PCR起源
最早的關(guān)于核酸體外擴增的設(shè)想應(yīng)該回溯到20世紀70年代初,發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶的科學(xué)家Khorana和他的同事提出:“經(jīng)過DNA變形,并與合適引物雜交,用DNA聚合酶延伸引物,并不斷重復(fù)該過程便可克隆tRNA基因。”1970年發(fā)現(xiàn)的DNA限制性內(nèi)切酶,使體外克隆和擴增基因成為可能,于是便有了相應(yīng)的手段。
PCR是什么
PCR(Polymerase Chain Reaction)即聚合酶鏈式反應(yīng),是指在DNA聚合酶催化下,以母鏈DNA為模板,以特定引物為延伸起點,通過變性、退火、延伸等步驟在體外復(fù)制出與母鏈模板DNA互補的子鏈DNA的過程。
PCR反省的三個主要階段(如下圖):
1.變性:高溫使雙鏈DNA解離形成單鏈(95℃,30s)。
2.退火:低溫下,引物與模板DNA互補區(qū)結(jié)合(45~65℃,30s)。
3.延伸:DNA聚合酶催化以引物為起始點的DNA鏈延伸反應(yīng)(72℃,30 ~60s )。
述PCR的三個反應(yīng)步驟循環(huán)往復(fù),使得特定長度的靶DNA數(shù)量呈指數(shù)上升。在理論上,終產(chǎn)物DNA的量可用Yn=X•2n計算。其中X為原始模板的數(shù)量,Yn為n循環(huán)后DNA片段終產(chǎn)物的拷貝數(shù),n為擴增循環(huán)數(shù)。但在實際擴增過程中,不可能達到理想狀況下的100%擴增效率,因此,公式Y(jié)n=X•2n中2可以(1十E)來代替,而得到Y(jié)n=X•(1十E)n,E為平均擴增效率,理論值為100%,亦即為1,但在實際反應(yīng)中平均效率達不到理論值。
PCR技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,人類許多常見的腫瘤疾病與某些腫瘤相關(guān)基因的遺傳學(xué)改變有著密切的關(guān)系,可以通過PCR或?qū)CR與其他技術(shù)結(jié)合使用來檢測基因序列的改變,對疾病進行輔助診斷或者早期評估。在進行產(chǎn)前診斷時,利用胎兒羊膜細胞、羊水甚至母親血液便可以檢查出胎兒的性別,這在與性染色體關(guān)聯(lián)遺傳病診斷中是很有必要的。PCR技術(shù)已在臨床中應(yīng)用多年,為腫瘤前期篩查,優(yōu)生優(yōu)育做出了巨大的貢獻。
PCR檢測技術(shù)在傳染病檢測領(lǐng)域尤其在病毒性傳染病的快速確認中也發(fā)揮了不可替代的作用,如2009年甲型HIN1流感病毒、2013年H7N9禽流感病毒、2019年新型冠狀病毒等近年來發(fā)生的重大病毒性傳染病疫情,從病例的確認、排查到疾病的監(jiān)測等工作中,PCR 檢測技術(shù)均發(fā)揮了重要作用。
PCR技術(shù)在檢驗檢疫領(lǐng)域中的應(yīng)用,如在出入境檢驗檢疫工作中,既可保證樣品檢測的準確性和可靠性,又可節(jié)省大量的人力、物力和財力。目前國內(nèi)相關(guān)檢驗檢疫部門已正式應(yīng)用QPCR檢驗方法來檢測禽流感病毒、新城疫病毒、口蹄疫病毒、豬藍耳病毒等動物病毒,以及豬鏈球菌、炭疽、大腸桿菌0157等動物細菌,為有效控制傳染性動物疫情在國際的傳播起到顯著的作用。
PCR技術(shù)作為一項“革命性的技術(shù)”,傳統(tǒng)PCR技術(shù)以及衍生出來的新型PCR技術(shù)自面世以來,隨著技術(shù)方法的不斷改進與完善,已被廣泛應(yīng)用到生命科學(xué)的各個領(lǐng)域。PCR定量技術(shù)也在不斷改進、完善,儀器設(shè)備和試劑費用也在大幅降低。PCR定量技術(shù)如何在不影響其特異性和靈敏度的情況下,提高PCR的重復(fù)性、易操作性和普適性將是其未來的發(fā)展方向。
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