Молекулярно генетические методы в диагностике вич

Что такое молекулярно-генетическая диагностика

Итак, молекулярно-генетическая диагностика — сравнительно новый метод обследования организма, позволяющий точно и быстро выявить вирусы и инфекции, мутации генов, вызывающих патологию, оценить риски наследственных и иных заболеваний. И это далеко не полный спектр возможностей исследования ДНК.

Важнейшим достоинством молекулярно-генетической диагностики является минимальная степень медицинского вмешательства, поскольку исследование проводят in vitro. Метод успешно применяют даже для диагностики заболеваний у эмбрионов, а также у ослабленных и тяжелобольных пациентов. Самый распространенный материал для исследования — кровь из вены, однако возможно выделение ДНК/РНК из других жидкостей и тканей: слюны, соскоба слизистой рта, выделений из половых органов, околоплодной жидкости, волос, ногтей и т.д.

Молекулярная диагностика — значительный шаг к персонализированной медицине, она позволяет учитывать все особенности конкретного пациента при обследовании и терапии.

Итак, исследование ДНК/РНК используется во многих разделах медицины. Давайте рассмотрим задачи и области, в которых активно применяют молекулярную диагностику:

• Выявление существующих патологий. Например, к молекулярной диагностике прибегают в тех случаях, когда инфекционное или вирусное заболевание не может быть определено обычными методами. Она позволяет обнаружить болезнь даже на ранней стадии, когда внешних проявлений нет.
• Исследование аллергических реакций. Молекулярная диагностика успешно применяется для определения аллергии: в отличие от традиционных методов, она более точна и при этом безопасна для пациента, так как отсутствует непосредственный контакт с аллергеном.
• Индивидуальная оценка рисков развития наследственных заболеваний. Молекулярная диагностика помогает выявить у взрослых и детей опасность в будущем подвергнуться различным патологиям. Нужно отметить, что есть болезни, которые вызваны исключительно мутацией гена (моногенные) и те, которые обусловлены в том числе генетическими особенностями (мультифакторные). Информация о первых позволяет, к примеру, оценить риски передачи наследственных заболеваний от родителей к ребенку. Знание о предрасположенности к мультифакторной патологии необходимо еще и для профилактики болезней с помощью изменения образа жизни.
• Перинатальная медицина. Как уже было сказано, молекулярная диагностика способна дать информацию о состоянии здоровья и генетических предрасположенностях человека. Это относится и к эмбрионам: анализ ДНК еще не родившегося ребенка позволяет распознать синдромы Дауна, Эдвардса, Патау, Тернера, Клайнфельтера. Также молекулярная диагностика применяется в области вспомогательных репродуктивных технологий: она позволяет установить генетические причины бесплодия и невынашивания беременности.
• Фармакогенетика. Молекулярная диагностика объясняет, почему на некоторых действуют одни препараты, а на других — иные: все дело в генетических особенностях пациентов. Возможность определения эффективности веществ имеет особое значение при лечении тяжелых заболеваний, например, онкологических.
• Спортивная медицина. Настоящие чудеса исследования ДНК и РНК творят и в области оценки спортивных перспектив. Например, родители малышей могут узнать о том, какой вид занятий принесет ребенку наибольшую пользу для здоровья или позволит достичь спортивных результатов.

Итак, обращение к генетическим исследованиям актуально в тех случаях, когда пациент стремится получить сведения о состоянии своего организма. Обычно это необходимо в следующих ситуациях:

Отдельной группой стоит выделить исследования ДНК, которые проводят в связи с планированием или рождением ребенка. Чаще всего родители обращаются в лабораторию, чтобы:

• изучить свою генетическую совместимость, оценить риски наследственных заболеваний потомства;
• исследовать состояние плода, выявить синдромы и опасные патологии;
• диагностировать заболевания (и оценить риски) и аллергические реакции у малыша;
• определить, какие спортивные занятия, какое питание и образ жизни будут наиболее полезны для ребенка, а чего стоит избегать;
• установить отцовство или материнство.

Независимо от выбранного метода молекулярно-генетического исследования, оно будет включать в себя следующие этапы:

• взятие биоматериала. Как уже было сказано, чаще для исследования используют кровь пациента. Полученный материал маркируют и транспортируют в лабораторию;
• выделение ДНК/РНК;
• проведение исследований в соответствии с выбранным методом;
• изучение и интерпретацию результатов;
• выдачу заключения.

Цитогенетический анализ позволяет выявить наследственные заболевания, психические отклонения, врожденные пороки развития. Суть метода — в изучении хромосом с помощью специальных микроматриц, нанесенных на ДНК-чипы. Для этого из образца крови выделяют лимфоциты, которые затем помещают на 48–72 часа в питательную среду и по истечении этого времени исследуют. Назначают такой анализ нечасто, в основном для изучения причин бесплодия и невынашивания беременности, для уточнения диагноза у детей при подозрении на врожденные заболевания. Анализ очень точен, но достаточно трудоемок и длителен (результат можно получить лишь через 20–30 дней после сдачи).

Достоинство и в то же время недостаток метода — в его специфичности: цитогенетика может выявить лишь небольшое количество патологий (например, аутизм), однако делает это практически без погрешностей.

Полимеразная цепная реакция — метод, изобретенный в 1983 году, по сей день самый популярный и фундаментальный в молекулярной диагностике. Характеризуется высочайшей точностью и чувствительностью, а также скоростью проведения исследования. Молекулярная диагностика ДНК/РНК методом ПЦР позволяет выявить такие патологии, как ВИЧ, вирусные гепатиты, инфекции, передающиеся половым путем, туберкулез, боррелиоз, энцефалит и многие другие.

Для анализа выбирают участок ДНК и многократно дублируют его в лаборатории с помощью специальных веществ. Для диагностики подходит большой перечень биоматериалов: кровь, слюна, моча, выделения из половых органов, плевральная и спинномозговая жидкость, ткани плаценты и т.д.

В данном молекулярном методе объектом исследования становятся уникальные нуклеотидные соединения отдельно взятой хромосомы или ее участок. Для этого используются меченые флуоресцентными маркерами короткие ДНК-последовательности (зонды), которые позволяют выявить фрагменты с атипичными генами. Биоматериал для анализа может быть любой: кровь, костный мозг, плацента, ткани эмбриона, биопсия и т.д. Важно, чтобы образец был доставлен в лабораторию сразу после его изъятия.

Метод особенно активно используют в онкологии (например, для наблюдения за остаточными злокачественными клетками после химиотерапии), а также в пренатальной диагностике (для определения риска развития у плода врожденных пороков), гематологии. FISH-метод очень чувствителен и точен для выявления поврежденных фрагментов ДНК (погрешность около 0,5%), при этом достаточно быстр: результат придется ждать не более 72-х часов. Однако у него есть и недостатки: FISH еще более специфичен, чем микроматричный цитогенетический анализ, и может служить лишь для подтверждения или опровержения предполагаемого диагноза.

Этот метод похож на предыдущий — здесь так же используются меченные флуоресцентом последовательности ДНК. Однако эти зонды сначала выделяют из проб, полученных от пациента, и затем сравнивают с образцами, нанесенными на микрочипы. ДНК-микрочип представляет собой основание (стеклянное, пластиковое, гелевое), на которое может быть нанесено до нескольких тысяч микротестов длиной от 25 до 1000 нуклеотидов. Полученные после очистки биоматериала пробы (зонды) совмещают с микротестами на чипе и наблюдают за реакцией маркёров. Результаты исследования готовы через 4–6 дней после забора материала.

Для анализа используется любой биоматериал, из которого можно получить образец ДНК/РНК. Используют такой метод в онкологии и кардиологии (в том числе для изучения генетической предрасположенности), он точен и чувствителен, однако в России его применяют редко — в этом его главный минус.

Итак, молекулярная диагностика — неинвазивный и точный метод обследования организма с широким спектром применения в разных областях медицины. Если на Западе исследования ДНК/РНК уже распространены повсеместно, то в России подобную услугу предлагают далеко не все клиники.

Се­год­ня ме­ди­ци­на по­зво­ля­ет уже во вре­мя пла­ни­ро­ва­ния бе­ре­мен­нос­ти узнать о воз­мож­ных рис­ках для бу­ду­ще­го ма­лы­ша, по­это­му не по­жа­лей­те вре­ме­ни и средств — прой­ди­те ге­не­ти­чес­кое ис­сле­до­ва­ние еще до за­ча­тия ре­бен­ка или, если бе­ре­мен­ность ста­ла для вас сюр­п­ри­зом, во вре­мя вы­на­ши­ва­ния. Так вы смо­же­те из­бе­жать мно­жест­ва про­блем для се­бя и для ма­лы­ша в бу­ду­щем.

Своевременная диагностика ВИЧ-инфекции позволяет предотвратить осложнения, связанные с поздней стадией ВИЧ-инфекции, снизить риск трансмиссии ВИЧ-инфекции, своевременно назначить ВААРТ, снизить заболеваемость и летальность ВИЧ-инфицированных больных.

Однако ранняя диагностика ВИЧ-инфекции является проблемой во всем мире. Так по данным центра по контролю заболеваемости, Атланта, у 41% ВИЧ- инфицированных больных СПИД развивается в течение 1 года после установления диагноза, что затрудняет предотвращение неблагоприятных исходов. Все диагностические тесты на ВИЧ можно условно разделить на 2 группы:

1. Тесты, позволяющие установить факт инфицирования ВИЧ

2. Тесты, позволяющие контролировать течение (мониторинг) ВИЧ-инфекции у инфицированного человека (установить стадию ВИЧ-инфекции, определить показания к началу терапии, оценить эффективность терапии).

3. Установление факта инфицированности ВИЧ.

Серологические тесты:

* определение антител к ВИЧ (ИФА, иммуноблот)

* определение антигена Р24

Молекулярно-генетические тесты:

* Определение РНК вируса

* Определение ДНК провируса

Прямые тесты на ВИЧ. Диагноз ВИЧ-инфекции можно поставить не только на основании косвенных признаков (наличия антител к ВИЧ), но и на основании прямых доказательств присутствия вируса. К прямым тестам относят:

* Выделение вируса в культуре клеток -- исследование, которое приберегают для особых случаев: оно требует специального оборудования и подготовки; в клинической практике не используется.

* Тест на антиген р24 (скрининг-тесты четвертого поколения помимо антител к ВИЧ выявляют и антиген р24);

* Вирусные нуклеиновые кислоты (то есть генетический материал ВИЧ) провирусную кДНК в лейкоцитах, вирусную РНК.

В связи с возможностью получения ложнопозитивных и ложнонегативных результатов при серологическом тестировании на ВИЧ у части обследуемых применяются молекулярно-генетические методы тестирования - определение вирусной РНК или провирусной ДНК ВИЧ методом ПЦР.

Пациенты, которым проводится диагностика ВИЧ с использованием ПЦР:

* больные с агаммаглобулинемией

* острая ретровирусная инфекция

* Доноры, иностранные граждане, лица с клиническими симптомами заболеваний (лихорадка, лимфаденопатия, потеря массы тела, рецидивы пневмоний, серозный менингит неустановленной этиологии, энцефалит неустановленной этиологии, нейропатии, слабоумие и др.). Больные с подозрением или подтвержденным диагнозом (рецидивы бактериальных инфекций, кандидоз, криптококкоз, туберкулез, сепсис, саркома, мононуклеоз, образования головного мозга, лимфомы и др.). Новорожденные с задержкой развития, аномалии, маловесные, масса менее 2500. Больные парентеральными гепатитами, беременные, реципиенты препаратов крови, жидкостей, дети, рожденные ВИЧ-инфицированными, дети на гособеспечении, лица с ИППП, наркоманы, пенитенциарная система, наличие эпидпоказаний, анонимно.

Исследования, позволяющие осуществлять мониторинг ВИЧ-инфекции:

1. Определение уровня лимфоцитов CD4+B сыворотке крови (иммунограмма методом моноклональных антител)

2. Определение вирусной нагрузки ВИЧ в крови инфицированного (ПЦР)

3. Определение мутаций резистентности ВИЧ к антиретровирусным препаратам (ПЦР, генетический анализ ВИЧ).

Данный метод позволяет определить состояние иммунной системы инфицированного человека. Уровень СD4+лимфацитов является одним из важнейших лабораторных показателей для решения вопроса о назначении ВААРТ и для оценки эффективности проводимой терапии. Нормальные диапазоны уровня СD4+лимфоцитов у взрослых находятся в пределах 500-1400 в 1 мкл. В случае отсутствия возможности определения показателя СD4+лимфоцитов (исследования являются дорогостоящими и требуют специально оборудованной лаборатории) при решении вопроса о назначении APT допустимо ориентироваться на абсолютное количество лимфоцитов в общем анализе крови. Показанием к назначению ВААРТ является абсолютное количество лимфоцитов менее 1,0х 10 /л.

Определение вирусной нагрузки (ВГ) ВИЧ в крови инфицированного (ПЦР). Исследование так называемой вирусной нагрузки сегодня в клинической практике незаменимо:оно позволяет как оценивать прогноз, так и следить за эффективностью лечения. Знание исходного (до начала ВААРТ) уровня ВН пациента является дополнительным критерием начала ВААРТ. Считается, что уровень ВН выше 100 000 копий/мл -- пороговый уровень для старта терапии у взрослых и детей старше 1 года жизни. Мониторинг ВН на фоне ВААРТ является критерием эффективности терапии. Так, при эффективной терапии уровень ВН должен снижаться и достигать неопределяемого уровня (менее 50 копий/мл).

Для диагностики ВИЧ-инфекции проводят серологические, вирусологические, молекулярно-генетические и иммунологичес­кие исследования.

Серологический метод является наиболее доступным для прак­тических лабораторий. Он заключается в обнаружении в испытуемой сыворотке специфических антител к антигенам ВИЧ, реже выявляют присутствие ВИЧ-антигенов.

Антитела появляются через 1-3 месяца после инфицирования и обнаруживаются на всех стадиях ВИЧ-инфекции, При развитии СПИ­Да их титр значительно снижается.

Основной диагностической реакцией для обнаружения антител является ИФА. Разработаны различные тест-системы ИФА, в том чис­ле более совершенные системы 3-4 поколения. Постановка ИФА в зна­чительной степени автоматизирована.

Обычно вначале проводят быстрое скрининговое исследование испытуемой сыворотки. При обнаружении антител к диагностикуму ВИЧ, сыворотку исследуют дважды, используя разные серии диагностикума или различные тест-системы. При положительном результате (даже в одной пробе), который считается предварительным, проводят подтверждающее экспертное исследование. Это необходимо, так как бывают ложноположительные реакции. Подтверждающую проверку проводят методом иммуноблотинга (вестерн-блот), выявляя наличие специфических антител к гликопротеинам gр120 и gр41, а также бел­кам р24 и р21. Реакция считается положительной при наличии анти­тел хотя бы к одному белку оболочки ВИЧ и к одному белку сердцевины вируса, например gр41 и р24.

Методом ИФА возможно выявить ВИЧ-антигены в крови и лимфоцитах в более ранние сроки, чем антитела, однако это удает­ся не всегда.

Разработана также количественная ПЦР, выявляющая концент­рацию вирусной РНК в плазме крови (тест вирусной нагрузки). Этот тест определяет количество копий РНК/мкл и позволяет прогнозиро­вать течение ВИЧ-инфекции, рекомендовать сроки начала специфиче­ского лечения и следить за его эффективностью.

Иммунологические исследования. Обследуют состояние иммун­ной системы организма (иммунный статус). Снижение количества Т4-лимфоцитов до 400-500 клеток/мкл, коэффициент соотношения Т4/ Т8-лимфоцитов ниже 0,6, а также резкое повышение количества IgА, IgD, IgЕ и циркулирующих иммунных комплексов, являются косвен­ными доказательствами наличия ВИЧ-инфекции.

Диагностика ВИЧ-инфекции у новорожденных затруднена. С первых дней жизни и в течение нескольких месяцев у них в крови могут циркулировать специфические антитела класса IgD, получен­ные пассивно от ВИЧ-инфицированной матери, что не является дока­зательством зараженности ребенка. Поэтому на первом году жизни у ребенка выявляют ВИЧ-антигены, определяют присутствие провирус­ной ДНК с помощью ПЦР или выделяют вирус в культуре клеток. Так­же диагностическое значение может иметь выявление антител класса IgА и повышение их титра.

7. Особенности вирусологического метода диагностики (культивирование, индикация, идентификация вируса)

Вирусологическое исследование заключается в выделении ВИЧ из биологических жидкостей и лимфоидных клеток обследуемого че­ловека на различных культурах клеток (линии клеток Н2, MOLT, СЕМ и др.). Это трудоемкий дорогостоящий метод, доступный для специ­альных лабораторий, применяемый, главным образом, для научных и эпидемиологических целей, реже для диагностики ВИЧ-инфекции (в основном - у детей).

8. Противовирусный иммунитет - нет

При попадании ВИЧ-инфекции в организм, иммунитет сразу же активизируется. Начинают вырабатываться CD8+ Т-лимфоциты, которые пытаются вывести вирус из организма. На время они даже блокируют развитие болезни, а также контролируют ее распространение в организме.

Однако со временем эти клетки иммунитета сами уничтожаются инфекцией, а, следовательно, их число резко уменьшается, что приводит к острому периоду ВИЧ-инфекции, постепенно переходящей в СПИД.

Клетки иммунитета, а в первый черед с вирусом начинают борьбу CD4+ Т-лимфоциты, быстро разрушаются. Инфекция воздействует и на структуру клеток, в результате чего они слипаются, образуя синцитии. Такие новые образования подвержены разрушению, т.к. их начинают атаковать клетки иммунитета человека. Происходит так называемый аутоиммунный сбой, когда лейкоциты не распознают вирусы и атакуют себя.

9. Специфическая профилактика

Общие меры профилактики аналогичны применяемым при гепа­тите В, гепатите С и других инфекциях, передающимся половым путем.

Специфическая профилактика ВИЧ-инфекции отсутствует. Ве­дутся интенсивные исследования по получению эффективных вакцин.

10. Этиотропное лечение

ВИЧ-инфекция не поддается окончательному излечению имею­щимися лекарственными средствами. Поэтому основной целью лече­ния является максимально возможное продление и улучшение качества жизни больного с сохранением его работоспособности, а при возник­новении вторичных заболеваний — замедление их развития и сниже­ние тяжести.

Лечение ВИЧ-инфекции является комплексным и включает антиретровирусную терапию, направленную непосредственно на воз­будителя, иммунокоррегирующую терапию посредством иммуномодуляторов, лечение оппортунистических инфекций и опухолей соответствующими антибиотиками, химиопрепаратами, облучением.

Антиретровирусная терапия осуществляется химиопрепа­ратами, нарушающими репродукцию вируса. Многие из них являют­ся токсичными, требуют 2-3 кратного ежедневного приема и длительных повторных курсов лечения. Как правило, это дорогостоя­щие препараты. В лабораториях мира проводится постоянная работа по получению эффективных, менее токсичных и более удобных для применения химиопрепаратов.

В России разрешены к применению 15 антиретровирусных пре­паратов, среди них два - отечественного производства.

Антивирусные препараты отличаются по химическому составу и механизму действия, их можно подразделить на группы.

1. Ингибиторы обратной транскриптазы - нуклеозидные и нуклеотидные аналоги. Эти препараты встраиваются в нить ДНК, фор­мирующуюся при участии обратной транскриптазы на вирусной РНК-матрице и блокируют синтез ДНК. Тем самым нарушается процесс обратной транскрипции, а, следовательно, и репродук­ция ВИЧ. Различают нуклеозидные аналоги тимидина и аналоги других нуклеозидов.

Производные тимидина: - Азидотимидин (АЗТ, Зидовудин, Ретровир, Тимидин - производства России);

- Фосфазид (Россия) - (фосфорилированный АЗТ, менее токсичен, дольше не выводится из организма. Производные других нуклеозидов:

- Диданозин (Видекс) - производное аденина;

- Зальцитабин (Хивид,- Ламивудин (Эпивир) – производные цитозина;

- Абакавир (Зиаген) - производное гуанина.

Комбинированный препарат — Комбивир (Зидовудин + Ламивудин).

2. Ингибиторы обратной транскриптазы - ненуклеозидные аналоги. Препараты соединяются с активным центром обратной транскриптазы и блокируют ее.

- Невирапин (Вирамун); Ифавиренц (Стокрин).

К этим препаратам быстро формируется лекарственная устойчи­вость ВИЧ, поэтому их применяют в комбинации с антивирусными препаратами из других групп.

3. Ингибиторы протеазы ВИЧ. Препараты обладают высокой ток­сичностью, требуют 3-х кратного приема в сутки совместно с пищей, соблюдения диеты. Это самые дорогостоящие препара­ты. Все это ограничивает их применение.

Выявлено, что при приеме одновременно двух препаратов, инги­биторов протеазы, из которых один Ритонавир, лечебная доза препа­ратов значительно снижается. Ингибиторы протеазы обязательно комбинируют с антиретровирусными препаратами из первой группы.

Таким образом, основными антивирусными препаратами для лече­ния ВИЧ-инфекции являются ингибиторы обратной транскриптазы - про­изводные тимидина. Только они пригодны для монотерапии - лечения одним препаратом. Более эффективно их совместное применение с препаратами той же группы - производными других нуклеозидов, то есть битерапия. Еще более интенсивной является тритерапия, при которой к этим двум пре­паратам добавляют третий - ингибитор обратной транскриптазы с иным механизмом действия (ненуклеозидный аналог) или ингибитор протеазы. Иногда используют схему лечения четырьмя препаратами.

Совместное применение нескольких препаратов уменьшает риск возникновения лекарственной устойчивости ВИЧ.

Антивирусную моно- или битерапию ВИЧ-инфекции проводят во 2-й стадии заболевания при возникновении ранних клинических проявлений, например: неосложненных или с присоединением вторичных оппортунис­тических инфекций. После нормализации состояния и значительного повы­шения количества СD4 + -лимфоцитов/мкл лечение прекращают.

Лечение возобновляют в конце 3 стадии (латентной), применяя интенсивную терапию несколькими антивирусными препаратами. По­казанием к возобновлению лечения служит снижение количества СD4 + -клеток/мкл и присоединение оппортунистических инфекций. Лечение проводят 12-недельными курсами с перерывами во время ремиссий до конца жизни больного.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Полимеразная цепная реакцияпозволяет обнаружить микроб в ис­следуемом материале (воде, продуктах, ма­териале от больного) по наличию в нем ДНК микроба без выделения последнего в чистую культуру.

Для проведения этой реакции из исследу­емого материала выделяют ДНК, в которой определяют наличие специфичного для дан­ного микроба гена. Обнаружение гена осу­ществляют его накоплением. Для этого необ­ходимо иметь праймеры комплементарного З'-концам ДНК. исходного гена. Накопление (амплификация) гена выполняется следую­щим образом. Выделенную из исследуемого материала ДНК нагревают. При этом ДНК распадается на 2 нити. Добавляют праймеры. Смесь ДНК и праймеров охлаждают. При этом праймеры, при наличии в смеси ДНК искомо­го гена, связываются с его комплементарными участками. Затем к смеси ДНК и праймера добавляют ДНК-полимеразу и нуклеотиды. Устанавливают температуру, оптимальную для функционирования ДНК-полимеразы. В этих условиях, в случае комплементарное™ ДНК гена и праймера, происходит присоединение нуклеотидов к З'-концам праймеров, в резуль­тате чего синтезируются две копии гена. После этого цикл повторяется снова, при этом ко­личество ДНК гена будет увеличиваться каждый раз вдвое. Проводят реакцию в специальных приборах — амплификаторах. ПЦР применяется для диагностики вирусных и бактериальных инфекций.

Рестрикционный анализ.Данный метод основан на применении фер­ментов, носящих название рестриктаз. Рестриктазы представляют собой эндонук-леазы, которые расщепляют молекулы ДНК, разрывая фосфатные связи не в произвольных местах, а в определенных последовательностях нуклеотидов. Особое значение для методов мо­лекулярной генетики имеют рестриктазы, кото­рые узнают последовательности, обладающие центральной симметрией и считывающиеся одинаково в обе стороны от оси симметрии. Точка разрыва ДНК может или совпадать с осью симметрии, или быть сдвинута относи­тельно нее.

В настоящее время из различных бактерий выделено и очищено более 175 различных рестриктаз, для которых известны сайты (участки) узнавания (рестрикции). Выявлено более 80 различных типов сайтов, в которых может про­исходить разрыв двойной спирали ДНК.

В геноме конкретной таксономической еди­ницы находится строго определенное (генети­чески задетерминированное) число участков узнавания для определенной рестриктазы.

Если выделенную из конкретного микроба ДНК обработать определенной рестриктазой, то это приведет к образованию строго опреде­ленного количества фрагментов ДНК фикси­рованного размера.

Размер каждого типа фрагментов можно узнать с помощью электрофореза в агарозном геле: мелкие фрагменты перемещаются в геле быстрее, чем более крупные фрагменты, и длина их пробега больше. Гель окрашива­ют бромистым этидием и фотографируют в УФ-излучении. Таким образом, можно полу­чить рестрикционную карту определенного вида микробов.

Сопоставляя карты рестрикции ДНК, вы­деленных из различных штаммов, можно оп­ределить их генетическое родство, выявить принадлежность к определенному виду или роду, а также обнаружить участки, подвергну­тые мутациям.

Этот метод используется также как началь­ный этап метода определения последователь­ности нуклеотидных пар (секвенирования) и метода молекулярной гибридизации.

Метод молекулярной гибридизациипозволяет выявить степень сходства раз­личных ДНК. Применяется при идентифи­кации микробов для определения их точного таксономического положения.

Метод основан на способности двухцепочечной ДНК при повышенной температуре (90 °С) в щелочной среде денатурировать, т. е. расплетаться на две нити, а при понижении температуры на 10 °С вновь восстанавливать исходную двухцепочечную структуру. Метод требует наличия молекулярного зонда.

Зондомназывается одноцепочечная мо­лекула нуклеиновой кислоты, меченная ра­диоактивными нуклидами, с которой сравнивают исследуемую ДНК.

Для проведения молекулярной гибридизации исследуемую ДНК расплетают указанным выше способом, одну нить фиксируют на специальном фильтре, который затем помещают в раствор, со­держащий радиоактивный зонд. Создаются ус­ловия, благоприятные для образования двойных спиралей. В случае наличия комплементарности между зондом и исследуемой ДНК, они образу­ют между собой двойную спираль.

Риботипирование и опосредованная транскрипцией амплификация рибосомальной РНК.Последовательность нуклеотидных основа­ний в оперонах, кодирующих рРНК, отлича­ется консервативностью, присущей каждомувиду бактерий. Эти опероны представлены на бактериальной хромосоме в нескольких ко­пиях. Фрагменты ДНК, полученные после об­работки ее рестриктазами, содержат последо­вательности генов рРНК, которые могут быть обнаружены методом молекулярной гибри­дизации с меченой рРНК соответствующего виды бактерий. Количество и локализация копий оперонов рРНК и рестрикционный состав сайтов как внутри рРНК-оперона, так и по его флангам варьируют у различных вида бактерий. На основе этого свойства построен метод риботипирования, который позволяет производить мониторинг выделенных штам­мов и определение их вида. В настоящее вре­мя риботипирование проводится в автомати­ческом режиме в специальных приборах.

Опосредованная транскрипцией амплифика­ция рРНКиспользуется для диагностики сме­шанных инфекций. Этот метод основан на обнаружении с помощью молекулярной гиб­ридизации амплифицированных рРНК, спе­цифичных для определенного вида бактерий. Исследование проводится в три этапа:

1. Амплификация пула рРНК на матрице вы­деленной из исследуемого материала ДНК при помощи ДНК-зависимой РНК-полимеразы.

2. Гибридизация накопленного пула рРНК с комплементарными видоспецифическим рРНК олигонуклеотидами, меченными флюорохромом или ферментами.

3. Определение продуктов гибридизации методами денситометрии, иммунофермент-ного анализа (ИФА).

Реакция проводится в автоматическом ре­жиме в установках, в которых одномоментное определение рРНК, принадлежащих различ­ным видам бактерий, достигается разделе­нием амплифицированного пула рРНК на несколько проб, в которые вносятся компле­ментарные видоспецифическим рРНК мече­ные олигонуклеотиды для гибридизации.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка нуклеиновой кислоты ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro). При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. В отличие от амплификации ДНК в живых организмах (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК. В обычном ПЦР-процессе длина копируемых ДНК-участков составляет не более 3000 пар оснований (3 kbp[8]). С помощью смеси различных полимераз, с использованием добавок и при определённых условиях длина ПЦР-фрагмента может достигать 20—40 тысяч пар нуклеотидов. Это всё равно значительно меньше длины хромосомной ДНК эукариотической клетки. Например, геном человека состоит примерно из 3 млрд пар оснований[9].

Компоненты реакции

Для проведения ПЦР в простейшем случае требуются следующие компоненты:

1-ДНК-матрица, содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать.

2-Два праймера, комплементарные противоположным концам разных цепей требуемого фрагмента ДНК.

3-Термостабильная ДНК-полимераза — фермент, который катализирует реакцию полимеризации ДНК.

4- Полимераза для использования в ПЦР должна сохранять активность при высокой температуре длительное время, поэтому используют ферменты, выделенные из термофилов — Taq-полимераз/Pfu-полимераза/Pwo-полимераза/Tth-полимераза и другие.

Чтобы избежать испарения реакционной смеси, в пробирку добавляют высококипящее масло, например, вазелиновое. Если используется амплификатор с подогревающейся крышкой, этого делать не требуется.

Простота в исполнении

АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ

Анализируемый образец ДНК

Использование термостабильной полимеразы

Полимераза достраивает специфические затравки

Амплификацию проводят в течении 30-40 циклов

За 30 циклов происходит умножение амплифицируемого фрагмента ДНК в более чем 1млн раз.

Вопрос-99 Электрофарез

Методики проведения электрофореза

Чтобы повысить эффективность данной процедуры, постоянно разрабатываются и совершенствуются методики электрофореза лекарственного. В настоящее время используют следующие:

Лабильная гальванизация.Один электрод во время процедуры закрепляется неподвижно, а второй находится в движении и перемещается со скоростью 3-5 см в секунду по поверхности кожи. Чтобы исключить колебания тока, в аппарат вводят стабилизирующее устройство. Процедура хорошо повышает метаболизм, улучшает кровоснабжение органов и тканей и нервно-мышечную проводимость.

Внутритканевый электрофорез. Проведение процедуры лекарственного электрофореза по данной методике сводится к введению через канюлю подкожно или внутримышечно препарата или смеси веществ. Вводиться лекарство может струйно или капельно. К очагу поражения поперек накладывают электроды, чтобы увеличить концентрацию медицинского препарата. Если лекарство вводят струйно, то ток включают одновременно с этим, а при капельном - после введения.

Вопрос-100 Блот гибридизации

Блот-гибридизация — гибридизация рестриктазных фрагментов исследуемой ДНК, предварительно разделенных электрофоретически и перенесенных на нитроцеллюлозный фильтр при помощи фильтровальной бумаги, со специфичным нуклеотидным зондом. Методика проведения Б.-г. состоит из нескольких этапов.

1-й этап — получение ДНК из исследуемого материала. В зависимости от вида биологического материала (ткань, кровь, молоко) методика выделения ДНК имеет специфические особенности. Главным моментом на данном этапе является депротеинизация ДНК, ее отделение от белка, осаждение и отмывание.

2-й этап— обработка ДНК рестриктазами (рестрикционными эндонуклеазами). Обработка происходит в стандартных условиях на протяжении 3-16 ч. Вследствие гидролиза длинноцепочечная ДНК превращается в смесь коротких фрагментов.

3-й этап — нанесение смеси фрагментов ДНК на электрофоретическую пластинку агарозным гелем и проведение электрофореза.Вследствие различной молекулярной массы фрагменты ДНК будут двигаться в электрическом поле от отрицательного полюса к положительному с различной скоростью.После окончания электрофореза каждый фрагмент ДНК занимает определенное положение в виде дискретной полосы в конкретном месте геля.

4-й этап— непосредственно блоттинг, или получение оттиска картины электрофореза на нитроцеллюлозном фильтре. Сразу после окончания электрофореза на пластинку агарозного геля, которая находится в буферном растворе, накладывают нитроцеллюлозный фильтр, а сверху на него — несколько листов фильтровальной бумаги, и все это помещают под пресс. За счет капиллярного эффекта создается ток буфера, перпендикулярный плоскости геля, который вместе с ДНК-рестриктами проходит через нитроцеллюлозный фильтр. ДНК-фрагменты адсорбируются на фильтре строго в соответствии с их положением в геле. Таким способом получают от печаток полученных рестриктов на нитроцеллюлозном фильтре. Помимо нитроцеллюлозных фильтров используются различные нейлоновые или капроновые мембраны. Нейлоновые мембраны ковалентно связывают ДНК-фрагменты, что позволяет осуществлять их последующую регенерацию и многократное использование. Для ускорения процедуры блоттинга и его эффективности применяют вакуум и электроперенос.

5-й этап — гибридизация рестриктных фрагментов с ДНК-зондами. ДНК-цепи закрепляют на фильтре прогреванием, а далее фильтр инкубируется с меченым нуклеотидным зондом. В качестве метки в классическом варианте используют изотопные маркеры, чаще 32Р. В таком случае дальнейшая идентификация гибридов производится путем радиоавтографии. Различают несколько видов блот-гибридизации: Саузерн-блоттинг(см.) — для визуализации фрагментов ДНК; нозерн-блоттинг (см.) — для РНК; вестернблоттинг, или иммуноблоттинг, — для связывания электрофоретически разделенных белков, фиксированных на фильтрах с мечеными антителами.

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 572 ;