Как сделать пцр машину

Обновлено: 06.07.2024

Ложноотрицательный результат теста на коронавирус может происходить из-за того, что инфицированный человек сдает анализ на поздних стадиях болезни. Такое мнение выразили в Роспотребнадзоре. Там подчеркнули, что вырастает шанс получить такой результат у больного COVID-19 после четвертого-пятого дня болезни.

При заражении COVID-19 у больного отсутствуют специфические признаки, которые характерны только для этой инфекции. Наиболее часто заразившийся сталкивается с респираторными симптомами, что может говорить не только о коронавирусе, но и ряде других заболеваний, включая грипп и ОРВИ.

По этой причине единственным способом диагностики коронавируса остается ПЦР-тестирование. Впрочем, в довольно большой доле случаев они оказываются недостоверными, о чем еще год назад говорили специалисты Минздрава, указывая на то, что 30-40% тестов дают ложноотрицательный результат. В частности, тогда считалось, что в большей части случаев на это влияют ошибки при заборе материала и качество самого теста.

Тем не менее существует и другое обоснование. По словам заместителя директора по клинико-аналитической работе ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора профессора Натальи Пшеничной, на результате анализа сказывается период заболевания, в который заболевший сдает ПЦР-тест. На ранних стадиях болезни получить положительный результат значительно выше.

Общую картину по тестированию на COVID-19 также дополняет тот факт, что среди новых заболевших появляются и вакцинированные люди, но они при этом выделяют вирус в меньшем количестве и не такое продолжительное время, констатировала замдиректора Московского научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии имени Г. Н. Габричевского Татьяна Руженцова.

Однако сомнительный или ложный результат может давать любая тестовая система. Эксперты неоднократно выражали мнение, что ложные результаты на коронавирус связаны связаны как с ошибками медработников, так и пациентов. Иными словами, речь идет о несоблюдении правил и рекомендаций по тестированию.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, точность ПЦР-тестов на коронавирус, несмотря на их неоднозначную оценку, составляет 95%.

Вместе с этим в ВОЗ подчеркивают, что на результаты тестирования влияет очень много факторов. Это касается и процесса забора материала, и транспортировки, и хранения биоматериалов. Важно и то, правильно ли подготовлен пациент к сдаче анализа и проверена ли тест-система в конкретной лаборатории.

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

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.

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.
Денатурация
Самый первый этап – развернуть (денатурировать) нуклеиновые кислоты, чтоб сделать их доступными для дальнейшей работы. Осуществляется путем нагрева реакционной смеси до 80-90 °C.
Отжиг
Денатурированные (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 специфичность ПЦР – способность реагировать только на нуклеиновые молекулы конкретных типов, видов классов и даже штаммов микроорганизмов. Или отдельные виды клеток живых организмов.

Элонгация

Детекция

Оценка результатов ПЦР проводится несколькими путями:

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.
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.
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.

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.

Как работает ПЦР-анализ?

У каждого болезнетворного микроорганизма есть свой, уникальный порядок построения цепочки ДНК, поэтому его невозможно спутать с ДНК человека.

При проведении теста ПЦР используют фрагмент чужеродного генетического материала, добытый из образца, и размножают много раз с помощью белка-фермента. За несколько часов количество копий увеличивается в несколько миллиардов раз. Это позволяет получить такое количество ДНК, которого достаточно для успешного определения его природы.

В лабораториях используют определенный набор реактивов для каждого конкретного микроорганизма, поэтому пациентам назначают не общий ПЦР-анализ, а тест на конкретный микроорганизм (например, на вирус гепатита С).

Полимеразная цепная реакция проводится качественно и количественно. Качественный тест позволяет определить, есть ли в образце генетический материал микроорганизма (вируса или бактерии), который ищет врач. Количественный тест дает информацию о том, в каком количестве содержится материал.

Преимущества ПЦР-анализа

К достоинствам этого диагностического метода относят:

Универсальность. ПЦР-тест обнаруживает любые ДНК и РНК, даже в тех случаях, если другие диагностические методы не дали результата.
Эффективность. Полимеразная цепная реакция позволяет диагностировать некультивируемые, трудно культивируемые и латентно существующие формы патогенных микроорганизмов.
Высокую чувствительность. Даже если в исследуемом материале присутствует всего один фрагмент генетического материала возбудителя, тест все равно показывает его.
Высокую специфичность метода, достигающую 100%. В ходе диагностики выявляют уникальную последовательность нуклеотидов в цепочке ДНК, характерную только для конкретного патогенного микроорганизма, провоцирующего развитие заболевания.
Высокую скорость выполнения. Для установки реакции достаточно несколько часов. Пациент получает результаты анализа на следующий день после сдачи.

ПЦР-тест направлен на определение возбудителя заболевания, а не на реакцию на его проникновение со стороны организма.

Показания к проведению ПЦР-теста

Анализ проводят при инфекционных заболеваниях для определения природы их возбудителя. Также его назначают при:

необходимости точно установить конкретный болезнетворный микроорганизм;
диагностике лейкоза и других злокачественных новообразований;
диагностике некоторых генетически обусловленных заболеваний;
исследовании образцов биопсии, которые невозможно изучить с помощью других методов.

С помощью ПЦР-анализа выявляют различные заболевания:

инфекционные (ВИЧ, гепатит, ТОРЧ-инфекции и т.д.);
передающиеся половым путем (хламидии, микоплазмы, кандиды);
внутриутробные инфекции (вирусы краснухи, герпеса, токсоплазмы);
респираторные (в настоящее время ПЦР-тест является золотым стандартом в диагностике вируса Ковид-19);
генетические.

С помощью ПЦР можно провести тест на определение отцовства.

Типы ПЦР

Диагностика на основе полимеразной цепной реакции имеет несколько разновидностей. Она может быть:

инвертированной;
с обратной транскрипцией;
количественной;
вложенной;
ступенчатой.

Наиболее надежный метод — ПЦР в режиме реального времени. Это количественный или полуколичественный способ диагностики, который предусматривает постоянное наблюдение образца генетического материала датчиком. Последний регистрирует сигналы на каждом цикле реакции.

Подготовка к анализу

При подготовке к ПЦР-анализу нужно соблюдать несколько правил:

За 10-14 дней до назначенного теста прекратить прием любых препаратов и отказаться от проведения лечебных процедур, включая физиотерапевтические. Если прием лекарственных средств жизненно необходим, об этом нужно предупредить врача заранее.
В случае забора мазка на выявление заболеваний, передающихся половым путем, нужно в течение суток перед исследованием отказаться от спринцеваний, использования тампонов и лечебных суппозиториев, применения антисептических средств. Также в этот период необходимо воздерживаться от половых актов. За 2 часа до забора мазка нельзя мочиться.
Если выполняется забор мазка из зева, за 3 часа до анализа нельзя чистить зубы, пить, полоскать рот (даже простой водой).
За трое суток до сдачи материала на ПЦР-исследование нужно полностью отказаться от употребления алкоголя.
За двое суток до проведения теста нужно исключить повышенные физические нагрузки.

Материалы для ПЦР-анализа

В зависимости от направленности теста ПЦР, в качестве материала для исследования используют:

кровь (сыворотка или плазма);
соскобы эпителиальных клеток (с кожных покровов, слизистой оболочки уретры, цервикального канала);
различные биологические жидкости (околоплодная, суставная, спинномозговая жидкости, секрет предстательной железы);
мазок из зева;
различные биологические выделения (слюна, моча, мокрота);
биоптат (материал, полученный путем проведения биопсии).

Расшифровка результатов ПЦР-тестирования

Результат ПЦР-анализа либо положительный, либо отрицательный. Положительный указывает на то, что у человека присутствуют фрагменты ДНК возбудителя заболевания, то есть, что человек заражен и ему необходимо лечение. Отрицательный результат ПЦР-анализа свидетельствует об отсутствии следов ДНК патогена. В таком случае человек здоров.

В некоторых случаях ПЦР-тест дает положительный результат, хотя человек не ощущает недомогания и специфических симптомов заражения. Это значит, что заболевание выявлено на ранней стадии развития. Для уточнения диагноза назначают дополнительные исследования, а затем, с учетом их результата, начинают курс лечения.

Анализ ПЦР

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это метод молекулярно-генетической диагностики, позволяющий обнаружить в организме человека различные инфекционные заболевания. В его основе лежит многократное увеличение малых концентраций фрагментов РНК и ДНК. Полимеразная цепная реакция была изобретена в 1983 году американским биохимиком Кэри Муллисом. Он хотел добиться того, чтобы можно было создать множество копий ДНК за счет фермента ДНК-полимеразы, который участвует в ее репликации. За это Муллис получил Нобелевскую премию по химии. Известно, что еще в начале 1970-х годов похожий метод был представлен другим ученым, однако задумку так и не смогли реализовать. Позже анализ был значительно усовершенствован и широко используется в биологической, биохимической и медицинской практике.

Как работает ПЦР

Для проведения анализа необходимо сложное, современное оборудование.

Применение ПЦР

ПЦР-тест обнаруживает наличие возбудителей вирусных заболеваний, когда другими методами этого сделать нельзя. Например, иммунологическими, бактериологическими и микроскопическими исследованиями. Также значительную роль играет фактор времени, потому что анализ делается довольно быстро по сравнению с другими.

Полимеразную цепную реакцию применяют в криминалистике, когда нужно сделать анализ ДНК с места преступления, его потом сравнивают с генетическим материалом подозреваемого. Также используется для установления отцовства или материнства, нахождения в организме человека вирусов и бактерий, выявления аллергии на некоторые лекарства или их токсичности.

Проведение ПЦР

Для анализа требуется ДНК- или РНК-матрицы, участки которых нужно скопировать, два праймера с необходимыми ферментами, термостабильная ДНК-полимераза, а также некоторые другие компоненты. Метод ПЦР выявляет любую ДНК или РНК живого или мертвого возбудителя. Для их определения используют особые праймеры, в которых содержатся вырожденные позиции РНК или ДНК.

Подготовка материала

Этот этап чрезвычайно важен для проведения анализа ПЦР, потому что большинство ошибок, до 70% случаев, совершается именно во время пробоподготовки, что влияет на конечный результат анализа. 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.

Какие биологические материалы исследуются

В исследовании обычно используются различные биоматериалы:

– Моча. Такой анализ позволяет выявить инфекции мочеполового тракта у мужчин и мочевыделительных органов у женщин.

– Мокрота. Применяется для обнаружения туберкулеза и некоторых других заболеваний легких.

– Биологические жидкости – околоплодная, спинномозговая, суставная и т.д.

– Соскобы со слизистых оболочек, например, носа или ротоглотки. В основном применяется для обнаружения заболеваний, которые передаются половым путем, а также коронавируса.

– Кровь, сыворотка, плазма. Используются для определения вирусов ЦМВ (цитомегаловируса), ВИЧ, гепатитов B, C, D, G, герпеса, а также исследований человеческих генов.

– Биоптаты. 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.

По словам Андрея Кондрахина, к одному из минусов теста относятся сложности при заборе материала:

Загрязнение материала для теста может произойти также, если при его транспортировке были допущены ошибки, из-за непригодности реагентов, попадании в них крови, клеток эпителия, большого количества слизи.

Разновидности ПЦР

ПЦР-тест бывает нескольких видов:

– ПЦР с обратной транскрипцией. Его применяют для амплификации РНК.

– Инвертированная ПЦР используется, если для анализа есть маленький участок последовательности ДНК или РНК.

– Вложенная ПЦР нужна для уменьшения побочных реакций, для этого в амплификатор помещают два праймера.

– Количественная ПЦР применяется для наблюдения за изменением цепной реакции.

– Ступенчатая ПЦР позволяет снизить связывание праймеров.

Кроме этого, есть асимметричная ПЦР и групп-специфическая ПЦР.

Какие инфекции позволяет выявить

Полимеразная цепная реакция позволяет обнаружить у человека инфекционные заболевания, например:

– уреаплазмоз половых органов;

– наличие раковых клеток;

Также тестирование помогает выявить наследственную предрасположенность человека к некоторым заболеваниям и оценить гормональный фон.

ПЦР-тест на COVID-19

Для ПЦР-теста на коронавирус у человека берется мазок из носа и ротоглотки. Во время пандемии его рекомендуют сдать всем, кто болеет ОРВИ, гриппом, пневмонией и т.д. Берут материал для анализа амбулаторно, также специалист может выехать на дом. Согласно требованиям, пациента выписывают после двух отрицательных тестов на наличие инфекции. ПЦР-тесты могут давать ложноположительный или ложноотрицательный результат, в таком случае необходимо повторное исследование.

Как подготовиться к сдаче анализа

Перед мазком также не рекомендуется пить кофе, чай, иные напитки, чистить зубы, полоскать рот освежающими смесями, жевать жевательную резинку, курить. Нос нельзя промывать, закапывать туда капли или мазать лекарствами. Если берут кровь, то ее необходимо сдавать натощак, чтобы результат был максимально точным. Мочу следует собирать в утреннее время суток натощак или через 2-3 часа после приема пищи. Желательно сделать это сразу после сна.

Расшифровка анализа ПЦР

После проведения теста результаты оцениваются и аппаратурой, и специалистами-медиками.

Насколько точна ПЦР-диагностика инфекций

При этом из-за того, что зачастую встречаются ошибки при взятии биологического материала и существует вероятность попадания инородных частичек, могут возникать ложноположительные или ложноотрицательные результаты тестирования на коронавирус.

Читайте также: