ПЦР

Как известно, множество заболеваний является следствием прогрессирующих или давно присутствующих в организме пассивных инфекций. Вполне естественно, что качественное и своевременное выявление существующей инфекции поможет предотвратить последствия деятельности болезнетворных микроорганизмов, и одним из наиболее действенных способов в данном случае является ПЦР диагностика, широко использующаяся множеством медицинских заведений.

Что такое ПЦР анализ?

Ответ на вопрос о том, что это такое – ПЦР анализ, волнует каждого, кто столкнулся с необходимостью проведения этой разновидности диагностики впервые. По своей сути, ПЦР (полимеразная цепная реакция) является способом ферментативного получения огромного числа копий фрагментов молекулы ДНК, подвергаемых изучению, путем разбиения ее цепи на несколько нитей. Причем в данном случае копируется исключительно изучаемый участок ДНК, что обуславливается его соответствием заданным параметрам поиска и присутствием в исследуемом образце.

Родоначальником метода ПЦР стал Кэри Мюллис, получивший Нобелевскую премию за свое открытие. Для того, чтобы провести данный анализ, требуется:

• молекула ДНК, являющаяся вместилищем исследуемого фрагмента и играющая роль матрицы;
• ДНК-полимераза, представляющая собой фермент, позволяющий произвести копии ДНК и нуклеотиды, необходимые для производства ДНК ДНК-полимеразой;
• 2 праймера ПЦР, представляющих собой 2 комплиментарных началу изучаемого участка ДНК коротких сегмента однонитевой нуклеиновой кислоты.

Как производится исследование методом ПЦР?

В современной нам медицине исследование методом ПЦР производится в 4 этапа, включающих в себя:

• получение биологического материала, требуемого для исследования;
• вычленение ДНК;
• амплификацию ДНК-фрагментов;
• детекцию ДНК-продуктов амплификации.

Рассмотрим каждый из них более подробно.

Способы получения биологического материала

Исследовать в данном случае можно практически все биологические жидкости: мочу, кровь, слюну, спинномозговую жидкость, отделяемое слизистых оболочек и раневых поверхностей, содержимое полостей тела. Забираются образцы для исследования ПЦР одноразовыми инструментами, после чего помещаются в стерильные пробирки из пластика или же на культуральные среды с последующим перемещением в лабораторию, занимающуюся этим видом исследований.

Вычленение ДНК — первый этап проведения ПЦР-диагностики

Вычленение ДНК является самым первым этапом проведения ПЦР-диагностики. Заключается он в следующем: забранные у больного образцы обрабатываются специальным образом, в результате чего сдвоенная спираль ДНК расщепляется на несколько нитей. Стоит отметить, что с целью обеспечения чистоты реакции в образцы добавляется определенная компонента, позволяющая растворить всю органику. Именно этим способом удаляются аминокислоты, углеводы, липиды, пептиды, полисахариды и белки. Вследствие всех этих манипуляций создается ДНК.

Необходимость подобных мероприятий обуславливается, прежде всего, тем, что в основе ПЦР-диагностики инфекций лежит создание новых ДНК или РНК инфекций. И, конечно, осуществить это, не удалив клеточный материал, нельзя.

Что такое амплификация ДНК?

Для того, чтобы осуществить амплификацию ДНК, используются ДНК-матрицы, представляющие собой молекулы ДНК инфекций, использующиеся с целью клонирования ДНК. В основе самой амплификации лежит присущий всем живым организмам процесс достраивания ДНК при помощи удвоения его единичной цепочки.

Именно поэтому, взяв единичный фрагмент ДНК, специалист, выявляющий заболевание методом полимеразной цепной реакции, способен скопировать его и увеличить до требуемого числа копий в режиме цепной реакции. Так, например, первый цикл копирования образует 2 фрагмента, второй – 4, а третий уже, соответственно, 8.

Причем цикл длится считанные минуты и позволяет изменить температуру в микроскопическом химическом реакторе, содержащем все требуемые для воссоздания компоненты. В ходе присоединения искусственно созданных участков ДНК, ничем не отличающихся от ДНК вирусов и бактерий, создаются две короткие спирали, позволяющие воспроизвести будущую ДНК и включающие в свой состав 2 цепи участков ДНК.

В процессе амплификации применяется специфический участок ДНК-полимеразы и давший название тесту ПЦР, о котором идет речь в данной статье. Полимераза выступает в качестве катализатора реакции и обеспечивает прикрепление нуклеотидных оснований к увеличивающейся цепи ДНК, носящее последовательный характер. Это означает, что процесс амплификации ДНК является неоднократным возрастанием числа копий ДНК, присущих тому или иному микроорганизму.

Именно поэтому необходимость достраивания всей цепи ДНК для того, чтобы выявить возбудителя, отсутствует. Необходим лишь участок, присущий тому или иному микроорганизму. Производится анализ ПЦР на скрытые инфекции на специально программируемом оборудовании, а именно на амплификаторе или на ПЦР-термостате. Причем в зависимости от разновидности выявляемой инфекции данный процесс занимает не более 2-3 часов.

Детекция ДНК-продуктов амплификации

В ходе детекции результатов ПЦР продукты, получившиеся в ходе амплификации, разделяются. Параллельно с этим к смеси добавляются вещества, наделяющие фрагменты ДНК способностью к яркому свечению, говорящему о наличии болезнетворных элементов в исследуемом материале.

Основные преимущества метода полимеразной цепной реакции

К основным преимуществам метода полимеразной цепной реакции можно отнести:

1. Возможность выявления того или иного возбудителя напрямую. Подавляющее большинство классических методов лабораторной диагностики позволяют определить вирусы и микробы исключительно по присущим им косвенным признакам. Так, например, ИФА-диагностика позволяет обнаружить в крови заболевших белки, образованные в ходе распада возбудителей болезней. Метод же ПЦР дает возможность увидеть специфический участок ДНК возбудителя.
2. Высокую специфичность. В ходе изучения образцов, забранных у пациента, выделяется присущий только тому или иному возбудителю уникальный фрагмент ДНК.
3. Высокую чувствительность. Выявление болезнетворных микроорганизмов возможно даже тогда, когда в человеческом организме присутствует всего один представитель своего вида.
4. Универсальность. На сегодняшний день реакция ПЦР может быть получена практически при любом биологическом материале – от мочи и до соскоба клеток эпителия.
5. Быстроту получения результата. Благодаря универсальности способа обработки предоставленного для анализа материала, распознаванию продуктов реакции, а также использованию современного оборудования произвести диагностику ПЦР ДНК можно всего за 5-6 часов.
6. Возможность определения самых разнообразных возбудителей. Метод ПЦР-диагностики настолько чувствителен, что дает возможность определить возбудителя не только у больного, страдающего заболеванием в острой стадии, но и при хронической форме заболевания.

Основные недостатки метода полимеразной цепной реакции

К основным недостаткам метода полимеразной цепной реакции относятся:

1. Необходимость грамотного подхода к подбору последовательности праймеров. Конечно же, в лабораториях используются программы, существенно упрощающие поиск требуемых регионов ДНК, однако ни одна из имеющихся методик не гарантирует хорошую работу праймеров, ведь фактически они являются набором молекул разнообразного состава и длины.

   Это является причиной возникновения «минусовых» фракций, представляющих собой молекулы, последовательность которых укорочена на одно или несколько оснований, причем местоположение пропущенного нуклеотида в данной ситуации может быть любым. Именно поэтому получить качественный результат можно только после того, как эти фракции будут очищены.

2. Сложности со смешиванием 4-х видов нуклеотидов. Различная пропорция нуклеотидов может повлечь за собой значительное увеличение ошибок ДНК-полимеразы в ходе амплификации. Именно поэтому в ходе ПЦР-анализа на инфекции требуется следить за концентрацией ионов магния ввиду того, что уменьшение катионов оказывает влияние на специфичность и температуру гибридизации праймеров.
3. Необходимость соблюдения определенных технологий, а также тщательного соблюдения всех этапов исследования в изолированных друг от друга лабораторных зонах, обусловленная риском амплификации незначительных объемов неспецифических ДНК, способных привести к постановке неверного диагноза. Кроме того, ПЦР-анализ на инфекции больше используется для получения ответов на поставленные вопросы по принципу «да-нет», а именно о том, присутствует ли в образце возбудитель того или иного заболевания.

   А вот для определения того, какой микроорганизм из огромного количества существующих имеется в образце, этот анализ подходит замечательно. Обуславливается это тем, что метод ПЦР наиболее эффективен тогда, когда тестовая реакция содержит одну или несколько пар праймеров. Если же в одной реакции задействовано большее количество пар праймеров, соответствующих разнообразным инфекциям, появляется проблема, связанная с возникновением артефактов.

4. Возможность неправильной интерпретации результатов анализов, связанная с тем, что определение ДНК возбудителя далеко не во всех случаях свидетельствует о том, насколько он жизнеспособен, а также о непосредственной связи обнаруженного инфекционного агента с тем или иным патологическим процессом.
5. Возможность получения неверного результата в случае неправильного забора биоматериала. Строго говоря, для того, чтобы произвести качественный ПЦР-анализ, необходимо правильно забрать образцы биоматериала у пациента и правильно их подготовить.
6. Необходимость максимально полного удаления антикоагулянтов и остатков гемма во время извлечения нуклеиновых кислот с целью обеспечения максимальной эффективности амплификации.
7. Склонность ДНК-полимераз, используемых в ПЦР, к ошибкам.

Какие инфекции выявляет ПЦР?

На сегодняшний день к числу ПЦР инфекций можно отнести:

• пневмонию и дифтерию бактериальной и вирусной формы, туберкулез;
• болезни ЖКТ, обусловленные присутствием в организме бактерии Helicobacter Pilori;
• болезни, обусловленные наличием в организме сальмонеллы, холерного вибриона, боррелий;
• инфекции, носящие вирусный характер, например, ВИЧ, вирусы папилломы человека, герпеса, гепатита, онковирусы и ретровирусы;
• инфекционный мононуклеоз;
• заболевания, обусловленные генетическими особенностями человека;
• ЗППП, например, гарднереллез, уреаплазмоз, микоплазмоз, хламидиоз, трихомониаз;
• клещевой энцефалит;
• цитомегаловирусную инфекцию;
• кандидоз;
• листероз и многие другие заболевания, на протяжении многих лет способные присутствовать в человеческом организме в скрытом виде.

Как расшифровывается ПЦР-анализ?

Ответ на вопрос о том, как расшифровывается ПЦР-анализ, волнует большинство из тех пациентов, кто сдал его впервые. В данном случае все достаточно просто. После того, как исследование будет закончено, пациент получает либо положительный, либо отрицательный результат. Естественно, что положительные результаты анализа будут говорить о наличии в организме той или иной инфекции, а отрицательные – о том, что в организме больного та или иная инфекция отсутствует, т.е. в биологическом материале, забранном у больного, ничего не было обнаружено.

Несмотря на кажущуюся простоту расшифровки, трактовать результаты анализов должен только ваш лечащий врач, который и назначил прохождение данного анализа. Причем расстраиваться в случае получения положительных результатов не стоит, ведь ПЦР методика в данном случае выявила заболевание, что означает, что в ближайшем времени будут приняты все меры по его скорейшему излечению. И главное здесь – не пытаться заниматься самолечением и не игнорировать этот процесс, растягивая срок болезни.