Введение
Полимеразная цепная реакция — это метод амплификации invitro, с помощью которого в течение нескольких часов можно выделить и размножить определенную последовательность ДНК в количестве, превышающем исходное в 108 раз. Такая высокая степень направленного обогащения значительно упрощает использование имеющегося образца ДНК-Некоторые области применения ПЦР: высокоэффективное клонирование геномных последовательностей, прямое секвенирование митохондриальной и геномной ДНК, анализ вариаций нуклеотидных последовательностей и выявление вирусных патогенов.
При амплификации с помощью ПЦР используют два олигонуклеотидных праймера, фланкирующие интересующий нас участок ДНК; процесс амплификации заключается в повторяющихся циклах температурной денатурации ДНК, отжига праймеров с комплементарными последовательностями и последующей достройки полинуклеотидных цепей с этих праймеров ДНК-полимеразой. Праймеры ориентированы таким образом, что синтез с помощью полимеразы. протекает только между ними, удваивая количество копий этого участка ДНК.
В результате происходит экспоненциальное увеличение количества специфического фрагмента приблизительно по формуле 2n , где п — число прошедших циклов амплификации. Поскольку праймеры физически включаются в концы продуктов застройки, они детерминируют сам продукт реакции — фрагмент ДНК, равный по длине расстоянию между 5'-концами праймеров на исследуемом участке ДНК. Недавние эксперименты показали, что процесс амплификации идет гораздо более эффективно, если использовать термостабильную ДНК-полимеразу, выделенную из бактерии Thermitsaquaticus. В отличие от термолабильного фрагмента Клёнова ДНК-полимеразы IЕ. coli, использовавшегося ранее, Год-полимераза сохраняет свою активность после тепловой денатурации ДНК, и нет необходимости в замене фермента после каждого цикла. Еще одно достоинство новой полимеразы заключается в более высоком температурном оптимуме детерминируемой ею реакции, что значительно повышает специфичность, количественный выход и возможную длину синтезированных копий интересующей последовательности.
Возможно вы искали - Реферат: Полимеразная цепная реакция и электрофорез
Эта работа описывает ПЦР-амплификацию с использованием ДНК-полимеразы Taqи стратегию прямого секвенирования продуктов ПЦР-амплификации.
1. Основные методики
1.1 Оборудование
Реакции обычно проводят в 0,5- или 1,5 мл микроцентрифужных пробирках Эппендорф. Оборудование для нагрева и охлаждения может быть совсем простым и состоять всего лишь из набора водяных бань с различной температурой воды, или очень сложным и включать нагревательный блок, управляемый микропроцессором. Такой блок используется для полностью автоматизированной реакции амплификации. Условиям неавтоматического проведения ПЦР могут удовлетворять как водяные бани, так и масляные или воздушные нагревательные блоки. Водяные и масляные бани обеспечивают более быстрый теплообмен, чем воздушные нагревательные блоки, но не всегда обеспечивают требуемую чистоту работы.
Если говорить о нагревательных блоках, то наилучшие результаты получаются при использовании алюминиевых штативов с отверстием по форме пробирок. Штативы с большими отверстиями, заполненными песком или мягкими стеклянными шариками, непригодны, поскольку такие наполнители обладают малой теплопроводностью и способны поддерживать температуру не дольше нескольких циклов.
Похожий материал - Курсовая работа: Половой отбор
В настоящее время разработано несколько автоматических устройств для проведения цепной реакции полимеризации с участием год-полимеразы. В одном из аппаратов образцы из одной водяной бани в другую переносит робот. В другом — образцы помещены в полость, в которой смена холодной и горячей воды контролируется микрокомпьютером или простым таймером, соединенным с клапанами устройства, подающего воду. Контролируемый микрокомпьютером нагревательный блок, специально разработанный для автоматизированной реакции, можно приобрести у фирмы PerkinElmer-CetusInstruments. Он состоит из алюминиевого штатива на 48 образцов, который нагревается электрически, охлаждается жидкостью и для которого можно запрограммировать любой профиль кривой нагрева. Соблюдение необходимых условий дает возможность получать продукты амплификации эквивалентного качества и количества при любом способе проведения.
1.2 Компоненты реакции
Помимо последовательности ДНК, которую необходимо амплифицировать, смесь для ПЦР содержит буфер, дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, два праймера, специфичных в отношении связывания с исследуемым образцом, и термостабильную ДНК-полимеразу Taq. Буфер для ПЦР, использующий 7-полимеразу, содержит 50 мм KG, 10 мм Трис-HCl, рН 8,4, 2,5 мм MgCl2 и 100 мкг/мл желатины. Желатина предпочтительнее БСА, так как она более устойчива к коагуляции на этапе денатурации и легко стерилизуется автоклавированием. Некоторые методики для нарушения вторичной структуры ДНК предусматривают использование 10%-ного диметилсульфоксида, хотя по нашему опыту это соединение в некоторой степени ингибирует полимеразу и снижает выход продукта амплификации. Если ДМСО все-таки применяется, для удобства следует приготовить 10-кратный исходный раствор и хранить его при — 20°С.
Нейтрализованные растворы трифосфатов можно приобрести у ряда коммерческих фирм. Затраты могут быть значительно снижены, если закупать лиофилизированные порошки и делать из них водные растворы. Прежде чем приступить к работе, эти растворы необходимо нейтрализовать гидроокисью натрия и точно развести, проверив концентрацию по УФ-поглощению. Для хранения готовят смесь всех трифосфатов и полученный 8 мм раствор замораживают при — 20°С.
Праймеры для ПЦР обычно имеют длину 20 нуклеотидов. Можно синтезировать и более длинные затравки, но они редко бывают необходимы. К 5'-концу праймера можно присоединить последовательность, не комплементарную исследуемому образцу. Такие последовательности включаются в двухцепочечные продукты ПЦР, что обеспечивает возможность введения сайтов рестрикции или регуляторных элементов. Если о подлежащей амплификации последовательности имеется только ограниченная информация, можно использовать и более короткие праймеры с учетом поправки на изменение стабильности «посадки» праймера при температуре достройки. Препараты праймеров следует хранить в концентрации 10 мкм в ТЕ-буфере при —20°С.
Очень интересно - Статья: Положение субъекта познания в контексте концепции глобального эволюционизма
Подбор эффективных праймеров для ПЦР — процесс эмпирический. Соблюдение определенных требований увеличивает вероятность получения праймеров, пригодных для использования.
1. Выбирайте праймеры с содержанием GC~50% и случайным распределением оснований. Следует избегать использования праймеров с протяженными полипуриновыми, полипиримидиновыми или другими неординарными последовательностями.
2. Избегайте последовательностей с устойчивыми вторичными структурами. Для изучения вторичной структуры очень полезны компьютерные программы, исходно разработанные для анализа вторичных структур РНК, и программы построения дот-матриц гомологии.
3. Проверьте затравки на комплементарность друг другу. Очевидно, что праймеры, отжигающиеся друг с другом, не смогут участвовать в амплификации интересующей последовательности.
Хотя большинство затравок с большей или меньшей эффективностью способно работать, бывают случаи, когда и синтезированные праймеры совершенно непригодны для амплификации желаемых последовательностей. Причина этого явления остается пока неясной. Во многих случаях простой сдвиг последовательности затравки на несколько оснований «вверх» или «вниз» решает проблему.
Вам будет интересно - Статья: Получение мембранного белка бактериородопсина, меченного дейтерием по остаткам ароматических аминокислот L-фенилаланина, L-тирозина и L-триптофана
7а-7-полимеразу можно приобрести у ряда фирм. Для реакции ПЦР обычно используют фермент в концентрации 2 ед. в 100 мкл реакционной смеси. Для амплификации образцов ДНК, обладающих высокой кинетической сложностью, например, последовательностей геномной ДНК, оптимум концентрации Гад-полимеразы обычно 1-4 ед. на 100 мкл реакционной смеси. Увеличение количества фермента выше указанного уровня может привести к возрастанию уровня неспецифического синтеза и к уменьшению выхода требуемого фрагмента.
1.3 Параметры температурных циклов
Полимеразная цепная реакция предусматривает инкубацию образцов при трех температурах, соответствующих трем этапам цикла амплификации, - денатурации, отжигу и достройке.
Обычно двухцепочечную ДНК денатурируют путем кратковременного нагрева образца до 90-95°С, затем проводят отжиг, охлаждая образец до 40-60°С, и далее нагревают до 70-75°С, чтобы осуществить достройку отожженных затравок с помощью 7а-7-полимеразы. Время инкубации при 70-75 С С варьируют в зависимости от длины амплифицируемой последовательности. Длительность температурного скачка определяется типом оборудования, используемого для нагрева и охлаждения. За одним лишь исключением, скорость смены температуры не имеет значения и для сокращения длительности цикла практически всегда используются быстрые температурные скачки. Однако, чтобы быть уверенным, что образцы все-таки нагрелись до необходимой температуры, время скачка следует определить, проводя замеры температуры в контрольном эксперименте амплификации. Термопара для замера в микронробах и цифровой многофункциональный счетчик очень полезны для этих целей.
Обычно длительность смены температур для 100 мкл реакционной смеси в 1,5 мл пробирках и водяных банях, настроенных на 72°, 93о и 55°С, следующая:
Похожий материал - Курсовая работа: Получение рекомбинантного аденовируса CELO
1) 72° — 93°С— 1 мин,
2) 93 — 55°С— 1 мин,
3) 55 — 72°С — 45 с.
Время скачка для таких же образцов, но в нагревательном блоке с формованными отверстиями обычно больше, по крайней мере, в два раза. Недостаточный прогрев на этапе денатурации — одна из наиболее распространенных причин неудач при проведении реакции ПЦР вручную. Как правило, разделение цепей происходит, если реакционная смесь нагрета выше 90°С. Чтобы гарантировать разделение, следует довести температуру смеси до 93°С. Как только этот рубеж достигнут, образец можно охлаждать до температуры отжига затравки. Долгая денатурация не является необходимой; более того, именно непродолжительное воздействие повышенных температур обеспечивает поддержание высокой активности фермента в течение всей реакции амплификации. Чтобы предотвратить потерю влаги за счет испарения с поверхности реакционной смеси, можно наслоить на нее 50 мкл минерального масла.