Пцр минусы и плюсы

ПЦР-анализ: что это такое, когда он назначается и как проводится

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.

ИФА и ПЦР: просто о сложных лабораторных методах диагностики инфекций

Опубликовано 29 ноября 2014 пользователем a.ultanbay

В лабораторной диагностике существует множество методов выявления необходимого элемента в биоматериале. Для диагностики инфекционных заболеваний чаще всего используют два принципиально разных метода:ИФАиПЦР. Мы предлагаем Вам ознакомиться с данными методами, чтоб понять плюсы и минусы каждого из них.

ИФА (иммуноферментный анализ)– это определение в крови пациента антител к инфекционным агентам. Антитела (иммуноглобулины, Ig) представляют собой белки, которые вырабатывает наша иммунная система в ответ на инфекцию. Для каждого возбудителя заболевания продуцируются сугубо индивидуальные антитела. Антитела «помечают» микробов, и по наличию таких «меток» на поверхности микробных клеток организм узнает цель для уничтожения. Антитела к одному возбудителю могут отличаться между собой по срокам появления:IgM– в острый периодIgG– если процесс хронический, или в качестве постоянного иммунитета (в зависимости от вида возбудителя)IgA– при обострении хронического процессаМетод ИФА ищет “следы” реакции на вторжение инфекции, а не саму инфекцию!Из-за низкой цены и использования в качестве биоматериала крови, метод применяется в качестве скрининга. Например, при подозрении на паразитозы пациенты сдают кровь на определение антител к аскаридам, лямблиям и т.д. Если результат пришел положительным, то не стоит сразу приступать к лечению паразитов – необходимо сопоставить клиническую картину, результаты ИФА и, возможно, результаты других методов обследования. Стоит помнить, что после пройденного курса лечения антитела могут оставаться в нашем организме очень долго, даже после того, как инфекция покинула наше тело, т.е. остается, так называемый, «серологический шрам».Приведем пример: в ночном небе тысячи звезд. Многие из этих звезд уже давно погибли, но до нас до сих пор, веками, идет их свет. По сути, мы видим только след звезды. Свет есть, а звезды уже давно нет. Но если света нет, это не говорит о том, что звезды там не было.То же самое и с антителами. Их наличие не гарантирует присутствия в организме искомого инфекционного агента. Отсутствие антител не говорит о том, что инфекции нет.Если результат анализа методом ИФА положительный, то это значит, что нужно искать инфекцию более специфическими и дорогостоящими методами – ПЦР, бактериологические посевы. Возможен ложноположительный результат в случае, если несколько микробов обладают схожей антигенной структурой, тогда к разным микробам будут вырабатываться «похожие» антитела.

ПЦР– один из самых наукоемких методов. Он обнаруживает ДНК микроорганизма. Генетический материал индивидуален для любого микроба, а это значит, что метод обладает самой высокой специфичностью и не может «обознаться». Принцип ПЦР заключается в том, что в пробирке происходит многократное удвоение искомого генетического кода. В случае присутствия даже незначительного количества этого кода, произойдет увеличение его количества, и анализатор сможет «уловить» его наличие. Таким образом, ПЦР – «золотой стандарт» выявления инфекционных агентов. Однако, у этого метода есть и свои минусы. Во-первых, в отличие от ИФА, ПЦР может сказать о наличии возбудителя только в месте взятия биоматериала, которое ограничено мазком (например, с уретры или из носа). Во-вторых, за счет своей высокой чувствительности, ПЦР может обнаружить даже мертвые частицы микробов, что наблюдается сразу после лечения. В таком случае, результат будет ложноположительный.

Резюмируя вышесказанное, приведем таблицу сравнения этих двух методов друг с другом:

ПЦР-диагностика

Полимеразно-цепная реакция (ПЦР) – это одно из самых ярких достижений в сфере молекулярной биологии. Метод получил широчайшее распространение в разных областях науки. Благодаря очень высокой специфичности и чувствительности, метод ПЦР применяется в медицине, биологии, ветеринарии, криминалистике, санитарной службе и других отраслях деятельности человека.Для анализа методом ПЦР можно использовать любые биологические материалы, которые содержат нуклеиновые кислоты (молекулу ДНК или РНК).

Принцип ПЦР- исследования

У каждого живого существа, по крайней мере, на нашей планете, есть уникальный «отпечаток» – ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая отвечает за передачу наследственных факторов от предков к потомкам. Структурно эта молекула представляет собой две нити из молекул-азотитых оснований, удерживаемые рядом друг с другом химическими связями и скрученные в спираль (считается, что для компактности). Из курса биологии вы можете помнить такие названия, как аденин (А), гуанин (Г), тимидин (Т) и цитозин (ц). Это 4 нуклеотида, которые и создают последовательность ДНК. Вирусы хранят свою генетическую информацию в другой нуклеиновой кислоте – РНК.Информация об уже изученных ДНК и РНК хранится в научных базах лабораторий. После того, как был изобретенметод ПЦР, для многих возбудителей различных заболеваний (бактерии, грибки и вирусы) были созданы свои специфические генетические детекторы (праймеры) – уникальные последовательности нуклеотидов, характерных только для конкретного возбудителя. И если поместить их в пробирку с исследуемым материалом, при наличии в нем ДНК или РНК «живых» возбудителей, праймеры запускают реакцию репликации – создания огромного числа копий, которое можно идентифицировать визуально. Т.е. они начинают копировать свою ДНК/РНК десятки раз.И при подсчете результатов сотрудники лаборатории могут понять, есть ли искомые бактерии и вирусы в исследуемом образце, или нет, именно поэтому результаты ПЦР чаще всего качественные, т.е. «обнаружено» или «не обнаружено».

Кому мы обязаны появлением метода ПЦР?

Со слов американского биохимика Керри Мюллиса (Kary Mullis), идея идентифицировать живые организмы по короткому участку их генетического кода (ДНК) пришла ему в голову в 1983 году, по пути с работы домой. А в основе этой идеи, лежала работа другого американского биохимика, Артура Корнберга (Arthur Kornberg), которая в свое время не нашла отклика у научного сообщества.

Керри допустил возможность того, чтобы взять молекулу ДНК какого-либо организма, с помощью высокой температуры «распустить» ее спираль на две нити, специфическими маркерами-праймеры пометить уникальные для этого микроорганизма участки ДНК и затем, применив фермент ДНК-полимеразу, создать из двух нитей две новые молекулы ДНК. Но уже содержащие в себе меченные праймеры. И потом останется просто искать эти участки в диагностическом материале.

В итоге, корпорация CETUS, в которой работал Мюлис, выделила ему команду ученых. И в 1985 году, в издании Американского общества генетики человека, появилась публикация с теоретическим обоснованием ПЦР, как метода идентификации генетического материала живых организмов.

Как это все происходит в лаборатории

Выделение ДНК

Сначала пробу биологического материала подготавливают: центрифугируют, осаждают и т.д. Затем лаборантам необходимо выделить ДНК из полученного биологического концентрата.Амплификация (увеличение числа копий ДНК)Важнейший этап исследования. Проводится в термоциклере и именно здесь проходят все процессы, подпадающие под определение полимеразно-цепная реакция: денатурация, отжиг, элонгация.ДенатурацияСамый первый этап – развернуть (денатурировать) нуклеиновые кислоты, чтоб сделать их доступными для дальнейшей работы. Осуществляется путем нагрева реакционной смеси до 80-90 °C.ОтжигДенатурированные (распущенные) ДНК/РНК обрабатывают праймерами – изготовленными в лабораторных условиях коротенькими цепочками нуклеиновых кислот. Благодаря запрограммированному участку, праймеры прикрепляются только к тем нуклеиновым кислотам, для которых были созданы. Например, праймер для вируса простого герпеса 1 типа, никогда не свяжется с ДНК другого вируса, микроорганизма или клетки.Именно праймеры обусловливают крайне высокую специфичностьПЦР– способность реагировать только на нуклеиновые молекулы конкретных типов, видов классов и даже штаммов микроорганизмов. Или отдельные виды клеток живых организмов.

Элонгация

Или синтез. После завершения процесса отжига, в реакционной смеси создают условия для активности полимеразы. Фермент, ориентируясь на молекулы праймеров (а не исходных нуклеиновых кислот), начинает синтез новых ниток ДНК/РНК. Которые становятся копиями исходных, искомых молекул нуклеиновых кислот.Такой температурный цикл проводится 30 и более раз. В результате, даже при изначально небольшом количестве искомого генетического материала, в реакционной смеси накапливается значительное число «помеченных» праймерами нуклеиновых кислот (растет экспоненциально, с удвоением при каждом цикле).Обнаружить большие количества ДНК/РНК намного проще, за счет чего реализуется еще одно преимущество ПЦР – высочайшая чувствительность.

Детекция

Оценка результатов ПЦР проводится несколькими путями:

1. Электрофорез в вязкой среде. Суть в том, что ДНК/РНК заряжены электрически и движутся к одному из электродов. В среду (агар или полиакридный гель) добавляют краситель ДНК (например – бромистый этидий). В процессе сеанса электрофореза, молекулы нуклеиновых кислот движутся и формируют скопления, подкрашенные этидием. Под ультрафиолетом, это выглядит в виде полосок разной толщины и яркости.
2. Метод гибридизации. Используются праймеры, заранее помеченные люминофором (флуорофором). После нужного числа температурных циклов, применяют специальный прибор – детектор флюоресценции. За счет того, что в образец можно добавлять флуорофоры для разных мишеней (они будут и светиться под ультрафиолетом разным цветом), метод гибридизации подходит для диагностики сразу нескольких мишеней в одном образце.
3. ПЦР диагностика в реальном времени (real-time PCR). Отличается тем, что детекция проводится прямо в процессе амплификации. Для этого нужны зонды-люминофоры (из предыдущего пункта) и специальные приборы ДНК-амплификаторы. Эти устройства оценивают нарастание яркости люминофора после каждого температурного цикла и впоследствии, вычисляют исходное число искомых нуклеиновых кислот в образце.

Электрофорез и гибридизация подходят только для качественной оценки, то есть дают ответ на вопрос, есть ли в образце искомый материал. ПЦР в реальном времени – единственный доступный метод количественной оценки.Если мишеней для праймеров в образце не окажется, то температурные циклы пройдут в холостую и при детекции будет получен отрицательный результат.

Преимущества методики ПЦР

Всего разработано более 10 разных методик амплификации, применяемых лабораториями в зависимости от исходных условий и поставленных целей.Общим для них есть высокая чувствительность (для положительного результата достаточно 40 (!) или менее искомых копий ДНК в 1 мл образца, то есть вероятность ложноотрицательного ответа ничтожно мала. И очень высокая специфичность: вероятность ложноположительного ответа составляет менее 1%.Но точность результатов сильно зависит от качества сбора диагностического материала, тщательного соблюдения всех технических требований к каждому этапу и качеству оборудования, расходных материалов (буфера, праймеров, раствора для отмывки и т.д.).

Области применения в медицине

В дерматовенерологии ПЦР используют для выявления венерических заболеваний: микоплазменной, хламидийной инфекций, сифилиса, генитального герпеса и др.Инфекционисты активно используют ПЦР для диагностики туберкулеза, ВИЧ, вирусных гепатитов, герпеса, мононуклеоза, вируса Эпштейн-Барр и др.). А с помощью ПЦР в реальном времени, оценивая вирусную нагрузку, врачи могут составить мнение о динамике заболевания, отклике на лечение, что особенно актуально для пациентов с ВИЧ, принимающих терапию.Также благодаря ПЦР врачи могут в течение нескольких дней с уверенностью идентифицировать коклюш и паракоклюш, выявить возбудителей эпидемии ОРВИ. Уточняются типы вируса гриппа, циркулирующие на определенной территории, на основании чего появляется возможность разработать эффективную вакцину для каждого сезона гриппа.В течение суток или быстрее можно установить вид возбудителя кишечной инфекции, а значит – назначить адекватное лечение и обнаружить вероятный источник заражения.Летом, ПЦР актуальна для диагностики заболеваний, передаваемых иксодовыми клещами: боррелиоза (болезни Лайма), клещевых энцефалитов.Метод позволяет работать с любым биологическим материалом. Гемотрансмиссивные инфекции (сифилис, ВИЧ, гепатиты, боррелиоз) исследуются по пробе венозной крови или спинномозговой жидкости. Кожные болезни (герпес, грибки) – по соскобу с пораженного участка. Венерические и урологические – по образцу мочи, спермы, влагалищного отделяемого.Так что в медицине, ПЦР применяется везде, где нужна высокая точность и быстрота получения результатов.

Лабораторные исследования, выполняющиеся методом ПЦР:

ПЦР анализ как метод выявления инфекций

Полимеразная цепная реакция, или ПЦР анализ, является методом диагностирования инфекционных возбудителей в организме. Применяется в гинекологии для выявления инфекций, которые передаются половым путем. Данное исследование было предложено в 1983 американским ученым Мюллисом, который изначально применял его для исследовательских целей, а позже ввел и в практическую медицину.

Как работает ПЦР анализ

ПЦР исследование основано на принципе определения ДНК. Как известно, каждый живой организм содержит генетический код, за который отвечает дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Она состоит из нуклеотидов, которые соединяются, соблюдая правило комплементарности. Для определения инфекции в организме хватает малого участка генетической информации того или иного возбудителя. Принцип работы анализа ПЦР как раз и построен на выявлении небольшого генетического фрагмента микроорганизма. Для разных возбудителей создан определенный детектор, который, соблюдая правило комплементарности, точно находит свой фрагмент, поэтому определить таким образом, какой микроорганизм вызвал инфекцию, не составит огромного труда.

С помощью анализа ПЦР успешно выявляют:б

• Гепатит вирусной этиологии
• Сальмонеллу
• Дифтерийную палочку
• Холеру
• Токсоплазмоз
• Цитомегаловирус
• СПИД
• Хламидии и уреаплазмы
• Микоплазмоз
• Кандидоз и гарднерелез
• Трихомонаду
• Папилломавирусную инфекцию
• Герпесная инфекция, которая является довольно опасным заболеванием и долгое время может находиться в спящем состоянии.
• Хеликобактер
• Вирусы гриппа группы А и В

Для определения заболеваний, передающихся половым путем (ЗППП), в гинекологии анализ ПЦР является необходимой процедурой при исследовании болезней женских половых органов.

Данная диагностическая процедура назначается для определения:

• Причин хронических воспалений мочеполовых путей
• В случае тяжелой беременности
• Острые стадии ЗПП
• Хронические фазы ЗППП
• Определения причин бесплодия
• Проверка результативности лечения антибиотиками
• Выявление чувствительности или иммунитета к определенным видам антибиотика
• Контроль донорской крови

Анализ ПЦР стал незаменимым, поскольку позволяет определить и изучить заболевания в хронической стадии, а также редкие и плохо изученные инфекции.

Какой биологический материал используют для ПЦР анализа?

Для определения возбудителя разных инфекций забор материала может отличаться. У женщин для определения заболеваний, которые передаются половым путем, анализ берется из шейки матки, мочеиспускательного канала, а также исследуются выделения из влагалища и моча. Для определения гепатита С вирусной этиологии, а также ВИЧ и СПИДа на исследование берут кровь из вены. У мужчин для определения ЗППП берется мазок из мочеиспускательного канала, выделения, если таковые присутствуют, и моча.

Когда врач назначает ПЦР анализ, многие пациенты отказываются от него, аргументируя тем, что он достаточно дорогой, а точность результата неизвестна. Это большое заблуждение. Рассмотрим, каковы же минусы и плюсы данного вида диагностики.

• Универсален.Данный анализ позволяет выявить различные ДНК и РНК тогда, когда другие методы исследования не работают. Позволяет определить не только наличие возбудителя, его тип, а также количественное соотношение данного микроорганизма.
• Высокая специфика (точность 100%).Это значит, что в процессе исследования определяется последовательность нуклеотидов, характерная для отдельно взятого микроорганизма. К тому же, оборудование позволяет определить наличие других возбудителей в том же материале, и это никак не влияет на точность и качество ответа.
• Высокая чувствительность к выявлению возбудителей инфекции. Выявить микроорганизм возможно даже при минимальном содержании ДНК в биологическом материале
• Быстрота проведения диагностики. Процесс занимает всего несколько часов, поэтому результат пациент сможет получить уже на следующий день.
• ПЦР анализ выявляет именно наличие инфекции, а не реакцию организма на нее. Поэтому определить наличие патогенных организмов можно еще в состоянии сна инфекции или в инкубационном периоде.

Минусы диагностики с помощью ПЦР анализа:

• Результат анализа во многом зависит от того, как проводилось исследование и в каком помещении. Из-за высокой чувствительности в материал могут проникнуть чужеродные микроорганизмы из внешней среды, поэтому в лабораториях обязательны биологические фильтры воздуха с высокой степенью фильтрации.
• Брать анализ и оценивать результаты должен исключительно лечащий врач. Это важно потому что не всегда положительный результат является заболеванием. Возможно, пациент уже прошел курс лечения, а инфекция и возбудители удаляются из организма не сразу.
• И, конечно, от правильности взятия анализа зависит точность ответа. Проводить анализ обязан только врач, который имеет квалификацию и четкие инструкции от лаборатории по взятию материала для пцр анализа.

Когда врач назначает ПЦР анализ

Данное исследование назначает специалист в случае жалоб пациента на необычные и симптомы:

• Зуд и жжение в области половых органов
• Обильные выделения с неприятным запахом, изменившейся консистенцией и цветом.
• Боли внизу живота, а также при мочеиспускании
• Также Вы можете попросить врача провести обследование, если имел место незащищенный половой контакт с неизвестным партнером.

Также данное исследование назначают молодым парам, которые хотят родить здорового малыша, и беременным.

Как подготовиться к сдаче анализа ПЦР:

• Исключены половые контакты за 36 часов
• Нельзя мочиться 3 часа до забора материала
• Запрещен прием антибиотиков и использование вагинальных бактерицидных свечей
• Запрещено спринцевание и сдача анализа во время месячных
• Запрещено использовать антибактериальное мыло

ПЦР анализ на сегодняшний день является одним из самых эффективных и мощных методов исследования. В большинстве случаев он используется для выявления инфекций, передающихся половым путем. Новейшее оборудование позволяет за одно исследование выявить от 5 до 13 инфекций, что весьма облегчает жизнь, как пациентам, так и врачам, которые основываясь на результаты, могут установить правильный и точный диагноз и назначить эффективное лечение.

Несмотря на универсальность исследования ПЦР, необходимо использовать и другие методы, для того чтобы определить и правильно оценить ответ иммунной системы организма. Зачастую анализ комбинируют с серологическими методами исследования.

В случае, если вы сдаете анализ ПЦР, самостоятельно обратившись в лабораторию, при положительных результатах исследования не стоит откладывать посещение врача, так как большинство возбудителей способны негативно сказываться как на репродуктивной системе, так и на здоровье организма в целом.