聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase chain reaction,,縮寫(xiě):PCR,又稱(chēng)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)),,是一項(xiàng)利用DNA雙鏈復(fù)制的原理,在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。透過(guò)這項(xiàng)技術(shù),,可在短時(shí)間內(nèi)大量擴(kuò)增目的基因,,而不必依賴(lài)大腸桿菌或酵母菌等生物體。
PCR技術(shù)的基本原理首先基于DNA半保留復(fù)制原理,,還有堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,,即復(fù)制的過(guò)程中雙鏈DNA會(huì)解鏈,由雙鏈變成單鏈,,溫度一般為95℃,;之后溫度降下來(lái),引物會(huì)結(jié)合到DNA單鏈上,,在DNA聚合酶的作用下,,把游離的dNTP按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合到單鏈上,形成一條由舊鏈和新鏈雜合成的新的雙鏈DNA,。這個(gè)過(guò)程可概括為‘變性-退火-延伸’三個(gè)基本步驟,。
表1 標(biāo)準(zhǔn)的PCR反應(yīng)體系
組分 | 用量 |
10×擴(kuò)增緩沖液 | 10μl |
4種dNTP混合物 | 200μl |
引物 | 10~100μl |
模板DNA | 0.1~2μg |
Taq DNA聚合酶 | 2.5 μl |
Mg2+ | 1.5mmol/L |
加雙蒸水 | 100 μl |
4 PCR反應(yīng)特點(diǎn)
4.1特異性強(qiáng)
PCR反應(yīng)的特異性決定因素為:
①引物與模板DNA特異正確的結(jié)合;
②堿基配對(duì)原則,;
③Taq DNA聚合酶合成反應(yīng)的忠實(shí)性,;
④靶基因的特異性與保守性。
4.2 靈敏度高
PCR產(chǎn)物的生成量是以指數(shù)方式增加的,,能將皮克(pg=10-12)量級(jí)的起始待測(cè)模板擴(kuò)增到微克(μg=10-6)水平,。能從100萬(wàn)個(gè)細(xì)胞中檢出一個(gè)靶細(xì)胞;在病毒的檢測(cè)中,,PCR的靈敏度可達(dá)3個(gè)RFU(空斑形成單位),;在細(xì)菌學(xué)中最小檢出率為3個(gè)細(xì)菌。
4.3簡(jiǎn)便,、快速
PCR反應(yīng)用耐高溫的Taq DNA聚合酶,,一次性地將反應(yīng)液加好后,經(jīng)過(guò)變性-退火-延伸反應(yīng),,一般在2~4 小時(shí)完成擴(kuò)增反應(yīng),。擴(kuò)增產(chǎn)物一般用電泳分析,不一定要用同位素,,無(wú)放射性污染,、易推廣。
4.4 對(duì)標(biāo)本的純度要求低
不需要分離病毒或細(xì)菌及培養(yǎng)細(xì)胞,,DNA粗制品及RNA均可作為擴(kuò)增模板,。可直接用臨床標(biāo)本如血液,、體腔液,、洗嗽液、毛發(fā),、細(xì)胞,、活組織等DNA擴(kuò)增檢測(cè)。
5 PCR常見(jiàn)問(wèn)題
5.1假陰性,,不出現(xiàn)擴(kuò)增條帶
PCR反應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有:
(1)模板核酸的制備
①模板中含有雜蛋白質(zhì),;
②模板中含有Taq酶抑制劑;
③模板中蛋白質(zhì)沒(méi)有消 化除凈,,特別是染色體中的組蛋白,;
④在提取制備模板時(shí)丟失過(guò)多,或吸入酚,;
⑤模板核酸變性不底,。在酶和引物質(zhì)量好時(shí),不出現(xiàn)擴(kuò)增帶,,極有可能是標(biāo)本
的消化處理,,模板核酸提取過(guò)程出了毛病,,因而要配制有效而穩(wěn)定的消化處理液,
其程序亦應(yīng)固定不宜隨意更改,。
(2)引物的質(zhì)量與特異性
引物質(zhì)量,、引物的濃度、兩條引物的濃度是否對(duì)稱(chēng),,是PCR失敗或擴(kuò)增條
帶不理想、容易彌散的常見(jiàn)原因,。有些批號(hào)的引物合成質(zhì)量有問(wèn)題,,兩條引物一
條濃度高,一條濃度低,,造成低效率的不對(duì)稱(chēng)擴(kuò)增,,對(duì)策為:
①選定一個(gè)好的引物合成單位。
②引物的濃度不僅要看OD值,,更要注重引物原液做瓊脂糖凝膠電泳,,一定要有
引物條帶出現(xiàn),而且兩引物帶的亮度應(yīng)大體一致,,如一條引物有條帶,,一條引物
無(wú)條帶,此時(shí)做PCR有可能失敗,,應(yīng)和引物合成單位協(xié)商解決,。如一條引物亮度
高,一條亮度低,,在稀釋引物時(shí)要平衡其濃度,。
③引物應(yīng)高濃度小量分裝保存,防止多次凍融或長(zhǎng)期放冰箱冷藏部分,,導(dǎo)致引物
變質(zhì)降解失效,。
④引物設(shè)計(jì)不合理,如引物長(zhǎng)度不夠,,引物之間形成二聚體等,。
(3)酶的質(zhì)量
酶失活:需更換新酶,或新舊兩種酶同時(shí)使用,,以分析是否因酶的活性喪失或不夠而導(dǎo)致假陰性,。需注意的是有時(shí)忘加Taq酶或溴乙錠。
(4)Mg2+濃度
Mg2+離子濃度對(duì)PCR擴(kuò)增效率影響很大,,濃度過(guò)高可降低PCR擴(kuò)增的特異
性,,濃度過(guò)低則影響PCR擴(kuò)增產(chǎn)量甚至使PCR擴(kuò)增失敗而不出擴(kuò)增條帶。
(5)反應(yīng)體積的改變
通常進(jìn)行PCR擴(kuò)增采用的體積為20ul,、30ul,、50ul或100ul,,應(yīng)用多大體積
進(jìn)行PCR擴(kuò)增,是根據(jù)科研和臨床檢測(cè)不同目的而設(shè)定,,在做小體積如20ul 后,,
再做大體積時(shí),一定要模索條件,,否則容易失敗,。
(6)物理原因
變性對(duì)PCR擴(kuò)增來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要,如變性溫度低,,變性時(shí)間短,,極有可能出現(xiàn)
假陰性;退火溫度過(guò)低,,可致非特異性擴(kuò)增而降低特異性擴(kuò)增效率退火溫度過(guò)高
影響引物與模板的結(jié)合而降低PCR擴(kuò)增效率,。有時(shí)還有必要用標(biāo)準(zhǔn)的溫度計(jì),檢
測(cè)一下擴(kuò)增儀或水溶鍋內(nèi)的變性,、退火和延伸溫度,,這也是PCR失敗的原因之一。
(7)靶序列變異
如靶序列發(fā)生突變或缺失,,影響引物與模板特異性結(jié)合,,或因靶序列某段缺
失使引物與模板失去互補(bǔ)序列,其PCR擴(kuò)增是不會(huì)成功的,。
5.2 假陽(yáng)性
出現(xiàn)的PCR擴(kuò)增條帶與目的靶序列條帶一致,,有時(shí)其條帶更整齊,亮度更高,。
(1)引物設(shè)計(jì)不合適
選擇的擴(kuò)增序列與非目的擴(kuò)增序列有同源性,,因而在進(jìn)行PCR擴(kuò)增時(shí),
擴(kuò)增出的PCR產(chǎn)物為非目的性的序列,。靶序列太短或引物太短,,容易出現(xiàn)假
陽(yáng)性。需重新設(shè)計(jì)引物,。
(2)靶序列或擴(kuò)增產(chǎn)物的交叉污染
這種污染有兩種原因:一是整個(gè)基因組或大片段的交叉污染,,導(dǎo)致假陽(yáng)性。
這種假陽(yáng)性可用以下方法解決:操作時(shí)應(yīng)小心輕柔,,防止將靶序列吸入加樣槍
內(nèi)或?yàn)R出離心管外,。除酶及不能耐高溫的物質(zhì)外,所有試劑或器材均應(yīng)高壓消
毒,。所用離心管及樣進(jìn)槍頭等均應(yīng)一次性使用,。必要時(shí),在加標(biāo)本前,,反應(yīng)管
和試劑用紫外線照射,,以破壞存在的核酸,。二是空氣中的小片段核酸污染,這
些小片段比靶序列短,,但有一定的同源性,。可互相拼接,,與引物互補(bǔ)后,,可擴(kuò)
增出PCR產(chǎn)物,而導(dǎo)致假陽(yáng)性的產(chǎn)生,,可用巢式PCR方法來(lái)減輕或消除,。
5.3 出現(xiàn)非特異性擴(kuò)增帶
非特異性條帶的出現(xiàn),其原因:一是引物與靶序列不全互補(bǔ),、 或引物聚合形成二聚體。二是Mg2+離子濃度過(guò)高,、退火溫度過(guò)低,,及PCR循環(huán)次數(shù)過(guò)多有關(guān)。其次是酶的質(zhì)和量,,往往一些來(lái)源的酶易出現(xiàn)非特異條帶而另一來(lái)源的酶則不出現(xiàn),,酶量過(guò)多有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)非特異性擴(kuò)增。對(duì)策有:
①必要時(shí)重新設(shè)計(jì)引物,;
②減低酶量或調(diào)換另一來(lái)源的酶,;
③降低引物量,適當(dāng)增加模板量,,減少循環(huán)次數(shù),;
④適當(dāng)提高退火溫度或采用二溫度點(diǎn)法(93℃變性,65℃左右退火與延伸),。
5.4出現(xiàn)片狀拖帶或涂抹帶
PCR擴(kuò)增有時(shí)出現(xiàn)涂抹帶或片狀帶或地毯樣帶,。其原因往往由于酶量過(guò)多或酶的質(zhì)量差,dNTP濃度過(guò)高,,Mg2+濃度過(guò)高,,退火溫度過(guò)低,循環(huán)次數(shù)過(guò)多引起,。對(duì)策為:
①減少酶量,,或調(diào)換另一來(lái)源的酶。
②減少dNTP的濃度,。適當(dāng)降低Mg2+濃度,。增加模板量,減少循環(huán)次數(shù),。