Лаборатория пцр диагностики

Поделиться

ВАЖНО!

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Кроме простого увеличения числа копий ДНК (этот процесс называется амплификацией), ПЦР позволяет производить множество других манипуляций с генетическим материалом (введение мутаций, сращивание фрагментов ДНК), и широко используется в биологической и медицинской практике, например, для диагностики заболеваний (наследственных, инфекционных), для установления отцовства, для клонирования генов, введения мутаций, выделения новых генов.

Специфичность и применение

ПЦР – метод молекулярной диагностики, ставший для ряда инфекций «золотым стандартом», проверен временем и тщательно апробирован клинически. Метод ПЦР позволяет определить наличие возбудителя заболевания, даже если в пробе присутствует всего несколько молекул ДНК возбудителя.

После соединения (гибридизации) матрицы с праймером (отжиг), последний служит затравкой для ДНК-полимеразы при синтезе комплементарной цепи матрицы.

Для проведения ПЦР в простейшем случае требуются следующие компоненты:

• ДНК-матрица, содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать;
• два праймера, комплементарные концам требуемого фрагмента;
• термостабильная ДНК-полимераза;
• дезоксинуклеотидтрифосфаты (A, G, C, T);
• ионы Mg2+, необходимые для работы полимеразы;
• буферный раствор.

Обычно при проведении ПЦР выполняется 20 – 35 циклов, каждый из которых состоит из трех стадий. Двухцепочечную ДНК-матрицу нагревают до 94 – 96°C (или до 98°C, если используется особенно термостабильная полимераза) на 0,5 – 2 минуты, чтобы цепи ДНК разошлись. Эта стадия называется денатурацией — разрушаются водородные связи между двумя цепями. Иногда перед первым циклом проводят предварительный прогрев реакционной смеси в течение 2 – 5 минут для полной денатурации матрицы и праймеров.

Когда цепи разошлись, температуру понижают, чтобы праймеры могли связаться с одноцепочечной матрицей. Эта стадия называется отжигом. Температура отжига зависит от праймеров и обычно выбирается на 4 – 5°С ниже их температуры плавления. Время стадии — 0,5 – 2 минут.

ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, используя праймер в качестве затравки. Это — стадия элонгации. Температура элонгации зависит от полимеразы. Часто используемые полимеразы наиболее активны при 72°C. 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 10 – 15 мин.

Подготовка материала к исследованию и транспорт его в лабораторию

Для успешного проведения анализа важно правильно собрать материал у пациента и правильно провести его подготовку. Известно, что в лабораторной диагностике большинство ошибок (до 70%) совершается именно на этапе пробоподготовки. Для взятия крови в лаборатории ИНВИТРО в настоящее время применяются вакуумные системы, которые с одной стороны минимально травмируют пациента, а с другой – позволяют произвести взятие материала таким образом, что он не контактирует ни с персоналом, ни с окружающей средой. Это позволяет избежать контаминации (загрязнения) материала и обеспечивает объективность анализа ПЦР.

1. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. — М.: Мир, 2002. — 589 с., илл. ISBN 5-03-003328-9
2. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. — 496 с.; илл. ISBN 5-94087-098-8
3. Патрушев Л.И. Искусственные генетические системы — М.: Наука, 2005 — В 2 т. — ISBN 5-02-033278-X
4. http://ru.wikipedia.org/wiki

ВАЖНО!

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Высокотехнологичные лабораторные методы диагностики дают возможность выявить множество заболеваний на самых ранних стадиях. Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) — один из самых новых и точных способов диагностики. За его разработку ученый Кэри Муллис получил в 1993 году Нобелевскую премию. Сегодня этот метод хотя и считается экспериментальным, но уже широко и успешно применяется в медицине.

ПЦР-диагностика: суть подхода

Метод ПЦР использует принципы молекулярной биологии. Его суть заключается в применении особых ферментов, которые многократно копируют фрагменты РНК и ДНК возбудителей болезни, которые находятся в пробах биоматериала, например в крови.

После этого работники лаборатории сверяют полученные фрагменты с базой данных, выявляют тип возбудителя болезни и его концентрацию.

ПЦР проводят в амплификаторе — приборе, охлаждающем и нагревающем пробирки с пробами биоматериала. Нагрев и охлаждение необходимы для проведения репликации. Точность температурного режима влияет на точность результата.

Сферы применения метода

Диагностические возможности метода ПЦР огромны, с его помощью можно выявить самые разные инфекции. Чаще всего ПЦР-метод применяют для диагностики:

• ВИЧ;
• герпеса;
• различных половых инфекций, в частности хламидиоза, уреаплазмоза, гарднереллеза, микоплазмоза и трихомониаза;
• кандидоза;
• гепатитов;
• мононуклеоза;
• листериоза;
• цитомегаловируса;
• туберкулеза;
• вируса папилломы человека;
• клещевого энцефалита.

Это далеко не полный список, метод ПЦР-анализа используется в разных областях медицины.

Преимущества и недостатки подхода

У диагностики методом ПЦР много плюсов:

Высокая чувствительность. Метод позволяет выявить возбудителя болезни даже при наличии нескольких молекул его ДНК, то есть на очень ранних стадиях, при хронической форме заболевания, а так же в случаях, когда болезнь никак себя не проявляет, протекая латентно.

Универсальность. Для проведения ПЦР анализа подходит почти любой биоматериал — от крови и слюны до клеток кожи.

Широкий охват. Исследование одного образца может выявить сразу нескольких возбудителей болезни.

Оперативность. Результат, как правило, готов через 5–7 часов, то есть получить заключение можно уже на следующий день после забора биоматериала.

Точность. Метод ПЦР практически никогда не дает ложноположительных или ложноотрицательных результатов, если была соблюдена технология проведения этого анализа.

Невысокая стоимость. По цене ПЦР-анализ сравним с любыми другими лабораторными анализами крови.

Однако следует понимать, что совершенных методов анализа не бывает. У ПЦР есть и минус — высокие требования к соблюдению технологии и к профессионализму лаборантов. Если образец был загрязнен, анализ может дать ложный результат. Поэтому проводить ПЦР-диагностику лучше только в самых лучших лабораториях, где внедрены системы контроля качества работы.

Исследуемый биоматериал

Для ПЦР-диагностики заболеваний на анализ берут разные виды биоматериала. Выбор зависит от типа инфекции. При анализе на ЗППП методом ПЦР берут соскоб или мазок из шейки матки или уретры, а также мочу. Для выявления герпеса, цитомегаловируса, гепатита, токсоплазмоза и ВИЧ на анализ берут кровь. При анализе на мононуклеоз и цитомегаловирус берут мазок из зева. Спинномозговая жидкость используется для анализа при поражениях нервной системы, для диагностики внутриутробных инфекций исследуются ткани плаценты, для выявления легочных инфекций — мокрота или плевральная жидкость.

Подготовка к исследованию

Подготовка к ПЦР-диагностике напрямую зависит от типа биоматериала. Кровь сдается натощак утром. Моча также сдается утром, в лабораторных условиях, в стерильный контейнер. Перед сдачей мазка или соскоба из урогенитальной области нельзя вступать в половые контакты за несколько дней до исследования, не следует проводить спринцевания. Мазок или соскоб нельзя сдавать во время менструации и в течение 2-х дней после ее окончания.

Методы ПЦР-диагностики заболеваний

Существует немало различных методик ПЦР-диагностики: ПЦР в реальном времени, секвенирование, пиросеквенирование, микрофлюидные технологии. Сейчас наиболее распространенным способом проведения анализа является ПЦР в реальном времени — этот метод практически не допускает ложноположительных результатов, к тому же срок обработки образцов при исследовании таким способом сокращается — результат можно получить уже через час.

Расшифровка результатов

Для пациента результат ПЦР-анализа может быть либо положительным, либо отрицательным. Отрицательный означает, что следов враждебной ДНК не обнаружено и человек здоров. Положительный подразумевает наличие фрагментов ДНК возбудителя болезни — это значит, что человек заражен и ему требуется лечение.

Нередко ПЦР-диагностика дает положительный результат, но пациент не чувствует никакого недомогания, а признаки болезни отсутствуют. Однако это означает не ошибку, а очень раннюю стадию заболевания. В этом случае необходимы дополнительные исследования и лечение. Если заболевание было диагностировано на столь ранней стадии, следует начинать терапию как можно скорее, ведь чем дальше зайдет болезнь, тем сложнее будет ее вылечить.

ПЦР-диагностика инфекций невероятно точна — она позволяет обнаружить возбудителя болезни, даже если в пробе находится всего одна-единственная молекула его ДНК. Именно это качество сделало ПЦР-анализ одним из эффективнейших диагностических инструментов как для определения наличия инфекции, так и для контроля за ходом лечения.

Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) — это один из методов молекулярно-биологической, или ДНК-диагностики. Его суть заключается в обнаружении инфекционного возбудителя в биологическом образце генетического материала (ДНК или РНК).

Исследования проводятся на базе клинико-диагностической лаборатории. Её оборудуют, согласно требованиям, которые предъявляются к данному типу лабораторий.

Например, стандарты оснащения лаборатории, которая работает на базе кожно-венерологического диспансера, утверждены в Приказе Министерства здравоохранения РФ от 15 ноября 20102 г. №924 (приложение №16 к «Порядку оказания медицинской помощи по профилю «дерматовенерология»).

Исследования в ПЦР лаборатории

В лаборатории проводится широкий спектр исследований. С помощью полимеразной цепной реакции можно выявить вирусные гепатиты B, C, D, G; урогенитальные инфекции; инфекции, которые передаются половым путем (ИППП), папиломмавирусные, TORCH и герпесвирусные инфекции; оппортунистические, гнойно-септические, внутриутробные, кишечные и нейроинфекции; инфекции дыхательного тракта.

ПЦР-диагностика очень эффективна, поскольку позволяет выявить возбудителя инфекции и диагностировать заболевание ещё до его клинических проявлений. При этом исключаются ложные результаты.

Требования к помещению

В лаборатории выделяют рабочие зоны, которые соответствуют этапам ПЦР-анализа:

• Для приёма, регистрации, разбора и первичной обработки биоматериала. Здесь принимают, сортируют, маркируют и хранят материал.
• Для выделения ДНК/РНК. Оптимально размещать зону в отдельном помещении, но допускается и размещение в помещениях, где проводят другие исследования (кроме генно-инженерных!). В последнем случае необходимо оборудовать ПЦР-бокс или бокс биологической безопасности, в котором запрещено проводить любые другие методы исследований, кроме ПЦР. Под зону выделяют помещение площадью 15–20 кв. м.
• Для приготовления реакционных смесей и проведения исследований. Здесь готовят ПЦР-смеси, вносят выделенные препараты ДНК/РНК в пробирку для ПЦР. Оптимальная площадь помещения 15–20 кв. м.
  Этапы выделения ДНК/РНК и приготовления смесей проводят в разных помещениях. Однако допускается совместить их. В таком случае обязательно оборудуют боксы – отдельный для каждого этапа.
• Для детекции продуктов амплификации. Оптимально размещать зону в отдельном помещении, в котором имеется ПЦР-бокс. Обычно при детекции используют метод электрофореза и гибридизационного анализа. Если необходимо использовать оба метода одновременно, необходимо выделить отдельную зону для проведения гибридизационного анализа. При этом расходные материалы и посуду для каждого метода используют свою. Оптимальная площадь помещения для детекции составляет 25–30 кв. м.

Если в лаборатории применяют метод real-time PCR, то не нужно выделять зону детекции.

Кроме рабочих зон, необходимо выделить и вспомогательные помещения: архива (для хранения документации), комнаты для персонала (отдыха, приёма пищи), раздевалки, кабинета заведующего, склада, санузла.

При возможности рекомендовано выделить отдельное помещение под автоклавную для обеззараживания исследуемого материала. Если такой возможности нет, то при соблюдении правил биологической безопасности допускается общая с другими подразделениями лаборатории автоклавная.

Кроме обязательного зонирования, к помещению ПЦР-лаборатории предъявляются такие технические требования: наличие водопровода, канализации, электричества, отопления, освещения (естественного и искусственного), приточно-вытяжной или вытяжной вентиляции, систем кондиционирования и пожаротушения.

Не допускается воздухообмен между зоной детекции и остальными зонами.

Внутренняя отделка

Стены, потолок и пол должны иметь гладкую поверхность без щелей, стыков, трещин, а пол – покрыт антискользящим материалом. Они должны быть устойчивыми к воздействию дезинфицирующих и моющих средств, легко обрабатываться.

Согласно «Методическим указаниям по применению бактерицидных ламп для обеззараживания воздуха и поверхности в помещениях», во всех рабочих зонах ПЦР-лаборатории устанавливают бактерицидные лампы из расчёта 2,5 Вт/куб. м.

Оборудование и мебель

Согласно Стандарту оснащения молекулярно-биологического подразделения клинико-диагностической лаборатории, необходимо такое оборудование: термостат твердотельный для пробирок типа Эппендорф, аплификатор, насос с колбой-ловушкой, микроцентрифуга для пробирок, центрифуга-встряхиватель (вортекс), настольный бокс для ПЦР, трансиллюминатор, аппарат для проведения горизонтального электрофореза с источником питания, Прибор для чтения результатов исследования на биомикрочипах (ДНК-чипах), камера для гибридизации (для проведения исследований на биомикрочипах), комплект оборудования для проведения исследований методом полимеразной цепной реакции в реальном времени, наборы одно- и восьмиканальных пипеточных дозаторов, холодильники (бытовой и низкотемпературный от –70 до –80 °С).

Также ПЦР-лабораторию нужно оснастить: системой гель-электрофореза (для отображения результатов) и гель-документации (для их анализа).

В ПЦР-лаборатории устанавливают медицинскую мебель — рабочие столы, стулья, тумбочки, полки и шкафы (для хранения посуды, материалов и т. д., а также документации).

Главные требования к медицинской лабораторной мебели — эргономичный дизайн, удобство, долговечность, устойчивость к воздействию химических и других веществ.