1992年,一位日本研究人員Higuchi提出了qPCR(Quantitative real-time PCR)技術(shù)——在PCR反應(yīng)體系中加入熒光基團(tuán),利用熒光信號(hào)的變化來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PCR擴(kuò)增反應(yīng)中每一個(gè)循環(huán)擴(kuò)增產(chǎn)物量的變化,通過(guò)CT值和標(biāo)準(zhǔn)曲線的分析對(duì)起始模板進(jìn)行定量分析的一項(xiàng)技術(shù)。經(jīng)歷從研發(fā)到市場(chǎng)化,1996年,美國(guó)應(yīng)用生物系統(tǒng)公司ABI推出了首臺(tái)qPCR儀。
目前,主要通過(guò)兩種方式對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行標(biāo)記跟蹤——熒光染料法與熒光探針?lè)?,既可以定量分析,也可以用?lái)定性分析。
qPCR染料法
在PCR反應(yīng)體系中,加入過(guò)量的SYBR Green I熒光染料,該染料只與雙鏈DNA小溝結(jié)合,并不與單鏈DNA鏈結(jié)合,且在游離狀態(tài)不發(fā)出熒光,只有摻入DNA雙鏈中才可以發(fā)光。因此,在PCR體系中,隨著特異性PCR產(chǎn)物的指數(shù)擴(kuò)增,每個(gè)循環(huán)的延伸階段,染料摻入雙鏈DNA都會(huì)發(fā)出熒光,其熒光信號(hào)強(qiáng)度與PCR產(chǎn)物數(shù)量呈正相關(guān)。
qPCR染料法
每個(gè)模板的CT值與模板起始濃度的對(duì)數(shù)存在線性關(guān)系,起始濃度越多,CT值越小。利用已知起始濃度的標(biāo)準(zhǔn)品可做出標(biāo)準(zhǔn)曲線,其中縱坐標(biāo)代表起始濃度的對(duì)數(shù),橫坐標(biāo)代表CT值。根據(jù)待測(cè)標(biāo)本進(jìn)行熒光定量得出的CT值,即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上計(jì)算出該標(biāo)本的起始濃度。
標(biāo)準(zhǔn)曲線
熔解曲線是為了驗(yàn)證擴(kuò)增產(chǎn)物特異性,如果熔解曲線是單峰(80~90℃之間)說(shuō)明產(chǎn)物只有一條,結(jié)果較好;如果是雙峰(70~80℃、80~90℃之間均有峰),說(shuō)明產(chǎn)物不特異,可能存在引物二聚體或非特異性擴(kuò)增。
正常樣本熔解曲線
異常樣本熔解曲線
根據(jù)qPCR檢測(cè)系統(tǒng)所生成的數(shù)據(jù),結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線和熔解曲線,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理就可以得到起始模板濃度。
qPCR染料法特點(diǎn)
染料法經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,但是由于染料只要是雙鏈DNA就會(huì)與之結(jié)合發(fā)光,特異性不強(qiáng),需要做熔解曲線觀察其特異性。
在高通量測(cè)序?qū)嶒?yàn)室中(以血液樣本為例),運(yùn)用核酸提取試劑盒提取出基因組DNA,再將基因組DNA打斷、拼接、重組,制備出重塑的DNA模型即基因文庫(kù)。為了對(duì)建庫(kù)產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),應(yīng)用的就是qPCR熒光染料技術(shù),該技術(shù)屬于相對(duì)定量方法。
qPCR探針?lè)?nbsp;
在PCR反應(yīng)體系中,包含一對(duì)引物和一個(gè)特異性熒光探針。該探針為一段特異性寡核苷酸序列,兩端分別標(biāo)記了一個(gè)熒光報(bào)告基團(tuán)和一個(gè)熒光淬滅基團(tuán)。探針完整時(shí),報(bào)告基團(tuán)發(fā)射的熒光信號(hào)被淬滅基團(tuán)吸收,不發(fā)出熒光。PCR擴(kuò)增時(shí),DNA聚合酶利用酶的外切活性將探針酶切降解,報(bào)告基團(tuán)與淬滅基團(tuán)分離,發(fā)出熒光。最終,被qPCR儀監(jiān)測(cè)信號(hào)并檢出。
qPCR探針?lè)?/span>
根據(jù)熒光定量檢測(cè)系統(tǒng)生成的擴(kuò)增曲線,讀取標(biāo)本CT值。根據(jù)結(jié)果判斷原則,對(duì)每一個(gè)標(biāo)本進(jìn)行準(zhǔn)確的結(jié)果判讀。
熒光定量CT值
探針?lè)ㄖ挥性谔结樈Y(jié)合的片段才能收集信號(hào),具有很好的特異性,但是合成探針成本較高。
目前,隨著新冠疫情趨勢(shì)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)既要防控境外輸入,又要應(yīng)對(duì)本土新增病例和無(wú)癥狀感染者。核酸檢測(cè)已成為診斷新冠病毒感染最可靠的一種方法。核酸檢測(cè)由于qPCR染料法不能特異性識(shí)別DNA片段,所以最好的技術(shù)是RT-qPCR探針?lè)ā?/span>
新冠病毒核酸檢測(cè)為定性實(shí)驗(yàn),只需要根據(jù)qPCR的CT值即得出位點(diǎn)檢出與否。目前,新冠病毒核酸檢測(cè)位點(diǎn)主要包括病毒基因組中3段保守基因序列,即開(kāi)放讀碼框1ab(Open reading frame 1ab,ORF1ab)、 核 殼 蛋 白(Nucleocapsid protein,N)基因以及包膜蛋白(Envelop,E)基因作為檢測(cè)靶標(biāo)。根據(jù)國(guó)家衛(wèi)健委發(fā)布的新型冠狀病毒感染的肺炎實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)指南(第二版),在實(shí)驗(yàn)室要確認(rèn)一個(gè)病例為陽(yáng)性,需滿足同一份標(biāo)本中新冠病毒的ORF1ab及N基因 2個(gè)靶標(biāo)特異性實(shí)時(shí)熒光RT-PCR檢測(cè)結(jié)果均為陽(yáng)性。
圖片來(lái)源:國(guó)家衛(wèi)健委官網(wǎng)
陰性:無(wú)Ct值或Ct值>40。
陽(yáng)性:Ct值<37,可報(bào)告為陽(yáng)性。
可疑:Ct值在37-40之間,建議重復(fù)實(shí)驗(yàn),若Ct值<40,擴(kuò)增曲線有明顯起峰,該樣本判斷為陽(yáng)性,否則為陰性。
目前,國(guó)內(nèi)PCR市場(chǎng)因?yàn)樾鹿谝咔閹?lái)巨大增量,行業(yè)景氣度上升。隨著疫情防控的發(fā)展,暴露出基層檢測(cè)能力不足的短板,衛(wèi)健委多次發(fā)布政策要求加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和增強(qiáng)核酸檢測(cè)能力。廣闊的市場(chǎng)需求和因技術(shù)快速迭代升級(jí)帶來(lái)應(yīng)用范圍拓展及成本下降,以及伴隨而來(lái)的政府支持,PCR市場(chǎng)規(guī)??焖僭鲩L(zhǎng)。PCR行業(yè)居于分子診斷黃金賽道,市場(chǎng)規(guī)模有望長(zhǎng)期高增。雖然數(shù)字PCR已經(jīng)出現(xiàn),但目前在臨床應(yīng)用上仍處于探索階段。所以,qPCR技術(shù)在未來(lái)分子診斷市場(chǎng)中仍然扮演重要角色。




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