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PCR技术的原理及其应用
PCR技术简史
最早,Korana于1971年提出核酸体外扩增的设想:“经过DNA变性,与合适的引物杂交,用DNA聚合酶延伸引物,并不断重复该过程便可克隆tRNA基因”。
1985年美国PE-Cetus公司人类遗传研究室的Mullis等发明了聚合酶链反应。其原理类似于DNA的体内复制,只是在试管中给DNA的体外合成提供一种合适的条件—模板DNA,寡核苷酸引物,DNA聚合酶,合适的缓冲体系,DNA变性、复性及延伸的温度与时间。
1988年Saiki 等从温泉中分离的一株水生嗜热杆菌(thermus aquaticus) 中提取到一种耐热的DNA聚合酶。此酶耐高温,并提高了扩增片段特异性和扩增效率,增加了扩增长度()。由于提高了扩增的特异性和效率,因而其灵敏性也大大提高。此酶的发现使PCR技术被广泛的应用。

PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成:
①模板DNA的变性:即在高温(93℃左右)下,待扩增的靶DNA双链受热变性成为两条单链DNA模板;
②模板DNA与引物的退火(复性):在低温(37~55℃)情况下,两条人工合成的寡核苷酸引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;
③引物的延伸:在TaqDNA聚合酶的最适温度(72℃)下,以dNTP为原料,按碱基配对与半保留复制原理,从引物的5’→3’方向延伸,合成DNA新链。重复循环变性--退火--延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。
PCR反应五要素:

即参加PCR反应的五种主要物质:引物、酶、dNTP、模板和Mg2+。
引物:引物是PCR特异性反应的关键,PCR 产物的特异性取决于引物与模板DNA互补的程度。理论上,只要知道任何一段模板DNA序列,就能按其设计互补的寡核苷酸链做引物,利用PCR就可将模板DNA在体外大量扩增。
酶浓度:催化PCR反应约需酶量1ul(总反应体系为100ul时),浓度过高可引起非特异性扩增,浓度过低则合成产物量减少。
dNTP的质量与浓度:注意4种dNTP的浓度要相等(等摩尔配制)。如其中任何一种浓度不同于其它几种时,就会引起错配;浓度过低又会降低PCR产物的产量。dNTP能与Mg2+结合,使游离的Mg2+浓度降低。
模板:模板核酸的量与纯化程度,是PCR成败与否的关键环节之一。传统的DNA纯化方法通常采用SDS和蛋白酶K来消化处理标本。SDS的主要功能是: 溶解细胞膜上的脂类与蛋白质,因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜,并解离细胞中的核蛋白,SDS 还能与蛋白质结合而沉淀; 蛋白酶K能水解消化蛋白质,特别是与DNA结合的组蛋白,再用有机溶剂酚与***仿抽提掉蛋白质和其它细胞组份,用乙醇或异丙醇沉淀核酸。提取的核酸即可作为模板用于PCR反应。一般临床检测标本,可采用快速简便的方法溶解细胞,裂解病原体,消化除去染色体的蛋白质使靶基因游离,直接用于PCR扩增。RNA模板提取一般采用异硫***酸胍或蛋白酶K法,要防止RNase降解RNA。

原位PCR技术:
原位PCR就是在组织细胞里进行PCR反应,它结合了具有细胞定位能力的原位杂交和高度特异敏感的PCR技术的优点,是细胞学科研与临床诊断领域里的一项有较大潜力的新技术。
原位PCR既能分辩鉴定带有靶序列的细胞,又能标出靶序列在细胞内的位置,于分子和细胞水平上研究疾病的发病机理和临床过程及病理的转移有重大的实用价值。其特异性和敏感性高于一般的PCR 。