METODY
MOLEKULARNE
Małgorzata Repa
Lekarski III rok
GS. 45
SEKWENCJONOWANIE
DNA
SEKWENCJONOWANIE DNA
To metoda polegająca na ustaleniu rodzaju i kolejności nukleotydów w DNA, którą
przeprowadza się przy użyciu specjalnych aparatów. Jest najbardziej czułą metodą
wykrywania zmian w materiale genetycznym, co pozwoliło na dokładne poznanie
genomu człowieka.
Typy sekwencjonowania:
Metoda Sangera (dideoksy)-metoda terminacji łańcucha-metoda
enzymatyczna
Metoda automatyczna -oparta na znakowaniu fluroescnecyjnym
Metoda chemicznej degradacji -Maxama i Gilberta
Metoda cykliczna
Pirosekwencjonowanie
Sekwencjonowanie hybrydyzacyjne
PODSTAWY SEKWENCJONOWANIA:
Czynnością poprzedzającą sekwencjonowanie jest wyznakowanie jednego z
końców cząsteczki DNA np.
izotopem promieniotwórczym
. Następne czynności
mają na celu ustalenie pozycji poszczególnych nukleotydów.
Przeprowadza
się cztery niezależne reakcje chemiczne
, w których wyniku
cząsteczka DNA jest przecinana odpowiednio w miejscu wystąpienia tyminy,
adeniny, guaniny, cytozyny.
Warunki reakcji są tak dobrane, aby cząsteczki DNA zostały przecięte możliwie w
jednym miejscu. Miejsce cięcia jest przypadkowe.
Uzyskanie wielu odcinków sekwencjonowanego oligonukleotydu różniących się
długością. Różnice w długości są związane z pozycjami, jakie w stosunku do końca
wyznakowanego radioaktywnie zajmują poszczególne nukleotydy.
Elektroforeza mieszaniny fragmentów w żelu poliakryloamidowym porządkująca je
w zależności od wielkości. Produkty każdej z czterech reakcji rozdziela się
niezależnie.
Ostatnim etapem jest
autoradiografia
i analiza otrzymanych wyników.
METODA SANGERA (METODA DIDEOKSY)
Metoda kontrolowanej terminacji syntezy łańcuchów DNA
Wyparła metodę chemicznego zrywania wiązań jest bardziej wydajna i prosta. Jej
podstawą jest
enzymatyczne kopiowanie cząsteczki DNA
, której sekwencja ma być
określona- do kopiowania wykorzystuje się polimerazę DNA.
DNA poddawany sekwencjonowaniu nazywa się matrycą.
Musi być otrzymany w czystej postaci i być homogenny tj. musi zawierać cząsteczki
DNA o tej samej sekwencji (używane najpowszechniej matryce- oczyszczone
plazmidy zawierające klonowane DNA lub DNA otrzymane w reakcji PCR).
Matrycą jest jednoniciowy DNA odpowiedni do kopiowania przez polimerazę DNA
Początkowo uzyskiwany poprzez:
1.
Klonowanie DNA w wektorze fagowym M13po infekcji E. coli
zrekombinowanym fagiem tworzyły się jednoniciowe kopie klonowanej
sekwencji.
2.
Obecnie wytwarza się w znacznie szybszy sposób poprzez alkaliczną lub
termiczną denaturację dwuniciowej matrycy DNA (bez klonowania E.coli).
Do reakcji sekwencjonowania używa się
kilku różnych polimeraz:
Fragment DNA polimerazy I z E.coli ragment Klenowa.
Modyfikowana genetycznie polimeraza z faga T7 sekwenaza.
Polimeraza DNA Taq.
Polimerazy wymagają do zainicjowania syntezy DNA na jednoniciowej matrycy
krótkiego fragmentu dwuniciowego DNA tworzy się go poprzez dodanie krótkich
jednoniciowych cząsteczek DNA zwanych oligonukleotydowymi starterami
wytwarzanymi na drodze syntezy chemicznej.
Sekwencja starterów tak dobrana, by były komplementarne do matrycy DNA, co
powoduje ich hybrydyzację i formowanie się krótkich dwuniciowych fragmentów
stanowiących miejsce rozpoczęcia syntezy.
Aby zsekwencjonować cząsteczkę DNA, przygotowuje się cztery oddzielne
reakcje enzymatyczne. Każda z nich zawiera:
Jednoniciowy DNA matryca
Polimeraza DNA
Trifosforany nukleotydów (dNTP)- substrat do syntezy DNA
Starter
Dideoksynukleotydy difosforanu
(ddNTP) - zmodyfikowane
nukleotydy cztery ddNTP
odpowiadające czterem zasadom w
DNA (od normalnej dNTP różnią się
brakiem grupy hydroksylowej
przy
węglu cukru rybozy, a każda z
czterech reakcji zawiera inny
ddNTP.
ddNTP są włączane przez polimerazę DNA do wydłużanego polinukleotydu
ALE brak grupy 3’hydroksylowej
Zapobiega formowaniu się wiązań fosfodiestrowych z następnym nukleotydem
Brak dalszego wydłużania syntezowanego polinukleotydu DNA
ddNTP są zatem specyficznymi inhibitorami syntezy DNA.
Synteza DNA kończona jest losowo w zależności czy włączony zostanie:
ddNTP
blokowanie i zakończenie syntezy
dNTP
kontynuowanie syntezy przez polimerazę
W efekcie każdej z czterech reakcji otrzymuje się serię cząsteczek DNA o
różnych długościach, a każda z nich zakończona jest w miejscu odpowiadającym
obecności danej zasady w matrycy DNA.
Czyli np. w reakcji sekwencjonowania zawierającej ddATP będzie syntezowana
seria cząsteczek DNA, z których każda zakończona będzie na A, co odpowiada T
w matrycy.
Po zakończeniu reakcji sekwencjonowania zsyntezowane cząsteczki rozdziela
się wg ich wielkości, za pomącą elektroforezy w żelach poliakryloamidowych.
Produkty każdej z czterech reakcji są rozdzielane w odrębnej sąsiedniej
ścieżce.
Poprzez dodanie do reakcji dNTP z
radioaktywnym fosforem lub siarką
wykrywanie tego fragmentu przez
umieszczenie żelu
poliakryloamidowego na kliszy
rentgenowskiej autoradiografia.
Po wywołaniu kliszy widoczna seria
prążków tworzących drabinkę.
Sekwencja odczytywana przez
identyfikacje prążków od
najmniejszego do największego.
Sekwencjonowania DNA metodą Sangera
z użyciem znakowanych
dideoksynukleotydów.
A – przykładowa sekwencja DNA
B – przyłączenie startowego
oligonukleotydu do nici matrycowej i
kierunek syntezy DNA
C – produkty syntezy DNA, zakończone
fluorescencyjnie znakowanymi
dideoksynukleotydami (kolorowe litery)
D – elektroforegram rozdziału otrzymanej
mieszaniny fragmentów w elktroforezie
kapilarnej
SEKWENCJONOWANIE AUTOMATYCZNE:
Technika umożliwiająca wykorzystanie systemów półautomatycznych, w których
elektroforeza DNA, wykrywanie i analiza produktów reakcji sekwencjonowania są
przeprowadzane przez urządzenia kontrolowane komputerowo.
Wykorzystana jest tu właściwość fluorochromów, które mają różną długość emisji
fal.
Podstawowe zasady reakcji nie ulegają zmianie.
Cztery rodzaje ddNTP są znakowane kowalencyjnie przyłączonymi barwnikami w
różnych kolorach.
Reakcję przeprowadza się w jednej mieszaninie. Produkty są rozdzielane za
pomocą elektroforezy w żelach poliakrylamidowych i podczas opuszczania żelu są
wykrywane przez laser który wzbudza fluorescencję barwnika, wykrywaną
następnie przez detektor urządzenia. Na podstawie długości fali emitowanej
fluorescencji przyrząd identyfikuje barwnik (czyli zasadę na końcu każdej cząsteczki
DNA) i na jej podstawie zapisuje kolejność zasad przechodzących przez detektor.
Automatyczne systemy sekwencjonowania przewyższyły tradycyjne „ręczne”
metody, gdyż:
Sekwencjonowanie prowadzi się w jednej probówce, a produkty rozdziela się w jednej
ścieżce żelu podczas gdy „ręczna” analiza wymagała czterech oddzielnych reakcji i
czterech ścieżek żelu. Ułatwienie to znacznie zwiększyło ilość dostępnych informacji o
sekwencjach DNA.
W ostatnich latach ilość danych sekwencyjnych wzrosła gwałtownie i osiągnęła taki
poziom, że niezbędne stało się zorganizowanie ich w bazach danych:
Główna baza w Europie- EMBL
Baza amerykanska- Genbank
Bazy te zawierają zbiory sekwencji genów
człowieka i genów innych gatunków.
HYBRYDYZACJA KWASÓW
NUKLEINOWYCH
HYBRYDYZACJA KWASÓW NUKLEINOWYCH:
sondy molekularne
metoda Southerna
metoda „Northern”
hybrydyzacja in situ – FISH
metoda CGH
metoda mikromacierzy CGH
technika mikromacierzy ekspresyjnych
HYBRYDYZACJA:
To zjawisko spontanicznego parowania się zasad pochodzących z różnych nici
kwasów nukleinowych. Poprzedzone denaturacją dwuniciowych kwasów
nukleinowych:
w silnie zasadowym pH
w wysokiej temperaturze
Może zachodzić pomiędzy dwiema cząsteczkami
-DNA-DNA
-RNA-DNA
-RNA-RNA
Stabilność przyłączonych odcinków zależy od ilości zasad tworzących wiązania.
Szybkość hybrydyzacji zależy między innymi od długości fragmentów kwasów
nukleinowych, podobieństwa i różnorodności sekwencji w próbce.
SONDY MOLEKULARNE:
Są to fragmenty kwasów nukleinowych DNA lub RNA o ściśle określonej sekwencji
nukleotydowej, posiadające zdolność wiązania się z wykrywaną komplementarną
sekwencją, mające różnorodne właściwości umożliwiające jej wykrycie. Otrzymuje się
je na drodze klonowania lub syntezy chemicznej:
sekwencje klonowanego DNA
DNA otrzymane podczas PCR
syntetyczne oligonukleotydy
RNA otrzymane po transkrypcji in vitro sklonowanych sekwencji DNA
Sondy molekularne są odpowiednio wyznakowane:
radioaktywnie – izotopami H3, P32, S35, C14 oraz I125; hybrydy emitują
promieniowane, detekcja opiera się na naświetlaniu klisz wrażliwych na
promieniowanie w procesie autoradiografii.
fluorescencyjnie - świecące po wzbudzeniu światłem o określonej długości fali i
różnego typu fluorochromów (rodamina, fluoresceina), detekcja za pomocą
mikroskopu fluorescencyjnego.
immunochemicznie – do sondy włącza się nukleozyd sprzężony z haptenem (np.
biotyną), wykrywane za pomocą specyficznych przeciwciał (np. awidyna – biotyna)
enzymatycznie – do sondy włączany jest nukleozyd sprzężony z cząsteczką enzymu,
detekcja z wykorzystaniem barwnych reakcji
ETAPY HYBRYDYZAJCJI:
1.unieruchomienie zdenaturowanego DNA lub RNA na
nośniku stałym
2. inkubowanie w roztworze sondy
3.odpłukanie niezwiązanej sondy
4.wykrywanie hybrydów w zależności od zastosowanego
znacznika sondy
METODY HYBRYDYZACJI:
hybrydyzajca w roztworach-rzadko stosowana (skomplikowana procedura)
hybrydyzacja na nośniku stałym- najczęściej stosowany wariant
-metoda Southerna,
-metoda northern,
-hybrydyzacja punktowa,
-odcisk genetyczny,
-hybrydyzacja z replikami kolonii bakteryjnych
hybrydyzacja in situ
Metoda Southern Blot
Dotyczy hybrydyzacji DNA-DNA.
Wyszukiwanie komplementarnych sekwencji DNA w mieszaninie fragmentów po
trawieniu restryktazami.
Wykorzystuje zjawisko osmozy do wymuszenia wędrówki przez żel odpowiednich
soli z jednoczesnym pociąganiem za sobą cząsteczek DNA.
PRZEBIEG HYBRYDYZACJI:
1. Trawienie DNA
enzymami restrykcyjnymi
2. Rozdział elektroforetyczny DNA na żelu agarozowym
3. Denaturacja w warunkach alkalicznych, DNA do formy jednoniciowej
Depurynacja fragmentacja dłuższych odcinków w celu ułatwienia przeniesienia
na membranę
Neutralizacja przywraca obojętne pH żelu, co ułatwia wiązanie DNA z membraną
4. Przeniesienie kwasów nukleinowych na membranę nitrocelulozową lub nylonową
5. Utrwalenie poprzez naświetlanie UV, podwyższenie temperatury w celu
wytworzenia wiązań kowalencyjnych
6. Hybrydyzacja DNA z sondą
7. Znacznik uwidacznia kompleks w postaci prążka, intensywność jest pochodną ilości
komplementarnego DNA i aktywności sondy
Metoda Southern Blot
Hybrydyzacja Northern
Wykorzystywana do
analizy RNA
i procesu transkrypcji poszczególnych genów.
Można również ocenić długość RNA i intensywność transkrypcji.
Najczęściej stosuje się ją do wykrywania mRNA genów ulegających transkrypcji w
komórce.
Metodyka jest zbliżona do hybrydyzacji Southerna.
Nie ma konieczności fragmentacji kwasu nukleinowego, ponieważ cząsteczki RNA
są przenoszone z żelu na membraną z dużą wydajnością.
Hybrydyzacja northern obejmuje:
1.
Denaturację RNA i jego
rozdział w denaturującym
żelu agarozowym
(pomijana, gdy nie
interesuje nas długość
wykrywanego RNA).
2.
Przeniesienie RNA z żelu na
membranę i jej utrwalenie.
3.
Inkubacja i hybrydyzacja z
sondą.
4.
Detekcja- uwidacznianie
sondy związanej z
sekwencją RNA.
5.
Sonda daje sygnał
proporcjonalny do ilości
RNA obecnego na
membranie po
intensywności sygnału
można oszacować poziom
wykrytego RNA.
ZASTOSOWANIE:
Ustalanie kolejności ekspresji genów na danym etapie rozwoju organizmu.
Poznanie długości RNA badanych genów.
Określenie intensywności ekspresji genów.
Hybrydyzacja in situ:
Z łac. in situ - w miejscu naturalnego występowania.
Wykrywanie transkryptów mRNA w nienaruszonych komórkach. Znakowany polipeptyd
tworzy hybrydę z komplementarnymi sekwencjami znajdującego się w komórce kwasu
nukleinowego. Identyfikacja specyficznych sekwencji w:
• preparatach histologicznych
• chromosomach
• pojedynczych komórkach
• skrawkach tkanek
Wykonywana bezpośrednio na szkiełku mikroskopowym bez transferu na podłoże
stałe.
Sonda podawana na skrawki tkanki pod mikroskopem wnika do cytoplazmy i
hybrydyzuje z mRNA.
Wizualizacja hybrydów jako zabarwionych obszarów w komórce.
Poza wykrywaniem określonych sekwencji w DNA i RNA możliwe też precyzyjne
określenie ich lokalizacji przestrzennej.
Hybrydyzacja in situ – FISH
Fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (ang. fluorescent in situ hybridization FISH)
Jest techniką cytogenetyczną, służącą do wykrywania w badanym materiale
genetycznym obecności określonej sekwencji DNA lub jej braku, za pomocą sond
DNA znakowanych odpowiednimi fluorochromami.
Podczas analizy konieczne jest użycie mikroskopii fluorescencyjnej celem detekcji
sygnału świetlnego po wzbudzeniu fluorochromu w miejscu połączenia się sondy z
DNA badanym.
Najczęściej stosowane fluorochromy:
• FITC
– (
izotiocyjanian fluoresceiny) – zielona fluorescencja;
• TRITC
– (
izotiocyjanian tetrametylorodaminy) – czerwona fluorescencja;
• AMCA
– (amino-methylcoumarin-acetic acid) – niebieska fluorescencja.
Dzięki kombinacjom tych trzech fluorochromów można uzyskać większą
liczbę barw. Aby określić położenie sygnału stosuje się kontrastowe
barwienie jądra i chromosomów. Przed wykonaniem analizy należy
przeprowadzić wstępne badania określające wielkość autofluorescencji
badanej próbki. W tym celu wykonuje się hybrydyzację bez sondy lub z
użyciem sondy nonsensownej (ang. nonsense probe).
PROCEDURA FISH:
denaturacja DNA (chromosomów komórki na etapie
METAFAZY!!!!!)
denaturacja sondy
hybrydyzacja
obserwacja wybarwionych preparatów
ZASTOSOWANIE:
Diagnostyka aberracji chromosomowych i mniejszych rearanżacji genomowych, np.
aneuploidii, mikrodelecji, mikroduplikacji, chromosomów markerowych, złożonych
translokacji lub translokacji ukrytych.
Identyfikacja punktów złamań chromosomów w aberracjach strukturalnych.
Ocena struktury genów i określenie ich lokalizacji.
Mapowanie chromosomów.
Modyfikacje FISH:
M-FISH polega na zastosowaniu kilku fluorochromów. Odmiany M-FISH:
cenM-FISH z wykorzystaniem sond specyficznych dla regionów centromerowych.
SKY - widmo światła o różnej długości fal emitowanych przez fluorochromy
analizowane jest spektrofotometrycznie.
GISH wykorzystuje jako sondę cały DNA jednego z gatunków.
fiber-FISH polega na hybrydyzacji rozciągniętej chromatyny, co pozwala na analizę
DNA w dużej rozdzielczości.
micro-FISH to połączenie hybrydyzacji z procedurą mikrodysekcji chromosomów.
immuno-FISH to immunochemiczna metoda lokalizacji białek w połączeniu z
lokalizacją DNA.
Metoda CGH Genomowa hybrydyzacja porównawcza (ang.
comparative genomie hybridization CGH)
Postęp w diagnostyce zmian liczby kopii sekwencji DNA
Pozwala na identyfikację zmian (delecji, duplikacji i amplifikacji) bez konieczności
prowadzenia hodowli komórkowej.
To metoda stosowana w diagnostycznej cytogenetyce molekularnej do identyfikacji
niektórych typów nowotworów.
Polega na podwójnej hybrydyzacji z sondami pochodzącymi ze zdrowych i
nowotworowych komórek.
Do przeprowadzenia badania niezbędne jest szkiełko mikroskopowe, na którym
utrwalono dzielące się komórki o prawidłowym, wzorcowym kariotypie.
Z badanych komórek izoluje się DNA i hybrydyzuje w stosunku 1:1 z wzorcowymi
chromosomami metafazowymi. Uprzednio DNA badane i kontrolne zostało
wyznakowane różnymi fluorochromami, co pozwala wykryć nieprawidłowości.
WYKONANIE:
Na preparacie zawierającym prawidłowe komórki z męskim kariotypem
przeprowadza się hybrydyzację.
Jako sondy używa się znakowanego DNA:
-
genomowego
DNA pacjenta znakowanego kolorem
zielonym
-
kontrolnego
(prawidłowego) genomowego DNA znakowanego kolorem
czerwonym.
Sondy będą konkurowały o DNA chromosomu na preparacie.
Jeżeli dany region intensywniej wybarwia sonda znakowana na
kolor czerwony,
oznacza to ubytek tego regionu w próbce pacjenta (delecja).
Jeżeli dany region intensywniej wybarwia sonda znakowana na
kolor zielony
,
oznacza to, że region ten jest obecny w dodatkowej kopii (amplifikacja lub
duplikacja).
Metoda Mikromacierzy CGH:
Mikromacierz- to płytka szklana lub plastikowa z naniesionymi w regularnych
pozycjach mikroskopowej wielkości polami, zawierającymi różniące się od siebie
sekwencją fragmenty DNA. Fragmenty te są sondami, które wykrywają przez
hybrydyzację komplementarne do siebie cząsteczki DNA lub RNA.
Różnego typu mikromacierze mają wiele zastosowań, z których najczęstsze to
badanie ekspresji genów. Dzięki miniaturyzacji możliwe jest jednoczesne badanie
wielu genów w próbce. Na powierzchni kilku cm2, w mikrometrowych odstępach,
umieszczone są sondy pozwalające badać ekspresję nawet kilkudziesięciu tysięcy
sekwencji jednocześnie
Metoda mikromacierzy CGH różni się od klasycznego CGH wykorzystaniem do
hybrydyzacji krótkich fragmentów DNA lub oligonukleotydów zamiast komórki
z całym kariotypem.
Fragmenty DNA lub oligonukleotydy mogą być nanoszone na różne matryce.
Pierwotnie były to krążki bibułowe i paski, współcześnie są to szkiełka, płytki
i membrany.
Do nanoszenia oligonukleotydów zamiast nakrapiania stosuje się systemy
mikrodrukowania.
Ogólna zasada hybrydyzacji i odczytu jest taka sama jak w klasycznym CGH.
Mikromacierz ekspresyjna:
Jest to technika wykorzystywana w analizie transkryptomicznej. Mikromacierze
zawierają 11-20 sond oligonukleotydowych obejmujących fragmenty 3' każdego ze
znanych transkryptów danego organizmu.
ZASTOSOWANIE MIKROMACIERZY:
DO BADANIA (w bilogii molekularnej):
o ekspresji genów
o metabolizmu obcych dla organizmu
substancji
o cyklu komórkowego
o stresów, np. oksydacyjny
o apoptozy
o polimorfizmów punktowych
o aberracji chromosomowych
o interakcji białko-DNA
o identyfikacji alternatywnego splicingu
o metylacji DNA
o identyfikacji profili mikroRNA
W ONKOLOGII ponieważ umożliwiają:
o identyfikację zarówno czynników
powodujących powstawanie i rozwój
nowotworu, jak i mechanizmów
obronnych organizmu
o postawienie odpowiednio wczesnej i
prawidłowej diagnozy
o właściwy dobór terapii
o poznanie czynników wpływających na
skuteczność terapii.
PRZEBIEG:
1. Zebranie próbki i izolacja RNA
(standardowo kilka mikrogramów)
2. Synteza cDNA na matrycy wyizolowanego
RNA
3. Synteza wyznakowanego cRNA na
podstawie cDNA (lub wyznakowanie cDNA)
4. Hybrydyzacja wyznakowanego kwasu
nukleinowego z mikromacierzą
5. Płukanie mikromacierzy, w celu usunięcia
niesparowanych sekwencji
6. Skanowanie obrazu mikromacierzy
7. Przekształcenie obrazu w zbiór danych
wartości ekspresji dla każdej sondy
Technika Western Blotting
Technika Western Blotting
Służy
do wykrywania określonych białek
. Wykorzystywana min. w diagnostyce
boreliozy, WZW C
Procedura składa się z kilku części.
1.
Pierwszym etapem jest rozdzielenie mieszaniny białek w żelu poliakrylamidowym.
2.
Następnie białka przenoszone są na membranę, która niespecyficznie wiąże wszystkie
białka. Transfer odbywa się w kierunku elektrody dodatniej.
3.
Po rozdziale elektroforetycznym w obecności SDS-u (jonowego, naładowanego
ujemnie, detergentu) białka są zdenaturowane i wszystkie posiadają ładunek ujemny
proporcjonalny do ich masy. Wszystkie zatem będą wędrować w kierunku elektrody
dodatniej.
Rozdzielenie elektroforetyczne białek na żelu poliakrylamidowym i przeniesienie na
membranę nitrocelulozową lub nylonową.
Naniesienie przeciwciał I-rzędowych łączących się swoiście z szukanymi białkami.
Naniesienie znakowanych przeciwciał II-rzędowych łączących się z przeciwciałami
I-rzędowymi.
Przeciwciała II-rzędowe znakowane są grupami umożliwiającymi detekcję
enzymatyczną, chemiluminescencyjną lub fluorescencyjną.
WYKRYWANIE:
Analogicznie do metody ELISA.
W metodzie western blot można używać:
o jednego przeciwciała związanego
ze znacznikiem
(metoda bezpośrednia)
o dwóch rodzajów przeciwciał
(metoda pośrednia).
Przeciwciała są znakowane zwykle:
o enzymem (np. peroksydazą chrzanową lub fosfatazą alkaliczną)
o Fluorochromem
o izotopem radioaktywnym
RFLP (Restriction Fragment
Length Polymorphisms)
RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisms)- polimorfizm
długości fragmentów restrykcyjnych
To polimorfizm fragmentów DNA powstających w następstwie działania endonukleaz
restrykcyjnych na nić DNA.
Polimorfizm ten może być efektem:
tranzycji
transwersji
delecji
insercji
Prowadzi do zaniku miejsca rozpoznawanego przez enzymy restrykcyjne.
Mutacje zachodzące w obrębie miejsc restrykcyjnych zmieniają długość fragmentów
restrykcyjnych, które można wykryć np. metodą Southerna.
Analiza RFLP umożliwia mapowanie genów związanych z mało poznanymi
chorobami dziedzicznymi. Dzięki analizie polimorfizmu miejsc restrykcyjnych udało
się m.in. ustalić na chromosomie X położenie genu odpowiedzialnego za dystrofie
mięśniową Duchenne’a.
Badania genetyczne metodą RFLP polegają na wykrywaniu różnic w rozmiarach
fragmentów DNA, dzięki czemu organizmy mogą być rozpoznawane poprzez
analizę wzorów pochodzących z podziału ich DNA.
RFLP oznacza odmienność fragmentów kodu genetycznego pochodzącego od
różnych osobników, pociętych specyficznymi enzymami restrykcyjnymi.
Odmienność ta polega na różnicach w długości fragmentów DNA, które powstają
w wyniku mutacji, powodowanych przez tworzenie lub usuwanie miejsc
rozpoznanych przez określone enzymy.
DNA genomu badanej osoby przecinane jest przez enzym restrykcyjny z grupy
endonukleaz w określonych miejscach o charakterystycznej sekwencji
nukleotydów, precyzyjnie rozpoznawanej przez ów enzym.
W zależności od liczby miejsc restrykcyjnych w DNA i odległości pomiędzy nimi,
otrzymujemy określoną liczbę fragmentów restrykcyjnych o specyficznej długości.
Zastosowanie techniki RFLP polega właśnie na analizie różnic badanych
fragmentów DNA.
Analiza metodą RFLP obejmuje etapy:
pobranie i izolacja DNA,
trawienie DNA enzymami restrykcyjnymi,
rozdzielenie elektroforetyczne,
przygotowanie hybrydyzacji Southerna,
hybrydyzacja DNA z radioaktywną sondą i wykrywanie polimorfizmu długości fragmentów
restrykcyjnych.
Komplet uzyskanych w ten sposób obrazów składa się na pełny profil analizowanego
RFLP wykorzystuje się do analizy markerów polimorficznych, co pozwala na
diagnozowanie chorób uwarunkowanych genetycznie, dla których nie jest
znany produkt badanego genu ani molekularny charakter zmian
prowadzących do wystąpienia schorzenia.
Do różnicowania alleli danego markera polimorficznego badanie może być
wykonywane na DNA chromosomowym za pomocą hybrydyzacji z
odpowiednio wyznakowaną sondą molekularną lub za pomocą metody
PCR.
Analiza DNA metodą RFLP znajduje wiele zastosowań we współczesnym świecie.
Jest kluczowym narzędziem stosowanym do rozpoznawania DNA. Łatwość
identyfikacji DNA przy badanu krwi, włosów śliny i innych wydzielin sprawiła, że
metoda ta jest m.in. szeroko wykorzystywana w kryminalistyce.
Ponadto, powszechnie w medycynie przy badaniach defektów genetycznych i
dziedziczenia cech osobniczych. Metoda ta, może służyć do potwierdzania lub
negowania pokrewieństwa między osobnikami, na podstawie występowania lub
braku występowania różnych alleli.
Metoda RFLP jest również wykorzystywana w bioprzemyśle, w której organizmy
mogą być różnicowane poprzez analizę wzorów pochodzących z pocięcia ich DNA.
Badanie sposobu dziedziczenia zmutowanego genu jest badaniem
rodzinnym.
RFLP powinna być wykonana zarówno dla probanda, jak i jego rodziców.
Wynik analizy, w którym udało się prześledzić sposób dziedziczenia:
zmutowanych alleli od każdego z rodziców wynik informacyjny (100%).
Wynik, na którego podstawie ustalono dziedziczenie allela tylko ze strony
jednego z rodziców wynik częściowo informacyjny (50%).
Określony wynik RFLP jest charakterystyczny tylko dla jednej rodziny.
TESTY PRZESIEWOWE
BADANIA PRZESIEWOWE:
Badania przesiewowe noworodków urodzonych w Polsce to masowe badania
przeprowadzane obowiązkowo od maja 1994r, które mają celu wczesne wykrycie
wrodzonych chorób przed wystąpieniem objawów klinicznych i tym samym na
wdrożeniu odpowiedniego leczenia. Obecnie w Polsce wykonuje się badania
przesiewowe w kierunku:
Wrodzonej niedoczynności tarczycy (hipotyreoza)
oznaczenie poziomu TSH
Fenyloketonurii
oznaczenie poziomu fenyloalaniny
Mukowiscydozy
oznaczenie trypsynogenu
Badania skriningowe przeprowadzane są na oddziałach noworodkowych. Do
wykonania testu należy pobrać krew włośniczkową noworodka z nakłucia z pięty
najwcześniej w 73 godzinie życia (optymalnie w 4-5 dobie życia) na specjalną bibułę
testową na którą wpisuje się dane dziecka. Krwią nasącza się 6 krążków na bibule, a po
jej wysuszeniu trwającym około 2h jak najszybciej przekazuje się do odpowiedniego
laboratorium.
WŁAŚCIWOŚCI TESTÓW PRZESIEWOWYCH:
Powszechność-
Oczekuje się, że wszystkie noworodki objęte będą badaniem
przesiewowym.
Czułość testu-
Zdolność metody do wykrycia wszystkich dzieci z daną chorobą. Określa
się ją jako stosunek liczby dzieci chorych wykrytych w badaniu przesiewowym do
liczby dzieci chorych w całej populacji. Test idealny daje 100% czułości - czyli wszystkie
chore dzieci zostały wykryte w badaniach przesiewowych. Czułość testu określa
równocześnie ryzyko ,,zgubienia'' dziecka chorego w badaniu przesiewowym.
Selektywność testu-
Zdolność metody do wykrywania jedynie dzieci chorych w
badanej populacji. Określa się ją jako stosunek liczby chorych w populacji do liczby
wyników dodatnich w teście przesiewowym. Idealny test daje 100% gdy nie wykazuje
wyników fałszywie dodatnich czyli choroba jest potwierdzona u każdego dziecka
wezwanego do dodatkowej diagnostyki
Użyteczność kliniczna-
Badanie przesiewowe jest użyteczne klinicznie jeśli wynik testu
uzyskany jest w pierwszych tygodniach życia, tak aby rozpoczęte leczenie zapewniało
ochronę przed wadami następowymi choroby wrodzonej.
Ekonomiczność-
Obejmuje relatywną analizę kosztów oraz tzw. kosztów społecznych.
W specjalistycznym laboratorium z krwi znajdującej się na bibule testowej oznaczane jest
stężenie hormonu tyreotropowego (TSH) oraz stężenie fenyloalaniny we krwi. W
zależności od uzyskanego wyniku możliwe jest następujące postępowanie:
Jeśli wynik analizy jest w zakresie normy
badanie zostaje zakończone, a
laboratorium nie wysyła wyników do rodziców.
Jeśli wynik analizy znajduje się w granicznym przedziale(niskie prawdopodobieństwo
choroby)
laboratorium wysyła "drugą bibułę"do matki dziecka listownie, na
którą pielęgniarka w przychodni zdrowia pobiera próbkę krwi dziecka, po czym bibuła
ta jest odsyłana do laboratorium. Po wykonaniu analizy z "drugiej bibuły"
laboratorium wysyła do rodziców potwierdzenie, że wynik analizy jest w normie co
wyklucza chorobę, lub wzywa matkę z dzieckiem na dalsze badania określając termin
oraz miejsce badania.
Jeśli wynik analizy jest poza normą (wysokie prawdopodobieństwo choroby)
Laboratorium wysyła do rodziców zawiadomienie telegraficzne z prośbą o natychmiastowe
zgłoszenie się z dzieckiem do wytypowanej przychodni specjalistycznej celem dalszej
diagnostyki choroby.
Wezwanie dziecka na specjalistyczne badania oznacza znaczne
prawdopodobieństwo wystąpienia wady wrodzonej, jednak w tej grupie dzieci
potwierdzenie choroby uzyskuje się u 25% - 50% dzieci.
Z tych samych plam krwi wykonuje się badanie przesiewowe w kierunku
mukowiscydozy
polegające na oznaczaniu immunoreaktywnego trypsynogenu (IRT).
Jeśli matka opuszcza szpital przed pobraniem krwi na bibułę to otrzymuje ona
bibułę z naklejonym kodem próbki i adresem laboratorium do którego należy ją
wysłać. Po pobraniu przez pielęgniarkę krwi na bibułę w 5-7 dniu życia dziecka i
wysuszeniu, bibułę należy odesłać do laboratorium. W przypadku zgubienia bibuły
lub jej zniszczenia konieczne należy udać się do szpitala w którym odbył się poród
w celu pobrania krwi na nową bibułę.
Dzieci z niską wagą urodzeniową (poniżej 1500g) muszą mieć pobraną drugą
próbkę krwi w wieku 14 – 21 dni, zależnie od stanu dziecka, dlatego też przy
pierwszym pobieraniu wypełnia się i przekazuje matce drugą bibułę.
Oznaczanie poziomu tyreotropiny
(TSH - Thyroid Stimulating Hormone):
Stosowane jest do wykrywania
hipotyreozy (wrodzonej niedoczynnośći tarczycy).
Jedyną możliwością wykrycia choroby jest wykonanie testu przesiewowego, gdyż
objawy choroby w pierwszych dniach życia są bardzo niecharakterystyczne. Wyniki
badania klasyfikują dziecko do jednej z 3 grup:
Stężenie TSH w normie (< 15 mIU/L) dziecko zdrowe.
Stężenie TSH nieco podwyższone (15-35 mIU/L) oznacza małe
prawdopodobieństwo choroby, ale do rodziców dziecka wysyłana jest druga bibuła
w celu zweryfikowania rozpoznania.
Stężenie TSH mocno podwyższone (≥35 mIU/L) dzieci takie są natychmiast
wzywane do Poradni Endokrynologicznej, gdzie prowadzi się dalszą diagnostykę i
ustala rozpoznanie choroby oraz prowadzi leczenie.
Oznaczanie poziomu fenyloalaniny (Phenylalanine - Phe) stosowane
jest do wykrywania fenyloketonurii.
Do roku 1997 w całej Polsce do oznaczania poziomu fenyloalaniny we krwi
stosowany był
test Guthrie.
Jest to test mikrobiologiczny polegający na wzrokowej ocenie wielkości wzrostu
bakterii wokół krążka z próbką krwi noworodka ułożonego na specjalnym podłożu.
Test Guthriego
dzięki swej prostocie był powszechnie stosowany w całym świecie. Test
ten ma jednak szereg wad:
Odczyt polega na wzrokowym porównaniu wielkości wzrostu bakterii wokół próbki
badanej z wielkością wzrostu wokół próbki wzorcowej (próbki o znanym poziomie
fenyloalaniny). Taki sposób odczytu jest odczytem nieobiektywnym tzn. ta sama
próbka może być różnie oceniona przed różne osoby odczytujące. Powoduje to
możliwość błędnego odczytu poziomu i zgubienia chorego dziecka
Prawdopodobieństwo popełnienia błędu rośnie wraz z ilością czytanych prób czyli
wraz z narastającym zmęczeniem osoby czytającej.
Próbki krwi (krążki bibuły o średnicy 5 mm) układane są na płytkach ręcznie co może
powodować pomyłki przy identyfikacji danych dziecka od którego pobrano daną
próbkę.
Wzrost bakterii nie występuje gdy próbka krwi zawiera antybiotyki którymi leczone
było dziecko przed pobraniem próbki.
Odczyt poziomu fenyloalaniny wykonywany był kilka dni od otrzymania próbki - tak
długi czas wynikał z konieczności dodatkowego przygotowania próbki krwi.
W roku 1997 w Pracowni rozpoczęto masowe oznaczanie fenyloalaniny za
pomocą
testu ilościowego kolorymetrycznego
.
Testy ilościowe wykonywane na czytnikach mikropłytek pozwalają na automatyzację
oraz, co ważne, na kontrolę komputerową z zastosowaniem etykiet z kodem
paskowym.
Pozwoliło to również na ujednolicenie procedur badań dla testu w kierunku
fenyloketonurii i hipotyreozy. Znacznie skrócony został czas po którym uzyskuje się
wynik wynik może być uzyskany w tym samym dniu (lub w następnym), w którym
próbka krwi dociera do laboratorium.
Obecnie w całej Polsce stosowany jest
test ilościowy (kolorymetryczny) firmy IBL.
Wysoka czułość testu kolorymetrycznego pozwoliła na zlikwidowanie
dodatkowego pobierania próbek moczu od dzieci w wieku 3-4 tygodni. Próbka ta
służyła do oznaczania obecności kwasu pirogronowego w moczu pojawiającego się
w przypadku wysokiego poziomu fenyloalaniny we krwi. Oznaczanie kwasu
pirogronowego w moczu wynikało z niskiej czułości testu Guthriego, dodatkowo
skuteczność pobierania próbek moczu była niska.
Wyniki badania klasyfikują dziecko do jednej z 3 grup:
Stężenie fenyloalaniny w normie
(< 3mg/dl)– dziecko zdrowe.
Stężenie fenyloalaniny nieco podwyższone
(3-8mg/dl), co oznacza małe
prawdopodobieństwo choroby, ale do rodziców dziecka wysyłana jest druga
bibuła w celu zweryfikowania rozpoznania.
Stężenie fenyloalaniny mocno podwyższone
(≥8mg/dl) – dzieci takie są
natychmiast wzywane do Poradni Endokrynologicznej lub Poradni Wad
Metabolicznych gdzie prowadzi się dalszą diagnostykę i ustala rozpoznanie
choroby oraz prowadzi leczenie.
Oznaczeniu immunoreaktywnej trypsyny (IRT)
w kierunku mukowiscydozy:
Strategia obecnych badań przesiewowych w kierunku mukowiscydozy (CF) opiera się na:
oznaczeniu
immunoreaktywnej trypsyny (IRT)
we krwi na bibule
analizie DNA, polegającej na
identyfikacji mutacji w genie CFTR
(Cystic Fibrosis
Transmembrane Conductance Regulator).
1.
Jako pierwsze wykonywane jest oznaczenie IRT (IRT1) ilościową metodą ELISA z
wysuszonych kropli krwi pobranych pomiędzy 3 a 6 dobą życia (w szpitalu krew jest
pobierana na jedną wspólną dla hipotyreozy, fenyloketonurii i mukowiscydozy bibułę).
2.
W przypadku stężenia IRT1 powyżej normy tj. powyżej 99,4 centyla, wykonywana
jest - po uzyskaniu pisemnej zgody rodziców - analiza DNA, a także pobierana jest
krew na drugą bibułę w celu ponownego oznaczenia stężenia IRT (IRT2) pomiędzy 21
a 28 dobą życia noworodka.
Badania przesiewowe polegające na oznaczaniu immunoreaktywnego
trypsynogenu (IRT) w wysuszonych plamach krwi. Wyniki badania
klasyfikują dziecko do jednej z 2 grup:
Test IRT z bibuły
ujemny
: dziecko zdrowe
Test IRT z bibuły
dodatni
: wezwanie na dalszą diagnostykę obejmujące
badanie DNA, test potowy.
Dziękuję za uwagę!