real time pcr что это

PCR Как избежать ошибок?

Real-Time PCR: Как избежать ошибок

Ключевые факторы, оценка значения C_T, применение на практике

ПЦР в реальном времени (также известна как количественная ПЦР, real-time PCR, или qPCR) является простой и эффективной методикой количественного определения целевой последовательности ДНК в образцах. Зачастую, по причине крайней простоты освоения и выполнения данной методики, некоторые факторы, оказывающие критическое влияние на успешность метода, остаются без внимания. В этом обзоре мы рассмотрим ключевые факторы, которые необходимо учитывать при подготовке и интерпретации результатов real-time PCR.

Факторы, влияющие на C_T

C_T-величина (англ. Threshold cycle – пороговый цикл) – это значение количества циклов реакции, при котором кривая амплификации и прямая порога чувствительности прибора пересекаются (рис. 1B). Это значение является относительным показателем содержания ДНК-матрицы в образце, так как различия в количестве молекул матрицы в начале реакции влияют на количество циклов, необходимых для поднятия уровня флуоресценции выше уровня шума. Кроме того, на абсолютное значение C_T влияет множество других факторов, которые не зависят от изначального количества ДНК-матрицы в реакции. В данной статье мы обсудим самые часто встречаемые факторы, влияющие на значение C_T и выясним, как правильно оценивать эффективность прохождения real-time PCR.

На рисунке 1 изображены некоторые параметры кривой амплификации. Экспоненциальная фаза на рисунке 1B соответствует линейной фазе кривой на рисунке 1C. На рисунке 1C пороговое значение должно пересекать линейный участок кривой амплификации. Значение C_T обратно пропорционально количеству ДНК-матрицы в реакции, то есть чем меньшее количество ДНК-матрицы находится в реакционной смеси, тем большее количество циклов необходимо для достижения порогового количества продукта амплификации. Однако любые изменения в составе реакционной смеси или настройках детектора флуоресценции могут оказывать влияние на значение C_T. Соответственно, значение C_T для реакций, которые были проведены при разных условиях или в которых были использованы разные реактивы, не могут быть непосредственно сравнены друг с другом.

Рисунок 1

Рисунок 1: A: Значение Rn представляет собой отношение интенсивности флуоресценции репортерного красителя к интенсивности флуоресценции референтного красителя. Другими словами, Rn – это репортерный сигнал, нормализованный к сигналу ROXÔ. На этом рисунке ось X отображает номер цикла ПЦР, ось Y – значение Rn.

B: Значение ΔRn представляет собой разницу значений Rn и базовой линии. На этом рисунке ось X отображает номер цикла ПЦР, ось Y – значение ΔRn.

C: График кривой амплификации представлен в виде логарифмической функции Log(ΔRn) от номера цикла.

Влияние компонентов реакционной смеси

Интенсивность флуоресценции каждой молекулы зависит от внешних факторов, к ним относятся, например, pH или концентрации солей в реакционной смеси. На рисунке 2 изображён график флуоресценции зонда TaqMan® в двух различных реакционных смесях. Обратите внимание, что интенсивность флуоресценции в реакционной смеси A выше, несмотря на одинаковую концентрацию ДНК-матрицы, зонда и красителя ROX™ в обеих смесях.

Рисунок 2

Рисунок 2: Пики флуоресценции, полученные при анализе двух разных реакционных смесей с одинаковым количеством ROX™. Различия в значении сигналов обусловлено составом реакционных смесей. На этом рисунке ось X отображает длину волны флуоресценции, ось Y – интенсивность свечения флуорофора.

В результате, значение ΔRn будет различным, это отображено на рисунке 3. Обратите внимание, что базовые линии для двух реакционных смесей различны (рисунок 3А). Различие в значении C_T не отображает общую производительность реакционной системы (рисунок 3B). Реакционные смеси с эквивалентными показателями чувствительности могут иметь различные абсолютные значения C_T.

Рисунок 3.

На рисунке 3 в реакционных смесях A и B была проведена амплификация гена РНКазы P человека. В обеих образцах было использовано одинаковое количество геномной ДНК. На рисунке 3A показана зависимость Rn от номера цикла и базовые линии для обеих реакций. На рисунке 3B показана зависимость значения Log (ΔRn) от номера цикла. Значение порога чувствительности (зеленая прямая) одинаково для обеих реакций. Пороговый цикл C_T для реакционной смеси B (C_TB) наступает раньше, чем для реакционной смеси A (C_TA) при одинаковом количестве ДНК-матрицы в обеих образцах.

Пассивный референтный краситель ROX™

Величина Rn представляет собой отношение интенсивности флуоресценции красителя FAMÔ к флуоресценции красителя ROX. Таким образом, если концентрация красителя ROX будет меньше, а концентрация FAM останется неизменной, величина Rn будет выше. Это приведет к тому, что значение базовой линии станет выше, и вследствие этого, ΔRn будет меньше, что в конечном итоге приведет к другому значению C_T. Различие в значениях C_T при уменьшенных концентрациях ROX не является показателем увеличения чувствительности реакции, при этом могут появиться другие нежелательные последствия. Низкая концентрация ROX в реакционной смеси может привести к увеличению стандартного отклонения значения C_T, как показано на рисунке 4. Чем больше стандартное отклонение, тем менее достоверны данные, особенно если есть необходимость детектировать небольшие различия концентрации целевой последовательности ДНК. (Более подробно это описано в разделе Точность).

Рисунок 4.

На Рисунке 4. В трех реакционных смесях с различным содержанием ROX™ была проведена амплификация Трансформирующего ростового фактора бета (TGF beta). На рисунке 4A изображено значение C_T, на рисунке 4B изображено стандартное (среднеквадратическое) отклонение. Чем меньше концентрация ROX, тем раньше наступает пороговый цикл, но это увеличивает стандартное отклонение.

Эффективность ПЦР

Степень эффективности полимеразной цепной реакции тоже влияет на величину C_T. Сравнивая серии разведений, амплифицированых в условиях низкой и высокой эффективности реакции, мы обнаружим, что кривые амплификации имеют разный угол наклона. На рисунке 5, два образца (X и Y), амплифицированые в условиях низкой и высокой эффективности реакции, показывают различные значения C_T при одной и той же концентрации ДНК-матрицы. В этом примере, кривая амплификации при высокой эффективности реакции (синий график на рисунке 5) дает более низкое значение C_T при высокой концентрации ДНК-матрицы, хотя она имеет более высокую чувствительность при низкой концентрации ДНК-матрицы.

Рисунок 5.

Эффективность ПЦР зависит от типа анализа, качества реакционной смеси и качества ДНК в образце. Как правило, эффективность реакции 90-110% считается приемлемой.

Различие в значении C_T для двух образцов может достоверно свидетельствовать о различной концентрации ДНК-матрицы в этих образцах только при условии одинаковых настройках оборудования, реактивов и типа анализа. Однако, если анализ был проведен на разном оборудовании, были использованы разные реактивы, праймеры или зонды, либо реакции проводились в разных объемах – различия в значениях C_T не дадут нам достоверной информации. Следовательно, абсолютные значения C_T имеет смысл сравнивать только в том случае, если все условия реакции были абсолютно одинаковыми.

Как оценить эффективность ПЦР в реальном времени

В случае, если какие-либо условия эксперимента были изменены (например, анализ проводился на разном оборудовании или в разных реакционных смесях), необходимо учитывать следующие параметры.

Динамический диапазон

Рисунок 6.

На Рисунке 6 точный расчет эффективности реакции, сделанный на основе серии разведений ДНК-матрицы. Для двукратного разведения на 5 точках (оранжевый) потенциальный разброс значений выше, чем для десятикратного разведения на 5 точках (синий).

Значение R 2

Еще одним параметром, без которого невозможно точно рассчитать эффективность реакции, является коэффициент детерминации (R 2 ). В математической статистике этот параметр показывает, насколько точно мы можем спрогнозировать значение некой величины, зная другую. Если R 2 =1, тогда можно точно установить корреляцию величины X (количество ДНК-матрицы) к Y (значению C_T) (рисунок 7A). Если R 2 =0, тогда невозможно определить корреляцию величины X к величине Y (рисунок 7B). Значение R 2 >0,99, в целом, обеспечивает достаточную точность определения корреляции.

Рисунок 7.

На Рисунке 7 пример расчета R 2 для двух прямых. A: между x и y нет прямой корреляции. B: между x и y есть прямая корреляция.

Точность

Наиболее используемым способом расчета точности метода является вычисление стандартного отклонения (квадратный корень из вариансы). Если множество результатов имеют небольшой разброс относительно средней величины, тогда стандартное отклонение имеет малое значение, если же разброс велик, то стандартное отклонение больше.

На практике, большая выборка представляет собой распределение, близкое к нормальному. Это следствие центральной предельной теоремы, она гласит, что суммы многих независимых, одинаково распределенных случайных величин стремятся к нормальному распределению как к пределу. На рисунке 8А значения распределены таким образом, что 68% из них находятся в пределах одного стандартного отклонения, 95% – в пределах 2 стандартных отклонений, и 99,7% находится в пределах 3 стандартных отклонений.

Если эффективность ПЦР составляет 100%, то есть одно значение C_T, которое находится в пределах средних значений двукратного разведения (рисунок 8B). Для того чтобы определить количество ДНК-матрицы в диапазоне двукратных разведений в 99,7% случаев, стандартное отклонение должно быть ≤0,167. Чем больше стандартное отклонение, тем меньше вероятность достоверно найти разницу между образцами. Чтобы найти разницу между образцами в диапазоне двукратных разведений в 95% случаев, стандартное отклонение должно быть ≤0,250 (рисунок 8C).

Рисунок 8.

На Рисунке 8 нормальное распределение и стандартное отклонение. На рисунке (A) показано нормальное распределение результатов анализа. Если эффективность ПЦР составляет 100%, то есть одно значение C_T, которое находится в пределах средних значений двукратного разведения (образцы X и Y). Для того, чтобы точно определить значение C_T для обоих образцов в 99,7% случаев, стандартное отклонение должно быть 1 C_T, деленное на 6 стандартных отклонений (1/6=0.167), как показано на рисунке (B). Для того, чтобы точно определить значение C_T для обоих образцов в 95% случаев, стандартное отклонение должно быть 1 C_T, деленное на 4 стандартных отклонений (1/4=0.25), как показано на рисунке (C).

Чувствительность

Любая из современных систем ПЦР в реальном времени достигла такого уровня чувствительности, что стало возможно детектировать единичную копию ДНК-матрицы в образце. Чувствительность не зависит от абсолютного значения C_T.

Как было сказано ранее, ключевым фактором для расчета чувствительности метода является эффективность реакции (рисунок 5). Другим важным моментом, связанным с детекцией малого количества копий ДНК является то, что распределение ДНК-матрицы будет отличаться от нормального. Вместо этого, оно будет стремиться к распределению Пуассона: то есть, если мы имеем большую выборку повторений, в каждом из которых, в среднем, по одной копии ДНК-матрицы, то, согласно распределению, в 37% образцов не будет ни одной копии, 37% будут иметь одну копию, а 18% – по две копии ДНК-матрицы (см. рисунок 9). Следовательно, для того, чтобы обеспечить достаточную достоверность детекции малого количества ДНК, необходимо проводить достаточное количество повторений, для того, чтобы обойти ограничения, связанные с распределением Пуассона.

Рисунок 9. Распределение Пуассона для малого количества копий ДНК-матрицы. Синяя кривая показывает распределение Пуассона для 3,3 пг ДНК (1 копия молекулы ДНК). Фиолетовая – распределение Пуассона для 6,6 пг ДНК (1 клетка, 2 копии молекулы ДНК).

Вывод

Вместе с тем, дополнительные виды контроля, такие как NTC (отрицательный контроль), no RT-контроль (контроль без обратной транскрипции) и контроль качества ДНК должны быть проведены для каждого анализа.

Источник

Полимеразная цепная реакция в реальном времени (Real-Time PCR)

Екимов А.Н., Шипулин Г.А., Бочкарев Е.Г. Рюмин Д.В.

ЦНИИ Эпидемиологии РФ

Принципиальной особенностью полимеразной цепной реакции в реальном времени является возможность детекции накопления продуктов амплификации непосредственно во время проведения амплификации. Так как кинетика накопления ампликонов напрямую зависит от числа копий исследуемой матрицы, это позволяет проводить количественные измерения ДНК и РНК инфекционных агентов. Полученная информация может быть использована для проведения мониторинга эффективности проводимой терапии, оценки клинического прогноза. В отличие от других методов количественного определения ДНК матрицы в пробе, ПЦР в реальном времени не требует дополнительных манипуляций, связанных с раститровкой ДНК исследуемой пробы или полученных в ходе ПЦР ампликонов, которые усложняют постановку анализа и могут приводить к появлению ложноположительных результатов. Подобный подход позволяет отказаться от стадии электрофореза, что ведет к резкому уменьшению вероятности контаминации исследуемых проб продуктами амплификации, а также позволяет снизить требования, предъявляемые к ПЦР лаборатории.

Широкое внедрение в область практического здравоохранения полимеразной цепной реакции (ПЦР) обусловлено простотой ее выполнения, низкой себестоимостью и надежностью. Вместе с тем, сегодня уже очевидно, что дальнейшее развитие ПЦР получит в области количественного определения нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) инфекционных агентов.

Количественное определение ДНК инфекционных агентов в ходе лечения позволяет получать информацию о правильности или безрезультатности проводимой терапии, помогает предсказывать периоды обострения заболевания и принимать адекватные меры для скорейшего излечения больного без нанесения ущерба для его здоровья, связанного с неэффективной терапией.

Существует большое количество способов получить данные о концентрации нуклеиновых кислот в пробе методом ПЦР, но все они требуют дополнительных трудоемких этапов работы, связанных с предварительной раститровкой выделенной из анализируемой пробы ДНК, или полученных в ходе ПЦР ампликонов, что приводит к увеличению времени, необходимого для постановки анализа и сложности интерпретации полученных результатов [2,5]. Также, наличие дополнительных этапов работы увеличивает вероятность ошибки и получения недостоверного результата.

ПЦР в реальном времени.

Отличительными чертами данного метода, в отличие от классической ПЦР, является возможность количественного определения ДНК/РНК инфекционных агентов в исследуемом материале, отсутствие стадии электрофореза, менее строгие требования к организации ПЦР-лаборатории и автоматическая регистрация и интерпретация полученных результатов.

Отсутствие стадии электрофореза позволяет минимизировать риск контаминации продуктами ПЦР и таким образом резко уменьшить число ложноположительных результатов. Поскольку регистрация результатов проводится непосредственно в процессе ПЦР, весь анализ можно проводить в одной-двух комнатах лаборатории и нет необходимости в отдельном помещении для детекции продуктов реакции.

Данная методика в течение последних пяти лет успешно применяется в крупнейших диагностических и научно-исследовательских центрах развитых стран мира и в ближайшее время станет так же широко распространена, как и ПЦР в ее сегодняшнем формате, благодаря экономии производственных площадей, уменьшению количества персонала и востребованности количественного определения ДНК/РНК.

Использование математических методов анализа позволяет проводить автоматическую интерпретацию полученных результатов и снимает проблему субъективной оценки электрофореграмм.

Для постановки ПЦР в реальном времени необходим специальный амплификатор, отличительной особенностью которого является возможность возбуждать и детектировать флуоресценцию, отражающую накопление ампликонов, на каждом цикле амплификации.

Детекция продуктов амплификации.

Для выявления продуктов амплификации в режиме реального времени используют следующие наиболее распространенные подходы:

1. Выщепление 5′ концевой метки (TaqMan Assay).

Данная методика основана на использовании 5′-экзонуклеазной активности полимеразы. В реакционную смесь добавляют ДНК-зонды, в состав которых входит флуоресцентная метка в 5′-положении и гаситель флуоресценции в 3′-положении, а также фосфатная группа в 3′-положении. Эти зонды имеют места посадки внутри амплифицируемой области. Гаситель поглощает испускаемое флуоресцентной меткой излучение, а фосфатная группа в 3′-положении блокирует полимеразу.

В ходе ПЦР во время стадии отжига праймеров происходит присоединение ДНК-зонда к комплементарной цепи ДНК, причем чем больше продуктов амплификации образуется в ходе ПЦР, тем больше молекул зондов свяжется с соответствующими ампликонами. Во время стадии элонгации полимераза синтезирует комплементарную цепь ДНК и при достижении зонда начинает его расщеплять благодаря наличию 5′-экзонуклеазной активности. Таким образом происходит разъединение флуоресцентной метки и гасителя, что приводит к увеличению детектируемого свечения [3]. Очевидно, что чем больше ампликонов было наработано в ходе ПЦР на данный момент времени, тем интенсивнее будет свечение.

2. Использование зондов с комплементарными концевыми последовательностями (molecular beacons).

Данная методика отличается от описанной выше тем, что концевые последовательности зонда представляют собой взаимно комплементарные области, поэтому при температуре отжига праймеров они схлопываются и образуют шпильки [6]. Внутренняя область зондов содержит нуклеотидную последовательность, комплементарную амплифицируемой области. При отжиге праймеров зонды, не присоединившиеся к ДНК матрице, остаются в «схлопнутом» состоянии, так что происходит тушение флуоресценции.

Те же зонды, которые отжигаются на матрицу, разворачиваются, и флуоресцентная метка и гаситель расходятся в разные стороны. Таким образом, увеличивается интенсивность свечения.

3. Применение 2-х зондов с резонансным переносом энергии (LightCycler assay).

Данный способ детекции накопления продуктов амплификации отличается повышенной специфичностью, так как увеличение флуоресценции происходит при комплементарном связывании с ампликонами сразу 2-х ДНК зондов [1]. Принцип метода заключается в переносе энергии от одного флуорофора, находящегося на 3` конце первого зонда, ко второму флуорофору, находящемуся на 5` конце второго зонда, причем расстояние между флуорофорами составляет 1-3 нуклеотида.

При одновременном связывании обоих зондов с ДНК матрицей испускаемое первым флуорофором излучение передается на второй флуорофор, а его излучение детектируется прибором. Таким образом, возрастает специфичность анализа.

4. Использование интеркалирующих агентов.

Этот способ детекции основан на том факте, что флуоресценция бромистого этидия и SYBR Green I значительно возрастает при их внедрении в двухцепочечные молекулы ДНК [4]. Таким образом, можно наблюдать за накоплением продуктов амплификации.

Очень важно отметить то, что увеличение флуоресценции может быть связано как с накоплением специфического продукта, так и неспецифического (праймеры-димеры, шмер). Для получения корректных результатов необходимо дополнительное изучение полученных ампликонов с помощью построения так называемых «кривых плавления» (melting curves).

Для этого после окончания ПЦР реакционную смесь нагревают и непрерывно измеряют флуоресценцию. По достижении температуры плавления продукта амплификации флуоресценция резко снижается.

Каждое резкое уменьшение флуоресценции на графике соответствует числу полосок, получаемых на электрофорезе, то есть числу разных типов ампликонов. Для облегчения работы с полученной информацией проводят дифференциальный анализ кривой плавления. Такой способ визуализации полученных данных гораздо удобнее для понимания и анализа.

Применение кривых плавления не ограничивается только детекцией продуктов амплификации с помощью бромистого этидия и SYBR Green I. При использовании кривых плавления в системах с ДНК-зондами (Taq-man assay, beacons) возможно различать точечные мутации, расположенные внутри областей связывания ДНК-матрицы и зонда. Наличие таких мутаций способно привести к изменению температуры плавления зонда и к изменениям в графике кривой плавления [1]. Использование кривых плавления не требует от оператора амплификатора никаких дополнительных манипуляций с пробирками, а интерпретация полученных данных автоматизирована и формализована.

Подводя итоги стоит отметить следующее: использование ДНК-зондов в том или ином варианте является наиболее предпочтительным в свете повышения специфичности анализа. Однако к недостаткам зондов относится высокая стоимость, что делает работу по подбору зондов, праймеров и условий амплификации дорогостоящей. Вместе с тем, использование интеркалирующих агентов является очень простым и дешевым. Отпадает необходимость подбора специальных праймеров, зондов, так как можно пользоваться уже используемыми праймерами, эффективность работы которых уже проверена. Эти обстоятельства делают применение интеркалирующих агентов весьма привлекательным.

Источник

ПЦР для начинающих

Руководство по ПЦР в реальном времени для начинающих

Полимеразная цепная реакция, или ПЦР – это настоящий краеугольный камень современной молекулярной биологии. В наше время все большее распространение получает ее «продвинутая» версия под названием полимеразная цепная реакция в реальном времени (Real-time PCR), благодаря которой стало возможным раскрыть максимальный потенциал данной методики.

Чтобы понять суть Real-time PCR, необходимо имеет представление о том, какие процессы проходят в пробирке во время «обычной» ПЦР.

ПЦР представляет собой реакцию амплификации молекул ДНК. Рассмотрим два случая, когда в исследовательской практике возникает необходимость амплифицировать (то есть увеличить во много раз) количество ДНК в образце. Например, для судмедэксперта важно размножить небольшое количество ДНК, которая была найдена на месте преступления. Либо исследователю нужно сравнить два образца и узнать, в каком из них больше ДНК. Для такого рода анализа необходимо, чтобы в образце было достаточно ДНК для ее детекции. Если ДНК слишком мало, в сравниваемых образцах проводят ПЦР при одних и тех же условиях, и по количеству амплифицированного продукта определяется, в каком из образцов было больше ДНК изначально.

Главным веществом, благодаря которому происходит ПЦР, является термостабильная ДНК-зависимая ДНК-полимераза. Этот фермент синтезирует цепочку ДНК из свободных нуклеотидов, содержащихся в реакционной смеси (dNTPs), по принципу комплементарности. Матрицами для создания новых цепочек являются исследуемые молекулы ДНК. Важный момент – ДНК-полимераза «работает» на одноцепочечной ДНК, при этом «точка старта» для нее может быть только на двухцепочечной ДНК.

Именно эта особенность данного фермента позволяет амплифицировать только те фрагменты ДНК, которые интересны исследователю, а не весь геном организма сразу. Для этого в реакционную смесь добавляют небольшие фрагменты ДНК (олигонуклеотиды), называемые праймерами (англ. primer, то есть «первичные»). Они присоединяются (отжигаются) на матричную молекулу ДНК вокруг исследуемого гена, запуская работу полимеразы в нужном направлении.

Контроль ПЦР обеспечивается благодаря смене температуры образцов – за счет этого обеспечивается регуляция активности фермента и присоединения праймеров.

Для того, чтобы начать реакцию, температуру повышают до 95°C. При такой температуре двухцепочечная ДНК денатурирует до одноцепочечной.

Потом температуру понижают до

60°C. Это позволяет праймерам присоединиться вокруг исследуемого фрагмента.

Таким образом, у полимеразы появляется точка старта, от которой она может начинать синтез новой цепочки ДНК:

Оптимальная температура для работы ДНК-полимеразы составляет 72°C, поэтому на этом этапе цикла (он называется элонгацией) температура образца повышается до 72°C, для того, чтобы фермент работал с максимальной скоростью.

По окончанию цикла мы получаем в 2 раза больше ДНК, чем было в начале.

Такие температурные изменения повторяются по кругу в течение 40 «циклов». То есть, из одной копии ДНК получаются две, из двух – четыре, из четырех – восемь и так далее, пока их количество не будет исчисляться миллиардами.

После амплификации полученную ДНК можно разделить на агарозном геле и окрасить (визуализировать). Чем ярче будет полоса на геле, тем большее количество копий нужных нам генов получилось в результате реакции.

ПЦР в реальном времени (Real-time PCR)

Точно такие же принципы лежат в основе ПЦР в реальном времени. Но вместо того, чтобы оценивать продукты амплификации на геле после проведения реакции, за этим процессом можно наблюдать «онлайн». Обеспечивается это тем, что образец, помещенный в амплификатор, на протяжении всего процесса находится под наблюдением специальной камеры, которая называется детектором.

Существует множество технологий мониторинга процесса ампификации, но суть у них одна: при синтезе каждой новой копии ДНК возникает флуоресцентный сигнал, который улавливается детектором. Чем интенсивней флуоресценция, тем больше продуктов амплификации находится в образце.

ПЦР в реальном времени имеет множество преимуществ перед обычной ПЦР:

Зонд или SYBR® Green. Выбор правильной системы визуализации для вашего эксперимента.

Приступая к планированию ПЦР-анализа, важно определить систему визуализации продуктов реакции. В общем случае, существуют две системы: интеркалирующие красители (напр. SYBR® Green) и растворы, основанные на линейно разрушаемых зондах (напр. TaqMan®). В основе обоих систем состоит принцип генерирования флуоресцентных сигналов при синтезе новых копий ДНК и детекции этих сигналов прибором в режиме реального времени.

SYBR® Green (или любой другой интеркалирующий краситель)

SYBR® Green является наиболее используемым интеркалирующим красителем в современной практике. Кроме него существует множество других красителей подобного класса, но наверняка вы слышали именно о SYBR® Green. Принцип действия у них один: сам краситель имеет собственный флуоресцентный фон, но связываясь с двухцепочечной ДНК, он встраивается между ее цепочками. Это приводит к изменению конфигурации молекулы красителя, заставляя ее флуоресцировать горазда сильнее. Все просто – чем больше ДНК образуется в процессе ПЦР, тем сильнее происходит флуоресценция в образце.

Линейно разрушаемые зонды (по типу TaqMan®)

ДНК-зонды представляют собой меченые флуоресцентными красителями олигонуклеотиды (короткие фрагменты ДНК). Их нуклеотидная последовательность такова, что они гибридизируются на матричной молекуле ДНК рядом с праймером и дают флуоресцентный сигнал. 5’-конец зонда мечен репортерным флуоресцентным красителем. Чаще всего используется зеленый краситель FAM, но также могут использоваться VIC, ROX, CY5 и другие, которые флуоресцируют на другой длине волны, благодаря чему возможно проводить одновременный анализ по разным каналам детектора. На 3’-конце зонда располагается молекула гасителя – она обеспечивает подавление флуоресценции метки. Таким образом, когда репортерный краситель и его гаситель находятся на физически близком расстоянии друг от друга, общий уровень флуоресценции низкий.

В процессе ПЦР зонд прикрепляется к матричной молекуле ДНК сразу после праймера. Далее, зонд расщепляется полимеразой во время реакции. За счет этого молекула гасителя оказывается далеко от репортера, его флуоресценция возрастает, и так происходит на каждом цикле ПЦР.

Что нужно учитывать: стоимость

Оценка стоимости является неотъемлемой частью планирования исследований. Использование линейно разрушаемых зондов обходится дороже, чем интеркалирующих красителей. То есть, если вас интересует большое количество генов, интеркалирующий краситель будет наилучшим выбором. Если же у вас есть небольшой набор генов и вам надо сосредоточится исключительно на них, следует использовать зонды.

Что нужно учитывать: специфичность

Зонды: В общем случае, линейно разрушаемые зонды дают более точные результаты. Объясняется это их высокой специфичностью. Если вы получаете флуоресцентный сигнал от зонда, то можно быть уверенным, что он гибридизировался именно с целевым участком генома – гибридизация происходит исключительно в ограниченом праймерами пространстве. Благодаря этому нет необходимости проводить постамплификационных анализов для того, чтобы убедиться, что все прошло правильно.

Интеркалирующие красители: Слабым местом интеркалирующих красителей является то, что они неспецифичны. Если во время ПЦР поисходит амплификация не того участка ДНК, либо вовсе нескольких разных участков, вы все равно получаете кривую амплификации, которая идентична кривой при амплификации целевых генов. Интеркалирующие красители генерируют флуоресцентный сигнал при связывании с любой двухцепочечной ДНК, независимо от ее нуклеотидной последовательности. То есть, необходимо проводить дополнительные анализы, которые подтверждают наличие специфичных продуктов амплификации, например, оценку графика температуры плавления ампликонов. Подобные виды анализов требуют высокого уровня квалификации оператора, но только благодаря им можно рассчитывать на достоверность полученных данных.

Что нужно учитывать: количество ДНК-матрицы

Так как интеркалирующие красители обладают малой специфичностью, их эффективность при низкой концентрации ДНК в образце крайне мала. При таких условиях праймеры часто образуют между собой димеры или отжигаются на нецелевых участках ДНК. При этом образуется двухцепочечная ДНК и интрекалирующие красители все равно будут давать сигнал.

Можно взять за правило: если количество ДНК в ваших образцах малое (значение Cq>30), то использование интеркалирующих красителей будет сопряжено с трудностями и рекомендуется применять линейно разрушаемые зонды. Если ДНК много (значение Cq

Источник