг Рис. Саузерн-блоттинг от англ. Southern blot — метод, применяемый в молекулярной биологии для выявления определённой последовательности ДНК в образце. Метод Саузерн-блоттинга сочетает электрофорез в агарозном геле для фракционирования ДНК с методами переноса разделённой по длине ДНК на мембранный фильтр для гибридизации. С помощью электрофореза можно узнать размер молекул ДНК в растворе, однако он ничего не скажет о последовательности нуклеотидов в них.
С помощью гибридизации ДНК можно понять, какая из полос содержит фрагмент со строго определенной последовательностью. Сначала необходимо синтезировать ДНК-зонд, комплементарный той последовательности, которую мы ищем. Он обычно представляет собой одноцепочечную молекулу ДНК длиной 10—1000 нуклеотидов. Из-за комплементарности зонд свяжется с необходимой последовательностью, а за счет флуоресцентной метки или радиоизотопов, встроенных в зонд, результаты можно увидеть. Для этого используют процедуру, называемую Саузерн-блоттинг или перенос по Саузерну, названную по имени ученого, ее изобретшего Edwin Southern. Первоначально смесь фрагментов ДНК разделяют с помощью электрофореза.
На гель сверху кладут лист нитроцеллюлозы или нейлона, и разделенные фрагменты ДНК переносятся на него за счет блоттинга: гель лежит на губке в ванночке с раствором щелочи, который просачивается через гель и нитроцеллюлозу за счет капиллярного эффекта от бумажных полотенец, сложенных сверху. Во время просачивания щелочь вызывает денатурацию ДНК, и на поверхность пластины нитроцеллюлозы переносятся и закрепляются там уже одноцепочечные фрагменты.
Улучшение качества обследования пациентов с помощью ПЦР-лаборатории
При диагностике туберкулёза метод ПЦР применяют в случае получения положительных результатов при проведении плановых аллергических исследований в благополучных по туберкулёзу хозяйствах. Методика проведения анализа с использованием метода ПЦР включает три этапа. 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. Что такое ПЦР, как работает метод ПЦР в диагностике, преимущества методики, показания, подготовка к проведению ПЦР-анализа, как проводится ПЦР-анализ, что показывают результата теста. Специфическое обследование на SARS-CoV-2 делают двумя способами: методом ПЦР и посредством экспресс-тестирования. Согласно внесенным изменениям в санитарные правила, при контакте с зараженным коронавирусной инфекцией тест на COVID-19 методом ПЦР следует делать только при появлении симптомов.
Основные принципы
- Отечественные решения для автоматизации и цифровизации ПЦР-исследований
- ПЦР анализ – что это такое, как делают ПЦР анализ крови.
- ПЦР: что это такое? Диагностика инфекционных заболеваний методом полимеразной цепной реакции
- Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Особенности