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干货分享 | 你不可不知的数字PCR技术 已有1人参与
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今天，我们聊一聊dPCR技术，首先，我们先了解下什么是dPCR？ dPCR：数字PCR（Digital PCR，dPCR），通过将待测样本进行极限稀释，使每个反应室中平均只有一个拷贝或者没有目标DNA分子，然后加入荧光信号进行PCR扩增，可以检测到低至一个拷贝的突变。 dPCR检测原理：数字PCR是一种核酸检测和绝对定量的新方法。同传统PCR以及qPCR相比，数字PCR增加了一步分液(partitioning)的操作，将几十微升的已经配好的包含有引物、模板、buffer、酶等组分的PCR反应体系分隔成了众多微小的、独立的反应体系，这样能够直接数出DNA分子的个数，对起始样品绝对定量，通过将一个样本分成几万到几百万份，分配到不同的反应单元，每个单元包含一个或多个拷贝的目标分子( DNA 模板) ，在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增，扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析，有荧光信号记为1，无荧光信号记为0（不同于qPCR 对每个循环进行实时荧光测定的方法，数字 PCR 技术是在扩增结束后对每个反应单元的荧光信号进行采集）。 在分配的过程中，引物、酶等组分过量，而模板则是不过量的。模板DNA分子随机地进入到各个小的反应体系中，经过PCR扩增后，包含模板的体系完成扩增，不包含模板的体系无扩增（ddPCR的原理与荧光PCR的反应原理和是一样的，可以设计TaqMan探针、分子信标探针或者采用染料法进行检测，伯乐公司推荐使用BHQ1作为粹灭基因）。 模板DNA分子进入各个小的反应体系的过程满足泊松分布规律，因此，检测扩增PCR产物的信号强度，带入泊松分布公式计算，即可计算出起始模板DNA分子的拷贝数。 超强的泊松统计：由于dPCR是一种终端分析法，如果目标分子没有很好的离散化，如一些小室在结束时具有不止一个的靶标（比如说在一个液滴中同时出现了几种突变的靶标，列如KRAS、EGFR、BRAF和TP53等），那么理论上结果得到的浓度可能就会弃之不用。这就是泊松统计发挥作用的地方。 据Bio-Rad实验室数字生物学中心科学事务部主任GeorgeKarlin-Neumann称，泊松统计描述了一种随机分布。只要小室没有达到饱和，用户就可以反算他们起始的分子数，即使一些孔中实际上容纳了不止一个分子（这种情况在数字PCR中读做单一计数）。只要你告诉我你有多少小室或者多少液滴，（并且）它们中多大比例呈阴性。它就会基本上告诉我初始的浓度，这也将告诉我阳性小室与阴性小室的比例。 分子混合物被离散或分隔化到大量的反应室中（越多越好），这样每个室中平均有一个或零个目标核苷酸。对每个区划进行PCR反应后，使用泊松统计将阳性信号的计数转换为一个绝对值。 如果将这一过程比作一代测序（Sanger测序），在单个管中对100个模板分子的混合物（其中有一个是突变的）进行测序会产生一个电泳图谱，其中在突变位点上的显著信号会是野生型碱基。 你甚至基本不会发现，在（信号峰）下存在着一个表示不同碱基读取的小突起，因为它在整个分子混合物中的占比太低了。但将这些分子稀释并将其分布在多重反应中，就能产生出99个野生型信号和一个明显的突变信号，这就是数字的、绝对定量的结果，也是dPCR最大的优势之处。 dPCR与qPCR比较 数字PCR与传统PCR技术不同，数字PCR采用绝对定量的方式，采用的策略简单概括就是“分而治之”，类似于计算机科学中的“分治算法”，将一个标准PCR反应分配到大量微小的反应器中，在每个反应器中包含或不包含一个或多个拷贝的目标分子( DNA模板) ，实现“单分子模板PCR扩增”，扩增结束后，通过阳性反应器的数目“数出”目标序列的拷贝数，特别适合在复杂背景中检测稀有突变。 数字PCR“分而治之” 国家食品药品监督管理总局对数字PCR的工作原理描述：对目标核酸序列定量和定性检测，用聚合酶链式反应分析法，将具有荧光定量PCR的反应物(TaqMan探针法或SYBR绿色引物法)加载到芯片上，然后用dPCR扩增仪进行热循环反应。芯片反应完成后放到dPCR分析仪上进行成像和分析，输出原始数据，将原始数据放到云端的dPCR软件上分析，并得到最终结果。仪器每处理一个芯片，只要一分钟仪器就能读完芯片。 整个实验主要操作步骤 dPCR检测技术点评 优点： 1，灵敏度高，可检测低至0.1%的突变； 2，能够进行绝对定量，不依赖对照品或标准品； 3，操作过程简单； 4，结果分析简单。 缺点： 1，通量较低（一管最高10重反应） 2，需要特殊仪器设备； 3，适用范围较为单一； 4，检测成本较高。 此方法适宜于对ctDNA或者其他低浓度样本的低频突变进行检测，特别适用于“液体活检”。 |
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数字PCR（Digital PCR，dPCR）是20世纪90年代末发展起来的一种核酸分子绝对定量技术。不需要标准品，也不要制作标准曲线，在精密度、准确度和灵敏度方面有无与伦比的优势。 数字PCR具有明显的优势，已经广泛应用于核酸检测的方方面面。肿瘤液态活检，遗传生殖检测，公共卫生检测，环境微生物检测，RNA表达检测，NGS文库定量，甲基化检测的等。 肿瘤液态活检 稀有基因突变 基因拷贝数变异 基因甲基化早筛 微小残留病灶 肿瘤耐药性监测 2. 传染病/感染性疾病 超多重呼吸道感染 超多重创伤弧菌感染 超多重血流感染 病原微生物基因分型 3. 遗传生殖 21三体综合征检测 脊髓型肌肉萎缩症检测 RhD阴性血检测 耳聋基因检测 4. 生物制药 腺相关病毒滴度定量 干细胞、Car-T细胞、NK细胞等质控 基因编辑定量与质控 宿主细胞痕量残留DNA检测 RNA疫苗基因变异定量检测 5. 标准物质 核酸标准物质定值 企业参考品定值 测序文库定值 核酸质控品定值 6. 环境微生物检测 水质环境微生物检测 畜牧环境致病菌检测 地质古菌微生物检测 7. 农林牧渔 分子育种、品质改良 农作物致病菌防治 水产养殖致病菌检测 动物疫病检测与防控 8. 食品安全/检验检疫 转基因作物/食品 进出口视频致病病原 动物源性食品检测 微生物痕量基因残留 |
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