❶ 如何用PCR技术检测结核杆菌
结核杆菌可以导致全身性疾病,特别是在发展中国家,其发病率较高,危害性极大.近几年结核杆菌的变异性较大,对抗痨药物的耐药性增加,从而使结核病的发病大幅度增高.虽然传统的涂片抗酸染色、细菌培养以及胸片检查对大部分结核能作出正确的诊断,但对某些病人亦可造成误诊或漏诊;动物接种虽特异性较高,但因时间较长,不能满足临床快速诊断的需要.近几年也出现了几种快速诊断方法,但也存在较大的缺陷,如短期培养后抗原免疫原性分析,即用放免方法或酶联免疫吸附试验(ELISA)检测BACTEC培养瓶中被培养标本所分泌的抗原,该方法可在BACTEC瓶本身鉴定出细菌之前,结合ELISA和涂片抗酸染色有效地鉴别典型和非典型分枝杆菌,敏感性较高,但存在培养时间长,重复性尚差的缺点.另一种是短期培养后核酸探针杂交法,即用特异性DNA探针与BACTEC瓶中培养的细菌染色体DNA杂交.该方法能有效地防止培养的假阴性结果,但却易发生假阳性结果,加之采用的方法较为复杂和繁琐,又有涉及同位素操作之嫌等,因而近来已较少应用.上面两种方法都要借助细菌培养来进行,虽然在时间上比传统培养大大缩短,但缺乏快速诊断的优势.近几年兴起的PCR方法基本实现了快速、灵敏、准确地诊断结核的目的,并且该方法正趋于常规化地应用于临床一般实验室.应用PCR方法检测结核杆菌的首要条件是设计一对特异性DNA引物.该引物所引导的DNA扩增序列应是结核杆菌独有的,且是结核杆菌的保守序列,这样才能保证检测结果的特异性.PCR方法的另外几个关键因素是:①DNA提取,即对有限的结核杆菌应尽量地将其DNA完整、全部地提取;②TaqDNA聚合酶的活性;③PCR产物的检测方法,即将PCR产物进行快速、灵敏、安全、准确的检测.
一、结核杆菌DNA的提取
在该技术上,目前仍无一种统一常规化的方法.现有各方法都存在着提取DNA不足的缺点,因此,敏感性受到影响.现在主要的细菌裂解方法是:①蛋白酶K加表面活性剂法;②蛋白变性剂加表面活性剂煮沸法;③反复冻融法;④超声波法;⑤溶菌酶加表面活性剂法.提取DNA的方法主要有:①酚一氯仿提取法:即用酚一氯仿抽提含有裂解菌体的溶液,然后用乙醇从抽提后的溶液中沉淀DNA.有的学者将硅酮加入酚一氯仿中,使水相和有机相的界面更牢固,这样不但能减少抑制因子混入水相,而且使DNA提取量比未加硅酮方法高20%~30%;②Chaotrop-silica法:用二氧化硅(sio2)吸附裂解菌体释放出的DNA,该二氧化硅用70%乙醇洗涤,而后干燥,最后用双蒸水洗脱(55℃).有报道认为该方法可以消除痰中的某些抑制因子.有的学者发现未预裂解的结核杆菌直接煮沸进行PCR的效果与预先处理的相仿,提示结核杆菌不预裂解也可直接进PCR.但加入的菌数应<约1000个,否则细菌蛋白会对PCR产生抑制作用.
二、引物的设计
根据不同型结核杆菌的序列,目前常在下列几种序列内进行引物设计.
(一)编码结核杆菌抗原的基因序列
1.编码65-KDa蛋白抗原的基因序列:结核杆菌65-KDa蛋白抗原为存在于所有分枝杆菌细胞壁中的热休克蛋白,也是一种交叉反应蛋白.所以依据该序列设计合成的引物,PCR能扩增出所有分枝杆菌的靶DNA片段,没有属内特异性.这种PCR较适用于结核病高发区大规模筛选和流行病普查.另外,对65-KDa蛋白基因的PCR扩增产物进行限制性酶切分析(RFLP),也可以准确地检测出结核杆菌的属内归属.
2.编码MPB64蛋白的基因序列:MPB64蛋白为结核杆菌复合群(MTBC,包括人型结核杆菌、牛型结核杆菌、BCG、非洲分枝杆菌、田鼠分枝杆菌)所特有.根据该蛋白的基因序列设计的引物进行PCR,对MTBC模板DNA显示出高的特异性.
3.编码38-KDa蛋白抗原b(Pab)的DNA序列:该序列仅存在于人型和牛型结核杆菌.采用在此基因内设计合成的引物和探针进行PCR,只能扩增人型和牛型结杆菌的DNA序列,能检出少至10个结核杆菌的纯化DNA.
4.编码32-KDa蛋白的基因序列:32-KDa是蛋白分枝杆菌的一种分泌蛋白,由它的基因序列设计的引物和探针进行PCR,可以特异地检测出分枝杆菌的DNA片段,能检测出50fg的纯化DNA,相当于10个结核杆菌.
5.编码MPB70抗原的基因序列:MPB70为牛型结核杆菌所特有,由该基因序列设计的引物进行PCR,对牛型结核杆菌的检测具有高度的特异性和敏感性.
(二)结核杆菌基因组重复序列
1.克隆DNA序列:目前所应用的DNA序列都是MTBC所特有,拷贝数在10个以上,包括亚克隆重组质粒pPH7301和克隆质粒PMTb4,分别含KpnI-SmaI插入片段和EcoRI-BamHI插入片段.根据这些基因序列设计的引物,其检出限在20个结核杆菌以下.
2.插入序列:结核杆菌的插入序列主要有IS6110和IS986,它们仅见于MTBC.这两种插入序列在基因组中的拷贝数为1--20个,选择插入序列作为扩增的靶序列,可以得到较高的敏感性和特异性.尤其是IS6110,是目前进行临床PCR检测的首选区段.
(三)人型结核杆菌特异序列
mtp40是人型结核杆菌特异性DNA片段,Portillo等选择mtp40作为靶序列,用PCR检测结核杆菌,结果只能扩增人型结核杆菌DNA,敏感性达到10fg纯化DNA量.
(四)分枝杆菌dnaJ基因
该基因为分枝杆菌共有,但种间又存在差别,在该基因序列内设计合成的引物和探针用于PCR检测,能检出50fg的纯化分枝杆菌DNA,相当于10个结核杆菌.并可用于区分结核杆菌和非典型结核杆菌的鉴别诊断.
(五)rRNA序列
用“通用”引物在逆转录酶作用下,将16SRNA逆转录合成cDNA,然后对cDNA进行PCR扩增,检出限达0.1fg化的结核杆菌rRNA.临床标本中少至10个结核杆菌亦可被检出,该方法由于加了一步反转录过程相对增加了难度,临床一般少用.
三、PCR产物的检测方法
通常PCR产物的检测方法是经琼脂糖电泳后,用溴化乙锭染色,然后在紫外灯下观察或进一步采用标记的DNA探针杂交.为了进一步提高检测的灵敏度,现多在引物和探针的标记上进行改进.由于放射性标记物的危害性,现多采用非放射性标记,如生物素、荧光素、酶及化学发光剂.Wilson等在巢式PCR的内侧引物上分别掺入生物素和地高辛配基,这样PCR产物两端就分别带有生物素和地高辛配基.PCR产物上的生物素和附着在微型滴定板表面的生物素蛋白结合,使PCR产物附着在滴定板上,另一端的地高辛配基和加入的抗地高辛配基碱性磷酸脂酶结合形成抗地高辛配基碱性磷酸脂酶偶合物,利用该偶合物405nm的吸收峰做光密度(OD)测定.另外,还可用吖啶酯标记探针进行杂交,用硼酸钠将未杂交的探针分解,然后加入H2O2溶液和NaOH溶液使吖啶酯水解,最后测量吖啶的光通量.虽然这些方法安全、快速、但其敏感性还需进一步提高,操作还需进一步简化.
四、PCR检测结核杆菌的敏感性和特异性
(一)PCR的特异性
PCR特异性的关键首先取决于所选靶序列的特异性.现在常用的靶序列有:①分枝杆菌共有的靶序列,如65-KDa蛋白基因序列;②MTBC特有的靶序列,如MpB64蛋白基因序列、IS6110序列.③人型结核杆菌特异的靶序列,如mpt40序列.引物设计对PCR的特异性也至关重要.引物序列在靶DNA上的专一性、以及引物的特异性和保守性,以及引物本身的许多特性,如G+C含量引物3'未端序列的特异性和保守性及引物长度等都影响PCR的特异性,另外在设计引物时也要防止出现引物间的过多配对,以免形成过多的引物聚合体,造成非特异性扩增.
PCR扩增TB的特异性除上述先决条件外,也与PCR反应本身有极重要的关系.其中退火温度是一个重要因素,退火温度过低时,引物易发生非特异性结合,造成非特异性扩增.由于结核杆DNA中G+C含量高,因此可以适当提高退火温度,以获得更高的特异性.
另外,PCR缓冲液的组成,尤其是Mg2+浓度对PCR的特异性也有较大影响,Mg2+浓度过高,会提高PCR产物的产量,但同时也会增加非特异性扩增.
(二)PCR的敏感性
PCR的敏感性很高,一般可以检测出1~100fg纯化的结核杆菌DNA,相当于1~20个结核杆菌,这种敏感性明显高于涂片法和培养法.PCR还可以检出培养法易发生失败的病例,从而大大提高菌阴结核病的诊断.另外PCR检测TBDNA不受抗痨治疗的影响,可以准确观察抗痨治疗的效果,防止血清学方法所带来的假阴性结果.PCR敏感性受下列因素影响:①扩增靶序列的拷贝数.一般认为,结核杆菌染色体中含靶序列拷贝数越多,PCR敏感性越高,如38-KDa蛋白的基因序列在结核杆菌染色体中只有一个,而IS6110序列的拷贝数却有10~12个,结果PCR敏感性后者比前者高100倍;②PCR的循环次数.在一定程度上,PCR循环次数越多,其敏感性就越高,但要合适.因为,循环次数过多会增加非特异性问题,造成结果判断上的失误,产生假阳性结果;③结核杆菌DNA的提取技术.处理标本时首先要富集(如离心)标本中的TB,使单位体积内TB含量变高,从而增加了起始模板数,有利于提高PCR的灵敏性.同时提取过程要尽可能减少抑制成份,并提高DNA的提取率.④PCR产物的检测方法.虽然DNA探针杂交要比直接电泳法敏感性高得多,但步骤繁琐,这也是影响PCR临床应用的原因之一.但一般情况下,直接电泳法的敏感性完全能够达到检测的需要.
五.PCR在结核病临床诊断中的应用
PCR检测结核杆菌的优点决定了它在临床上的应用价值和范围,PCR检测TB的优点主要表现如下:
1.能早期诊断TB菌血症:在TB感染的早期,特别是在TB病灶通过血源性外传播时、及在外周血中存在极少量的TB时,PCR就能给于扩增并确诊.此外,由于外周血中TB的含量甚微,又没有新的病灶形成,因而血清学方法和物理方法均难以达到确诊的目的,而对这类病灶的早期诊断在临床治疗上具有指导意义,因为早期菌血症是较易控制的,并可以防止继发性TB病灶的形成.
2.时间短;PCR检测TB仅需2-4h对于某些培养法难以实施的病例,PCR法则行之有效,同时提高了敏感性和特异性,可以检测到1个TB菌.
3.有利于鉴别诊断:对于肺结核来说,其中的结核球和成人型原发性结核等,经常易于同肺癌的诊断相混淆.病灶中心部位经常出现既未见TB又未见癌细胞的坏死区.此时涂片检测常是阴性的.在这种情况下,PCR检测就显得特别有效.它不但可以扩增能着色的活菌,还可以扩增已死亡的,但DNA尚未降解的死菌,从而确定这样的病灶是恶性还是良性.在许多情况下,TB可以导致脑膜炎、胸膜炎、腹膜炎等.涂片法尽管在诊断上具有直接、简便的优点,但敏感性差就局限了它的诊断范围和实用价值.PCR检测这类标本,可以说极其有效.其极高的特异性和敏感性可以很容易地确定TB性脑膜炎及TB性胸腹水.另外,对于肾结核、泌尿生殖系统结核的诊断,PCR都可以予以完成.
4.抗痨治疗的评价:对于抗痨治疗效果的评价,以前的方法显得软弱无力.而PCR法则可以通过定期检测,采用定量PCR法确切地评价抗痨药物的疗效及残存菌的数量和活性度.在体内一般情况下,细菌死后,其蛋白系统很快崩溃,而DNA则能相对较长时间地保存下来.这些DNA在某种情况下又会复活.所以,细胞的死亡最可靠的评价指标是其基因DNA的完全降解.特别是在许多问题未搞清楚以前,更应该以DNA的降解来判定病原体的死与活.从理论上讲,PCR扩增结果将是最可靠的疗效评价指标.
5.修正以往所谓“正确”的观念:致病菌与机体的防御系统是一对激烈的矛盾,致病菌可以以任何方式和通路打击人体的防御系统,以便其生存和繁殖.在健康人群和周围环境中都携带或存在有大量的TB,但何时何地才会造成机体致病呢?以往认为TB很少存在于外周血,这主要是因为外周血中查不到TB,或TB已被局限在肺组织中.但很难让人相信的是,肺部血管极其丰富,淋巴组织和血管网共同构成人体的细胞外液贮存和交换的场所.所以,二者之间的交换是经常的.这种交换就包括能透过毛细血管壁的致病菌.当然,对于TB来讲,大多数细菌将被机体的免疫器官禁固起来.但仍有不少“漏网之鱼”,只是以前所用的方法敏感性及特异性均不够.但在某些情况下,如情绪低落、过度劳累、感冒等情况下,机体防御系统功能减弱,就会造成致病菌的攻击发生疾病.所以PCR技术对于评估临床疗效、疫情的检控、发病机理的探讨均有十分重要的意义.
六、PCR在检测TB中的注意事项
PCR如操作不严格会出现假阳性和假阴性结果.
发生假阳性最常见的原因是:样品间的污染和扩增产物的污染.样品间的交叉污染最易发生在样品的处理过程之中.如大家共用一个加样器、剪刀、位置等,因此在处理活检标本时,用剪刀剪碎组织块,每个标本用后,剪刀应在火上烧数分钟,以彻底清除污染在剪刀上的DNA.对于液态标本的处理,尽可能在同一管子内处理.用具应为一次性的.要解决好扩增物的污染,最佳的方式是减少操作的时间,简化操作手续并使用一次性离心管及接头.因为扩增产物的量一般很高,易于污染实验室任何地方.所以减少打开反应管的次数会降低假阳性的发生率.
❷ PCR检测的具体步骤是什么
具体步骤就是:
1,制备琼脂糖凝胶,或者聚丙烯酰胺凝胶
2,取少量(大概5ul)PCR产物(确定是否加入上样缓冲液),点样到凝胶孔里,记得点合适的maker
3,接通电源,调好电压(120V),开始运行
3,等跑到大概2/3处,在紫外成像仪里查看条带。
就是如此,关键看你设备是否齐全
❸ PCR产物直接测序的原理
原理:
是来至于双脱氧链终止法——现在应用最多的核酸测序技术,由Sanger等1977年提出:
模板经过测序PCR反应后形成3'末端带有荧光标记(早期用同位素标记)的相差一个碱基的不同长度的产物,再根据每段DNA产物的电泳速度来检测整段DNA的序列.
以上——手打——希望对你有帮助
优点:
一是操作易于标准化与自动化,因为它是一个单一的酶的反应过程,不依赖于生物体;
二是通过一次测序反应就能确定样品中某个等位基因的顺序,而PCR产物克隆后测序时,样品顺序要在测定了数个克隆片段之后才能确定.因为只有这样,才能区别突变是基因组本来就有的,还是由于Tag聚合酶在PCR过程中错误掺入核苷酸引起的.
❹ PCR实验方法步骤
PCR在分子克隆和DNA分析中有多种用途,下面小编就向大家介绍PCR实验方法步骤:
方法
1/4
在冰浴中,按以下次序将各成分加入一无菌0.5ml离心管中。
10×PCR buffer
5 μl dNTP mix (2mM)
4 μl 引物1(10pM)
2 μl 引物2(10pM)
2 μl Taq酶 (2U/μl)
1 μl DNA模板(50ng-1μg/μl)
1 μl 加ddH2O至 50 μl
视PCR仪有无热盖,不加或添加石蜡油。
❺ RT-PCR检测方法的具体步骤
RT-PCR检测方法的具体步骤如下:
(一)RNA提取
1、根据标本数量分装RLT液:从Kit中取出RLT液,用1.5mL离心管分装,每管500μL(在体系配制区操作)。
2、在生物安全柜内将采样液(鼻拭子、咽拭子、胸水等)或病毒培养物(鸡胚尿囊液或细胞培养液)取100μL加入RLT液管中,充分混匀。 3、每管分别加入5μL β-巯基乙醇,混匀后依次加入600μL 70%的乙醇,充分混匀。
4、从Kit中取出带滤柱的2mL收集管,打开包装将其做好标记。取步骤(3)中的混合液600μL加入滤柱中,12000rpm,离心15s,弃收集管中的离心液。
5、滤柱仍放回收集管上,将步骤(3)剩余的混合液全部吸入滤柱中,12000rpm,离心15s,弃离心液。
6、于滤柱中加入700μL Wash Buffer RW1液,12000rpm,离心15s。
7、从QIAGEN RNeasy Mini Kit中取一支干净的2mL收集管,将离心后的滤柱移到新的收集管上,于滤柱中加入500μL Wash Buffer RPE液,12000rpm,离心15s。
8、弃收集管中的离心液,再于滤柱中加入500μL Wash Buffer RPE液,13000~14000rpm,离心2min。
9、将滤柱移到一个干净的1.5mL eppendorf管上,向滤柱中加入30~50μL的Rnase-free Water,室温静置1~3min。
10、12000rpm,离心1min,收集离心液即为提取的病毒RNA,立即做实验或-20℃以下保存。
注意:Buffer RPE使用之间加44mL无水乙醇。
(二)反应体系配制
1、实验设计: 检测标本RNA
阴性对照:无菌水(标本RNA提取时,跟标本同时提取无菌水。) 阳性对照:已知病毒RNA
2、PCR反应体系配制(在体系配制区配反应液) 1)按下表加入试剂: PCR反应体系
对每一个建立的反应确定反应数(n=拟进行的PCR管数,包括阴性,阳性对)。考虑到阴性无模板对照,阳性对照,误差,制备过量的反应混合物是必要的。具体如下:
(1)如果包括对照,样品的数量(n)为1到14,那么N=n+1;
(2)如果包括对照,样品的数量(n)大于15,那么N=n+2。
2)将上述反应液混匀,分装到0.2mL PCR小管中,每管20μL,分别做好标记。
3)加RNA模板(在核酸提取区)
将上述分装好的PCR小管分别加入模板。首先加入阴性对照管(5μL无菌水),然后分别加标本RNA(每管5μL),最后加入阳性对照RNA(每管5μL)。
3、RT-PCR反应
将上述加好模板的反应管混匀,短暂离心后放入PCR仪进行RT-PCR 扩增。
4、RT-PCR产物检测
1)2.0%琼脂糖凝胶制备:称取2.0g Agarose,倒入耐热玻璃瓶内,再加入电泳液(1×TBE)100mL,轻轻混匀后加热,使Agarose完全熔化。待Agarose胶温度降至50~60℃左右,加入核酸染料,轻轻混匀(不要产生气泡)。待胶温度降至50℃左右时,将其倒入制胶板,插好电泳梳子。待胶完全凝固(约30~60min)之后,将梳子拔出。
2)将制备好的电泳胶放入电泳槽(带梳子孔的一端在阴极),倒入电泳液(1×TBE)浸过胶面即可。
3)PCR产物各取10μL,加入2μL上样缓冲液(6×Loading Buffer),混匀后加入电泳胶孔内(先加Marker(DL-2000)5μL,然后依次加标本PCR产物,再加阴性对照,最后加阳性对照产物)。 4)电泳电压100V,约30~40min后看结果。 5)将电泳胶放入凝胶成像系统观察结果并照相。
5、结果判断。
❻ 什么是PCR检测他的原理是什么需要什么材料
聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction ,PCR)是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。它具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点;能在一个试管内将所要研究 的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉眼能直接观察和判断;可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研 究和检测鉴定。过去几天几星期才能做到的事情,用PCR几小时便可完成。PCR技术是生物医学领域中的一项革命性创举和里程碑。
PCR技术简史
PCR的最早设想 核酸研究已有100多年的历史,本世纪60年代末、70年代初人们致力于研究基因的体外分离技术,Korana于1971年最早提出核酸体外扩增的设想:“经过DNA变性,与合适的引物杂交,用DNA聚合酶延伸引物,并不断重复该过程便可克隆tRNA基因”。
PCR的实现 1985年美国PE-Cetus公司人类遗传研究室的Mullis等发明了具有划时代意义的聚合酶链反应。其原理类似于DNA的体内复制,只是在试管中给 DNA的体外合成提供以致一种合适的条件---摸板DNA,寡核苷酸引物,DNA聚合酶,合适的缓冲体系,DNA变性、复性及延伸的温度与时间。
PCR的改进与完善 Mullis最初使用的DNA聚合酶是大肠杆菌DNA聚合酶I的 Klenow片段,其缺点是:①Klenow酶不耐高温,90℃会变性失活,每次循环都要重新加。②引物链延伸反应在37℃下进行,容易发生模板和引物之 间的碱基错配,其PCR产物特异性较差,合成的DNA片段不均一。此种以Klenow酶催化的PCR技术虽较传统的基因扩增具备许多突出的优点,但由于 Klenow酶不耐热,在DNA模板进行热变性时,会导致此酶钝化,每加入一次酶只能完成一个扩增反应周期,给PCR技术操作程序添了不少困难。这使得 PCR技术在一段时间内没能引起生物医学界的足够重视。1988年初,Keohanog改用T4 DNA聚合酶进行PCR,其扩增的DNA片段很均一,真实性也较高,只有所期望的一种DNA片段。但每循环一次,仍需加入新酶。1988年Saiki 等从温泉中分离的一株水生嗜热杆菌(thermus aquaticus) 中提取到一种耐热DNA聚合酶。此酶具有以下特点:①耐高温,在70℃下反应2h后其残留活性大于原来的90%,在93℃下反应2h后其残留活性是原来的 60%,在95℃下反应2h后其残留活性是原来的40%。②在热变性时不会被钝化,不必在每次扩增反应后再加新酶。③大大提高了扩增片段特异性和扩增效 率,增加了扩增长度(2.0Kb)。由于提高了扩增的特异性和效率,因而其灵敏性也大大提高。为与大肠杆菌多聚酶I Klenow片段区别,将此酶命名为Taq DNA多聚酶(Taq DNA Polymerase)。此酶的发现使PCR广泛的被应用。
PCR技术基本原理
PCR技术的基本原理 类似于DNA的 天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成:①模板DNA的变性:模板DNA经加 热至93℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;②模板DNA与引 物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;③引物的延伸:DNA模板--引物结合 物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA 链互补的半保留复制链重复循环变性--退火--延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需 2~4分钟,2~3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。到达平台期(Plateau)所需循环次数取决于样品中模板的拷贝。
PCR的反应动力学 PCR的三个反应步骤反复进行,使DNA扩增量呈指数上升。反应最终的DNA 扩增量可用Y=(1+X)n计算。Y代表DNA片段扩增后的拷贝数,X表示平(Y)均每次的扩增效率,n代表循环次数。平均扩增效率的理论值为100%, 但在实际反应中平均效率达不到理论值。反应初期,靶序列DNA片段的增加呈指数形式,随着PCR产物的逐渐积累,被扩增的DNA片段不再呈指数增加,而进 入线性增长期或静止期,即出现“停滞效应”,这种效应称平台期数、PCR扩增效率及DNA聚合酶PCR的种类和活性及非特异性产物的竟争等因素。大多数情 况下,平台期的到来是不可避免的。
PCR扩增产物 可分为长产物片段和短产物片段两部分。短产物片段的长度严格地限定在两个引物链5’端之间,是需要扩增的特定片段。短产物片段和长产物片段是由于引物所 结合的模板不一样而形成的,以一个原始模板为例,在第一个反应周期中,以两条互补的DNA为模板,引物是从3’端开始延伸,其5’端是固定的,3’端则没 有固定的止点,长短不一,这就是“长产物片段”。进入第二周期后,引物除与原始模板结合外,还要同新合成的链(即“长产物片段”)结合。引物在与新链结合 时,由于新链模板的5’端序列是固定的,这就等于这次延伸的片段3’端被固定了止点,保证了新片段的起点和止点都限定于引物扩增序列以内、形成长短一致的 “短产物片段”。不难看出“短产物片段”是按指数倍数增加,而“长产物片段”则以算术倍数增加,几乎可以忽略不计, 这使得PCR的反应产物不需要再纯化,就能保证足够纯DNA片段供分析与检测用。
PCR反应体系与反应条件
标准的PCR反应体系:
10×扩增缓冲液 10ul
4种dNTP混合物 各200umol/L
引物 各10~100pmol
模板DNA 0.1~2ug
Taq DNA聚合酶 2.5u
Mg2+ 1.5mmol/L
加双或三蒸水至 100ul
PCR反应五要素: 参加PCR反应的物质主要有五种即引物、酶、dNTP、模板和Mg2+
引物: 引物是PCR特异性反应的关键,PCR 产物的特异性取决于引物与模板DNA互补的程度。理论上,只要知道任何一段模板DNA序列,就能按其设计互补的寡核苷酸链做引物,利用PCR就可将模板DNA在体外大量扩增。
设计引物应遵循以下原则:
①引物长度: 15-30bp,常用为20bp左右。
②引物扩增跨度: 以200-500bp为宜,特定条件下可扩增长至10kb的片段。
③引物碱基:G+C含量以40-60%为宜,G+C太少扩增效果不佳,G+C过多易出现非特异条带。ATGC最好随机分布,避免5个以上的嘌呤或嘧啶核苷酸的成串排列。
④避免引物内部出现二级结构,避免两条引物间互补,特别是3’端的互补,否则会形成引物二聚体,产生非特异的扩增条带。
⑤引物3’端的碱基,特别是最末及倒数第二个碱基,应严格要求配对,以避免因末端碱基不配对而导致PCR失败。
⑥引物中有或能加上合适的酶切位点,被扩增的靶序列最好有适宜的酶切位点,这对酶切分析或分子克隆很有好处。
⑦引物的特异性:引物应与核酸序列数据库的其它序列无明显同源性。
引物量: 每条引物的浓度0.1~1umol或10~100pmol,以最低引物量产生所需要的结果为好,引物浓度偏高会引起错配和非特异性扩增,且可增加引物之间形成二聚体的机会。
酶及其浓度 目前有两种Taq DNA聚合酶供应, 一种是从栖热水生杆菌中提纯的天然酶,另一种为大肠菌合成的基因工程酶。催化一典型的PCR反应约需酶量2.5U(指总反应体积为100ul时),浓度过高可引起非特异性扩增,浓度过低则合成产物量减少。
dNTP的质量与浓度 dNTP的质量与浓度和PCR扩增效率有密切关系,dNTP粉呈颗粒状,如保存不当易变性失去生物学活性。dNTP溶液呈酸性,使用时应配成高浓度后,以1M NaOH或1M Tris。HCL的缓冲液将其PH调节到7.0~7.5,小量分装, -20℃冰冻保存。多次冻融会使dNTP降解。在PCR反应中,dNTP应为50~200umol/L,尤其是注意4种dNTP的浓度要相等( 等摩尔配制),如其中任何一种浓度不同于其它几种时(偏高或偏低),就会引起错配。浓度过低又会降低PCR产物的产量。dNTP能与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度降低。
模板(靶基因)核酸 模板核酸的量与纯化程度,是PCR成败与否的关键环节之一,传统的DNA纯化方法通常采用SDS和蛋白酶K来消化处理标本。 SDS的主要功能是: 溶解细胞膜上的脂类与蛋白质,因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜,并解离细胞中的核蛋白,SDS 还能与蛋白质结合而沉淀;蛋白酶K能水解消化蛋白质,特别是与DNA结合的组蛋白,再用有机溶剂酚与氯仿抽提掉蛋白质和其它细胞组份,用乙醇或异丙醇沉淀 核酸。提取的核酸即可作为模板用于PCR反应。一般临床检测标本,可采用快速简便的方法溶解细胞,裂解病原体,消化除去染色体的蛋白质使靶基因游离,直接 用于PCR扩增。RNA模板提取一般采用异硫氰酸胍或蛋白酶K法,要防止RNase降解RNA。
Mg2+浓度 Mg2+对PCR扩增的特异性和产量有显着的影响,在一般的PCR反应中,各种dNTP浓度为200umol/L时,Mg2+浓度为1.5~2.0mmol/L为宜。Mg2+浓度过高,反应特异性降低,出现非特异扩增,浓度过低会降低Taq DNA聚合酶的活性,使反应产物减少。
PCR反应条件的选择
PCR反应条件为温度、时间和循环次数。
温度与时间的设置: 基于PCR原理三步骤而设置变性-退火-延伸三个温度点。在标准反应中采用三温度点法,双链DNA在90~95℃变性,再迅速冷却至40 ~60℃,引物退火并结合到靶序列上,然后快速升温至70~75℃,在Taq DNA 聚合酶的作用下,使引物链沿模板延伸。对于较短靶基因(长度为100~300bp时)可采用二温度点法, 除变性温度外、退火与延伸温度可合二为一,一般采用94℃变性,65℃左右退火与延伸(此温度Taq DNA酶仍有较高的催化活性)。
①变性温度与时间:变性温度低,解链不完全是导致PCR失败的最主要原因。一般情况下,93℃~94℃lmin足以使模板DNA变性,若低于93℃则 需延长时间,但温度不能过高,因为高温环境对酶的活性有影响。此步若不能使靶基因模板或PCR产物完全变性,就会导致PCR失败。
②退火(复性)温度与时间:退火温度是影响PCR特异性的较重要因素。变性后温度快速冷却至40℃~60℃,可使引物和模板发生结合。由于模板DNA 比引物复杂得多,引物和模板之间的碰撞结合机会远远高于模板互补链之间的碰撞。退火温度与时间,取决于引物的长度、碱基组成及其浓度,还有靶基序列的长 度。对于20个核苷酸,G+C含量约50%的引物,55℃为选择最适退火温度的起点较为理想。引物的复性温度可通过以下公式帮助选择合适的温度:
Tm值(解链温度)=4(G+C)+2(A+T)
复性温度=Tm值-(5~10℃)
在Tm值允许范围内, 选择较高的复性温度可大大减少引物和模板间的非特异性结合,提高PCR反应的特异性。复性时间一般为30~60sec,足以使引物与模板之间完全结合。
③延伸温度与时间:Taq DNA聚合酶的生物学活性:
70~80℃ 150核苷酸/S/酶分子
70℃ 60核苷酸/S/酶分子
55℃ 24核苷酸/S/酶分子
高于90℃时, DNA合成几乎不能进行。
PCR反应的延伸温度一般选择在70~75℃之间,常用温度为72℃,过高的延伸温度不利于引物和模板的结合。PCR延伸反应的时间,可根据待扩增片段的长度而定,一般1Kb以内的DNA片段,延伸时间1min是足够 的。3~4kb的靶序列需3~4min;扩增10Kb需延伸至15min。延伸进间过长会导致非特异性扩增带的出现。对低浓度模板的扩增,延伸时间要稍长些。
循环次数 循环次数决定PCR扩增程度。PCR循环次数主要取决于模板DNA的浓度。一般的循环次数选在30~40次之间,循环次数越多,非特异性产物的量亦随之增多。
PCR反应特点
特异性强 PCR反应的特异性决定因素为:
①引物与模板DNA特异正确的结合;
②碱基配对原则;
③Taq DNA聚合酶合成反应的忠实性;
④靶基因的特异性与保守性。
其中引物与模板的正确结合是关键。引物与模板的结合及引物链的延伸是遵循碱基配对原则的。聚合酶合成反应的忠实性及Taq DNA聚合酶耐高温性,使反应中模板与引物的结合(复性)可以在较高的温度下进行,结合的特异性大大增加,被扩增的靶基因片段也就能保持很高的正确度。再通过选择特异性和保守性高的靶基因区,其特异性程度就更高。
灵敏度高 PCR产物的生成量是以指数方式增加的,能将皮克(pg=10-12g)量级的起始待测模板扩增到微克(ug=10-6g)水平。能从100万个细胞中检出一个靶细胞;在病毒的检测中,PCR的灵敏度可达3个RFU(空斑形成单位);在细菌学中最小检出率为3个细菌。
简便、快速 PCR反应用耐高温的Taq DNA聚合酶,一次性地将反应液加好后,即在DNA扩增液和水浴锅上进行变性-退火-延伸反应,一般在2~4 小时完成扩增反应。扩增产物一般用电泳分析,不一定要用同位素,无放射性污染、易推广。
对标本的纯度要求低 不需要分离病毒或细菌及培养细胞,DNA 粗制品及总RNA均可作为扩增模板。可直接用临床标本如血液、体腔液、洗嗽液、毛发、细胞、活组织等粗制的DNA扩增检测。 PCR扩增产物分析
PCR产物是否为特异性扩增 ,其结果是否准确可靠,必须对其进行严格的分析与鉴定,才能得出正确的结论。PCR产物的分析,可依据研究对象和目的不同而采用不同的分析方法。
凝胶电泳分析:PCR产物电泳,EB溴乙锭染色紫外仪下观察,初步判断产物的特异性。PCR产物片段的大小应与预计的一致,特别是多重PCR,应用多对引物,其产物片断都应符合预讦的大小,这是起码条件。
琼脂糖凝胶电泳: 通常应用1~2%的琼脂糖凝胶,供检测用。
聚丙烯酰胺凝胶电泳:6~10%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离效果比琼脂糖好,条带比较集中,可用于科研及检测分析。
酶切分析:根据PCR产物中限制性内切酶的位点,用相应的酶切、电泳分离后,获得符合理论的片段,此法既能进行产物的鉴定,又能对靶基因分型,还能进行变异性研究。
分子杂交:分子杂交是检测PCR产物特异性的有力证据,也是检测PCR 产物碱基突变的有效方法。
Southern印迹杂交: 在两引物之间另合成一条寡核苷酸链(内部寡核苷酸)标记后做探针,与PCR产物杂交。此法既可作特异性鉴定,又可以提高检测PCR产物的灵敏度,还可知其分子量及条带形状,主要用于科研。
斑点杂交: 将PCR产物点在硝酸纤维素膜或尼膜薄膜上,再用内部寡核苷酸探针杂交,观察有无着色斑点,主要用于PCR产物特异性鉴定及变异分析。
❼ PCR产物的检测方法有哪些都有什么原理
1.琼脂糖凝胶电泳 同时点分子量marker,根据marker条带判断产物分子量大小,从而大致判断是不是你要的
2.酶切 已知你产物的序列,看上面有什么酶切位点,用一个酶或者两个酶切断,看与理论预测的条带数目和大小是否一致.一般检测有以上两步就行了,如果需要知道确切的需要进行3
3.测序 连接到pMD-18t 载体上,转到大肠杆菌中.拿到公司去测序,测序结果通过gene bank比对看与哪个基因一致,这种方法最准确
4.表达 pcr产物连到真核或者原核表达载体上,适宜条件表达出来以后的蛋白做质谱分析,看与理论产物表达的蛋白是否有一致的片段
❽ 普通PCR、原位PCR、反向PCR和反转录PCR的 基本原理和操作步骤(二)
在科学研究中,每一项新技术的创立都会带来一系列新的研究成果问世,从而推动着各学科的发展。纵观形态研究领域,50年代电子显微镜引入形态学观察领域,带来了从细胞水平到亚细胞水平的深入研究;60-70年代,免疫组织化学与免疫细胞化学技术的广泛应用,又将观察的水平由亚细胞结构推向了蛋白质分子水平,使细胞内众多的活性物质得以进行细胞或亚细胞水平的定位,对医学生物学的发展无疑产生了深刻的影响。70年代,分子生物学技术在形态学中的广泛应用,随着原位杂交技术的出现,使组织细胞内特定的DNA或RNA序列能够被定位,将蛋白质水平又提高到基因水平即核酸分子的观察和定位,从而使人类对许多生命现象在基因水平上的认识得以深化;80年代,分子生物学领域中一项具有强大生命力的技术PCR——多聚酶链反应技术问世了,很快地就被引入形态学观察的领域,使细胞内低拷贝或单拷贝的特定DNA或RNA得以进行定位及观察。这一技术的问世,必将带来更多的研究成果,使形态学的研究又向前迈出一大步。
1基本原理
原位PCR技术的基本原理,就是将PCR技术的高效扩增与原位杂交的细胞定位结合起来,从而在组织细胞原位检测单拷贝或低拷贝的特定的DNA或RNA序列。
PCR技术是在DNA聚合酶的作用下,经过模板的变性、退火和引物延伸三种循环,将引物引导下的特异性靶序列迅速地进行扩增,经过扩增的靶序列(一般能扩增106倍),很容易在凝胶电泳或Southern印记杂交中显示出来,因此,PCR技术具有灵敏度高,特异性强的优势,随着热循环自动化的提高与稳定也使得PCR技术的操作简便易行。但是,PCR技术是在液相中进行的,在扩增前,需将细胞破坏,从中提取核酸作为模板,因此很难将PCR的结果与组织细胞的形态结构联系起来,同时,也很难判断含特异性靶序列的细胞类型。
原位PCR技术成功地将PCR技术和原位杂交技术结合起来,保持了两项技术的优势又弥补了各自的不足。原位PCR技术的待检标本一般先经化学固定,以保持组织细胞的良好形态结构。细胞膜和核膜均具有一定的通透性,当进行PCR扩增时,各种成分,如引物,DNA聚合酶,核苷酸等均可进入细胞内或细胞核内,以固定在细胞内或细胞核内的RNA或DNA为模板,于原位进行扩增。扩增的产物一般分子较大,或互相交织,不易穿过细胞膜或在膜内外弥散,从而被保留在原位。这样原有的细胞内单拷贝或低拷贝的特定DNA或RNA序列在原位以呈指数极扩增,扩增的产物就很容易被原位杂交技术检查。
2 基本类型
根据在扩增反应中所用的三磷酸核苷原料或引物是否标记,原位PCR技术可分为直接法和间接法两大类,此外,还有反转录原位PCR技术等。
2.1直接法原位PCR技术
直接法原位PCR技术是将扩增的产物直接携带标记分子,即使用标记的三磷酸腺苷或引物片断。当标本进行PCR扩增时,标记的分子就掺入到扩增的产物中,显示标记物,就能将特定的DNA或RNA在标本(原位)中显现出来。
常用的标记物有放射性同位素35S,生物素和地高辛,用放射性自显影的方法或用亲和组织化学及免疫组织化学的方法去显示标记物所在位置。
直接法原位PCR技术的优点是操作简便,流程短,省时。缺点是特异性较差,易出现假阳性,扩增效率也较低,特别是在石蜡切片上,上述缺点更为突出。因为在制片过程中,无论是固定,脱水还是包埋,都会导致DNA的损害,而受损的DNA可利用反应体系中的标记三磷酸核苷进行修复,这样标记物就会掺入到DNA的非靶序列中,造成假阳性。若用标记引物的方法进行直接法原位PCR,其扩增的效率比不标记更低。
2.2 间接法原位PCR技术
间接法原位PCR技术师现在细胞内进行特定DNA或RNA扩增,再用标记的探针进行原位杂交,明显提高了特异性,是目前应用最为广泛的原位PCR技术。
间接法原位PCR与直接法不同的是,反应体系与常规PCR相同,所用的引物或三磷酸腺苷均不带任何标记物。即实现先扩增的目的,然后用原位杂交技术去检测细胞内已扩增的特定的DNA产物,因此,实际上是将PCR技术和原位杂交技术结合起来的一种新技术,故又称之为PCR原位杂交(PCR in situ hybridization , PISH)。
间接法PCR技术的优点是特异性较高,扩增效率也较高。缺点是操作步骤较直接法繁琐。
2.3 原位反转录PCR技术
原位反转录PCR(in situ reverse transcription PCR, In Situ RT-PCR)是将液相的RT-PCR技术应用到组织细胞标本中的一种新技术,与RT-PCR(液相)不同点在于,进行原位反转录PCR反应之前,组织标本要先用DNA酶处理,以破坏组织中的DNA酶,这样才能保证扩增的模板是从mRNA反转录合成的cDNA,而不是细胞中原有的DNA。其它基本步骤与液相的RT-PCR相似。
3 基本步骤
原位PCR技术的基本步骤包括标本的制备。原位扩增(PCR)及原位检测等基本环节,现分述如下(重点以石蜡切片为例)。
3.1 标本的制备
原位PCR技术可应用于细胞悬液、细胞涂片、冰冻切片以及石蜡切片。相比较而言,以悬浮的完整细胞做原位PCR效果最好,石蜡切片效果最差。随着技术方面的一些问题被解决,近年也有从石蜡切片中得到满意的PCR效率的报道。效果不好的原因是多方面的,如:玻片上做PCR,热传导较差,热对流不均匀,TaqDNA酶被玻璃片吸附等,更为主要的原因,可能是标本经制片后,细胞缺乏完整的胞浆或核膜,扩增产物易发生弥漫而导致扩增的产物在原位不易保留。绝大多数的病理标本都是以福尔马林固定,石蜡包埋的形式保存的,若能很好地解决石蜡切片原位PCR的有关技术问题,意义显然是十分重大的。
组织细胞的固定 一般认为组织细胞以10%的缓冲福尔马林或4%的多聚甲醛固定后进行原位PCR效果较好。固定的时间一般不宜过长,视组织的大小,一般以4℃4-6小时为宜。
切片的厚度 一般而言,切片若厚一些,原位PCR的效果也较好一些,因为切片越厚,靶DNA的含量也就越多,同时膜结构也较多,防止扩增产物弥散的作用也越明显。但厚切片细胞重叠多,形态学观察的效果就差了,分辨率也将下降。
玻片的处理 为防止石蜡切片在PCR和原位杂交过程中脱落,在玻片应作防脱片处理,常用的方法是涂以多聚赖氨酸或用硅烷化处理,一般能防止组织脱落。
蛋白酶的消化作用 在进行原位扩增之前,组织标本需经蛋白酶处理。经蛋白酶消化的组织细胞,可增加其通透性,充分允许反应体系中的各成分进入细胞内,并能很好的暴露靶序列,以利于扩增。常用的蛋白酶有蛋白酶K,胰蛋白酶或胃蛋白酶。蛋白酶消化的程度就要根据组织固定的程度进行调整。蛋白酶消化后,要注意加热以灭活酶的活性或通过充分的洗涤将酶完全去除,因为只要有少量的残留酶存在,都将对随后进行的PCR反应体系的数量TaqDNA酶产生毁灭性的影响。
蛋白酶消化处理组织细胞可提高通透性,有利于后续进行的各反应成分进入细胞内或核内,但同时也使得扩增产物的弥散机会增多,有可能带来假阳性或假阴性的结果。
原位扩增(PCR)
原位扩增即在组织细胞标本上进行PCR反应,其基本原理与液相PCR完全相同。
引物 PCR所用的引物一般为15-30bp为宜,扩增的片断为100-1000bp左右。原位PCR宜用较短的引物。从石蜡切片中提取的DNA很少超过400bp,RNA很少超过200bp,较长序列的扩增易引起引物与模板的错配而导致非特异性反应的出现。
反应体系 原位PCR的反应体系与常规的液相PCR基本相同,由于是在经过固定的组织切片上进行,为获得较好的扩增效果,有人主张反应体系中的引物,TaqDNA聚合酶以及Mg2+的浓度均应高于液相的PCR反应体系。在反应体系中要加入牛血清白蛋白(BSA),以防止TaqDNA聚合酶与玻片的结合而降低了扩增效率。
热循环 原位PCR的热循环可在专门的热循环仪上进行,操作简便。也可在一般的PCR热循环仪上进行,通常在样品台上覆盖一层铝箔,制成平台,样品台上的空间用矿物油或水充填,将载玻片至于平台上,即可进行热循环的步骤。
为了保证进行充分的扩增,原位PCR热循环中每一步骤的时间可比常规PCR略长些,另外,也可采用热启动(hot start)的方法,即玻片加热到80-94℃时,再立即加入TaqDNA聚合酶。
为了保证反应体系在热循环过程不过多丢失,可用清亮的指甲油,矿物油或PAP笔把盖片四周封闭起来。
洗涤 原位扩增结束后,标本应清洗,以除去弥散到细胞外的扩增产物。洗涤不充分,会导致扩增产物在检测时显现,造成背景过深或假阳性结果的出现。但是,洗涤过度,也会造成细胞内扩增的产物被洗脱,是阳性信号减弱或丢失。
有作者在扩增后用4%多聚甲醛2小时或2%戊二醛5分钟进行后固定,以使扩增的产物在检测时能很好地保留在细胞内,提高检测的敏感性和特异性。
原位检测 原位PCR的扩增产物检测方法,取决于原位PCR的设计方案,直接法则根据标记分子的性质对扩增产物直接进行原位检测。间接法则需用原位杂交的方法进行检测。
4 原位PCR技术的应用
原位PCR技术的突出优势,就是能在组织细胞原位检测出拷贝数较低的特异性基因序列。按照待测基因的性质,可将原位PCR的应用分为检测外源性基因和内源性基因两方面。
4.1用于外源性基因的检测
4.1.1病毒基因的检测
感染病毒的细胞常无较好的检测手段,但当原位PCR技术应用后,使这一极为困难的问题有望解决。
对HIV、HPV、HSV、HBV、HCV等多种病毒的检测,使我们能够成功等观察到这些病毒在艾滋病、生殖系统肿瘤、肝炎及肝癌中的作用,能够及时发现受感染的人群。
4.1.2细菌基因的检测
最突出的应用是在结核杆菌的检测上,当结核病变不够典型时,经过特殊染色的方法很难在镜下找到结核杆菌,而应用原位PCR技术可帮助明确诊断,当结核杆菌很少时仍能在镜下被很容易地找出来。
4.1.3导入基因的检测
在转基因动物的研究中,是否导入了基因,在接受基因治疗的患者体内,是否接受了导入的基因,均可用原位PCR技术来证实。因此,原位PCR技术成为重要的检测手段。
4.2 用于内源性基因的检测
4.2.1异常基因的检测
机体内基因的突变、重排、也可用原位PCR技术进行检测,原癌基因,抑癌基因的突变,恶性淋巴瘤免疫球蛋白重链基因的重排,对肿瘤的研究和诊断无一均提供了广阔的应用前景。
4.2.2固有基因的检测
对于机体细胞内只有单个或几个拷贝的低表达固有基因,原位杂交技术因基因拷贝数太少而无能为力,液相PCR虽可进行扩增检测出来,但不能确定含有该基因的细胞类型,原位PCR技术则弥补了上述两种技术的不足,使得我们能够对人类各种基因进行检测,而完成人类基因图的绘制。
❾ PCR产物的检测方法有哪些都有什么原理
1.琼脂糖凝胶电泳
同时点分子量marker,根据marker条带判断产物分子量大小,从而大致判断是不是你要的
2.酶切
已知你产物的序列,看上面有什么酶切位点,用一个酶或者两个酶切断,看与理论预测的条带数目和大小是否一致。一般检测有以上两步就行了,如果需要知道确切的需要进行3
3.测序
连接到pMD-18t
载体上,转到大肠杆菌中。拿到公司去测序,测序结果通过gene
bank比对看与哪个基因一致,这种方法最准确
4.表达
pcr产物连到真核或者原核表达载体上,适宜条件表达出来以后的蛋白做质谱分析,看与理论产物表达的蛋白是否有一致的片段
❿ pcr的各种试剂怎样检测是否合格
PCR产物的检测方法: 琼脂糖凝胶电泳 这是实验室最常用的方法,简便易行,只需少量DNA即可进行实验。其原理是不同大小的DNA分子通过琼脂糖凝胶时,由于泳动速度不同而被分离,经溴化乙锭(EB)染色