TECHNIKY PCR. PCR - polymerase chain reaction -polymerázová řetězová reakce

Podobné dokumenty
TECHNIKY PCR. PCR - polymerase chain reaction -polymerázová řetězová reakce

Polymerázová řetězová reakce. Základní technika molekulární diagnostiky.

MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE. 2. Polymerázová řetězová reakce (PCR)

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti NUKLEOVÉ KYSELINY

DNA TECHNIKY IDENTIFIKACE ŽIVOČIŠNÝCH DRUHŮ V KRMIVU A POTRAVINÁCH. Michaela Nesvadbová

Polymerázová řetězová reakce

POLYMERÁZOVÁ ŘETĚZOVÁ REAKCE (PCR)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Bi5130 Základy práce s lidskou adna

USING OF AUTOMATED DNA SEQUENCING FOR PORCINE CANDIDATE GENES POLYMORFISMS DETECTION

Implementace laboratorní medicíny do systému vzdělávání na Univerzitě Palackého v Olomouci. reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Polymerázová řetězová reakce (PCR) Molekulární biologie v hygieně potravin 4, 2013/14, Ivo Papoušek

Amplifikační metody umožňují detekovat. k dispozici minimálně kopií DNA,

Molekulární genetika

KVANTIFIKACE ZMĚN GENOVÉ EXPRESE

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav biologie rostlin

DIAGNOSTICKÝ KIT PRO DETEKCI MINIMÁLNÍ REZIDUÁLNÍ CHOROBY U KOLOREKTÁLNÍHO KARCINOMU

Analýza DNA. Co zjišťujeme u DNA

NUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života

DIAGNOSTICKÝ KIT PRO DETEKCI MINIMÁLNÍ REZIDUÁLNÍ CHOROBY U KARCINOMU PANKREATU

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Translace, techniky práce s DNA

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ METODY V ENVIRONMENTÁLNÍ MIKROBIOLOGII. Martina Nováková, VŠCHT Praha

Hybridizace nukleových kyselin

Analýza DNA. Co zjišťujeme u DNA DNA. PCR polymerase chain reaction. Princip PCR PRINCIP METODY PCR

Metody studia exprese mrna. jádro a genová exprese 2007

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta. Studijní program: Biologie. Katedra antropologie a genetiky člověka.

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

4. Centrální dogma, rozluštění genetického kódu a zrod molekulární biologie.

DIAGNOSTICKÝ KIT PRO DETEKCI MINIMÁLNÍ REZIUDÁLNÍ CHOROBY MRD EGFR

PRINCIPY A VYUŽITÍ qpcr (kvantifikace změn genové exprese)

Enzymy používané v molekulární biologii

Ivo Papoušek. Biologie 8, 2015/16

Enzymy používané v molekulární biologii

J09 Průkaz nukleové kyseliny

OBSAH. PP Master Mixy PPP Master Mix 12 Plain PP Master Mix 13 Combi PPP Master Mix 14

Co zjišťujeme u DNA ACGGTCGACTGCGATGAACTCCC ACGGTCGACTGCGATCAACTCCC ACGGTCGACTGCGATTTGAACTCCC

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA

SYNTETICKÉ OLIGONUKLEOTIDY

REPLIKACE A REPARACE DNA

Struktura a funkce nukleových kyselin

MIKROBIOLOGIE V BIOTECHNOLOGII

1. Definice a historie oboru molekulární medicína. 3. Základní laboratorní techniky v molekulární medicíně

Detekce Leidenské mutace

Metody molekulární biologie

MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ.1.07/2.2.00/ Metodologie molekulární fylogeneze a taxonomie hmyzu Bi7770 Andrea Tóthová

Modifikace PCR, sekvenování. Molekulární biologie v hygieně potravin Molekulárně biologická analýza potravin Přednáška 5, 2017/18, Ivo Papoušek

Využití DNA markerů ve studiu fylogeneze rostlin

Klonování DNA a fyzikální mapování genomu

Enzymy v molekulární biologii, RFLP. Molekulární biologie v hygieně potravin 3, 2014/15, Ivo Papoušek

Amplifikační metody v molekulární diagnostice mikroorganismů. doc. RNDr. Milan Bartoš, Ph.D.

Pokračování kultivačních metod

Co zjišťujeme u DNA ACGGTCGACTGCGATGAACTCCC ACGGTCGACTGCGATCAACTCCC ACGGTCGACTGCGATTTGAACTCCC

ZDRAVOTNÍ NEZÁVADNOST POTRAVIN

Replikace, transkripce a translace

Metody používané v MB. analýza proteinů, nukleových kyselin

Metody používané v MB. analýza proteinů, nukleových kyselin

Polymorfizmy detekované. polymorfizmů (Single Nucleotide

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Určeno pro obecné laboratorní užití. Není určeno pro použití v diagnostických postupech. POUZE PRO POUŽITÍ IN VITRO.

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

REPLIKACE, BUNĚČNÝ CYKLUS, ZÁNIK BUNĚK

Determinanty lokalizace nukleosomů

Mendelova genetika v příkladech. Genetické markery

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Hybridizace. doc. RNDr. Milan Bartoš, Ph.D.

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Modifikace PCR, sekvenování. Molekulární biologie v hygieně potravin 5, 2013/14, Ivo Papoušek

PCR - polymerázová řetězová reakce (princip metody)

Mgr. et Mgr. Lenka Falková. Laboratoř agrogenomiky. Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat Mendelova univerzita

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

Environmentální aplikace molekulární biologie

Ivo Papoušek. Biologie 6, 2017/18

GENETIKA dědičností heredita proměnlivostí variabilitu Dědičnost - heredita podobnými znaky genetickou informací Proměnlivost - variabilita

KVANTIFIKACE ZMĚN GENOVÉ EXPRESE

Izolace, klonování a analýza DNA

DY D NE N X Hana Vlastníková

Kvantitativní detekce houbových patogenů v rostlinných pletivech s využitím metod molekulární biologie

Příprava rekombinantních molekul pro diagnostické účely

MODERNÍ BIOFYZIKÁLNÍ METODY:

Seminář izolačních technologií

ší šířen METODY ANALÝZY NUKLEOVÝCH KYSELIN Polymerázová řetězová reakce

Mgr. Veronika Peňásová Laboratoř molekulární diagnostiky, OLG FN Brno Klinika dětské onkologie, FN Brno

Exprese genetické informace

Molekulárně biologické a cytogenetické metody

MIKROBIOLOGIE V BIOTECHNOLOGII

Genetické markery, markery DNA

Možné účinky XENOBIOTIK

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

CVIČENÍ II. IZOLACE DNA, DETEKCE GENŮ METODOU PCR, STANOVENÍ PŘÍBUZNOSTI IZOLÁTŮ METODOU ERIC PCR

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

Některé vlastnosti DNA důležité pro analýzu

PP Master Mixy PPP Master Mix 14 Plain PP Master Mix 15 Combi PPP Master Mix 16 new Plain Combi PP Master Mix 17

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 10. Další metody

Diagnostika retrovirů Lentiviry - HIV. Vladislava Růžičková

Využití rep-pcr v bakteriální taxonomii

Syntéza a postranskripční úpravy RNA

Molekulární diagnostika

Transkript:

TECHNIKY PCR PCR - polymerase chain reaction -polymerázová řetězová reakce Přehled Molekulárně-biologický úvod, DNA struktura, replikace, DNA polymerasa Princip procesu PCR Optimalizace PCR Typy PCR Aplikace PCR a využití v praxi

Komponenty nukleových kyselin Nukleotid DNA deoxyguanosid monofosfát (dgmp) http://ntri.tamuk.edu/cell/nucleic.html Koncept párování bazí je striktně konzervativní Cytosine Guanine From Dr. John C. Perez, Professor and Director of the Natural Toxins Research Initiative, Texas A&M http://ntri.tamuk.edu/cell/dna.html

Deoxyribosa a fosfát dávají DNA řetězci směr 5 end 3 end konce dsdna nejsou stejné 5 4 1 T A HO jednotlivé řetězce duplexu jsou k sobě komplementární 3 2 G C DNA rětězce duplexu mohou být denaturována a znovu spojena T A G C OH 3 end 5 end T m (melting temperature) je teplota při kteréje dsdna z poloviny denaturována Tm je závislá na: složení bazí rozpouštědle iontové síle ph délce DNA Singer, M., and P. Berg. 1991. Genes and Genomes. University Science Books, Mill Valley, CA. p. 49

DNA replikace in vivo vyžaduje několik enzymů separace řetězců syntéza krátkých RNA primerů syntéza dvou nových DNA helixů podílí se enzymy: DNA primasa helikasa DNA polymerasa DNA ligasa SSB-proteiny http://www.accessexcellence.org/ab/gg/collaboration.html Vlastnosti DNA polymerasy 1. POLYMERASOVÁ AKTIVITA Replikace probíhá vždy ve směru od 5 na 3 konec Nový nukleotid je přidáván tedy vždy na 3 OH konec. 2. 3'-5' exonukleasová aktivita -opravná funkce proofreading 3. 5 exonukleasová aktivita - odštěpuje RNA primer

DNA replikace in vitro vyžaduje pouze jeden enzym DNA Polymerasa 1957 Arthur Kornberg dokázal existenci DNA polymerasy - DNA polymerase I in vitro polymerasa vyžaduje pouze: 4 deoxynukleotidy trifosfáty dsdna templát primer - ssdna nebo RNA s volnou 3'-OH Syntéza obou řetězců specifické dsdna in vitro 5 3 TTGAGAAAGGAATAAGCAGAATTCGTTCCAAAAAGAATGAGCTGTTGTTTGCAGAAATCGAGTATATGC AACTCTTTCCTTATTCGTCTTAAGCAAGGTTTTTCTTACTCGACAACAAACGTCTTTAGCTCATATACG 3 5 Forward primer dntps 5 3 TTGAGAAAGGAATAAGC DNA POL AACTCTTTCCTTATTCGTCTTAAGCAAGGTTTTTCTTACTCGACAACAAACGTCTTTAGCTCATATACG 3 5 5 3 TTGAGAAAGGAATAAGCAGAATTCGTTCCAAAAAGAATGAGCTGTTGTTTGCAGAAATCGAGTATATGC AACTCTTTCCTTATTCGTCTTAAGCAAGGTTTTTCTTACTCGACAACAAACGTCTTTAGCTCATATACG 3 5

Syntéza obou řetězců specifické dsdna in vitro 5 3 TTGAGAAAGGAATAAGCAGAATTCGTTCCAAAAAGAATGAGCTGTTGTTTGCAGAAATCGAGTATATGC AACTCTTTCCTTATTCGTCTTAAGCAAGGTTTTTCTTACTCGACAACAAACGTCTTTAGCTCATATACG 3 5 5 3 TTGAGAAAGGAATAAGCAGAATTCGTTCCAAAAAGAATGAGCTGTTGTTTGCAGAAATCGAGTATATGC DNA POL TCTTTAGCTCATATACG 3 5 dntps Reverse primer 5 3 GCATATACTCGATTTCT 5 3 TTGAGAAAGGAATAAGCAGAATTCGTTCCAAAAAGAATGAGCTGTTGTTTGCAGAAATCGAGTATATGC AACTCTTTCCTTATTCGTCTTAAGCAAGGTTTTTCTTACTCGACAACAAACGTCTTTAGCTCATATACG 3 5 PCR: Co to je? Polymerase Chain Reaction: znamená amplifikace (mnohonásobná replikace) relativně krátkých úseků specifické DNA Základní nástroj molekulární biologie se vzrůstájícím významem i v dalších oborech (botanika, kriminalistika) The idea Ghobind Khorana 1971 Kary Mullis 1983 Nobelova cena 1993 poprvé provedená mnohonásobná in vitro replikacevezkumavce

Jak funguje PCR Řetězová reakce vychází z DNA replikace Spočívá v opakování cyklů denaturace (separace dsdna), navázání primerů a elongace primerů (syntéza nového vlákna DNA) pomocí změn teploty potřeba silného enzymu (polymerasy) který je schopen pracovat při vysokých teplotách termofilní organismy objeveny začátkem 70tých let Jak funguje PCR Polymerasa izolovaná z termofilní baktérie (Thermus aquaticus, Pyrococcus furiosus) zkr. TAQ, PFU Polymerasa až s objevem a použitím TERMOSTABILNÍ POLYMERASY získala PCR na významu

PCR komponenty Templátová DNA vzorek k amplifikaci Primery krátké specifické úseky DNA zaručující specifitu amplifikace datp, dttp, dctp, dgtp volné stavební jednotky DNA Thermostabilní DNA polymerasa (e.g., Taq, Pfu) Pufr a soli (KCl, MgCl2) Proces PCR Velký nadbytek primeru, dntps a Taq POL k DNA templátu http://www.molbio.princeton.edu/courses/mol214/schedule.htm http://faculty.plattsburgh.edu/donald.slish/pcrmov.html

Problémy: PCR je velmi citlivá na kontaminace Častý problém - nespecifická amplifikace Polymerasa pracuje i při nízkých teplotách (e.g., během nastavování reakce) Hot start PCR je řešení (protilátka proti Taq) Amplifikace je často možná i pro ne zcela známou sekvenci primerů např. DNA jiného biologického druhu Degenerované primery (multiple verze s různými bázemi v klíčové pozici (tryptofan + methionin): stupeň degenerace: prettyfly protein má kód degenerovaný na 11 pozicích tzn. (4)(2)(4)(2)(4)(4)(2)(2)(2)(4)(2) = 65.536 krát P R E T T Y F L Y CCA CGA GAA ACA ACA TAC TTC CTA TAC G G G G G T T G T C C C C C T T T T T A T Touchdown PCR s vyšší přesností v prvních cyklech Maximální velikost produktu +/-5000 bazí pro standardní PCR: Long PCR kits mohou amplifikovat až 35 kbazí Navrhování primerů Primery by měly být 20-25 bazí dlouhé Nutná znalost alespoň části sekvence amplifikované DNA 3 konec primeru je důležitý: vhodné aby zde byla G nebo C báze Procentuální zastoupení G + C by mělo být 50-60% - ovlivňuje Tm (teplota kdy se váže primer na templát) Primery v jedné reakci by měli mít srovnatelné Tm Vyvarovat se repetitivním sekvencím Tm = (G+C)x4 + (A+T)x2 Vyvarovat se komplementaritě uvnitř čimeziprimery degenerované primery max. 20 bp ideální do degenerace 250x

Navrhování primerů Příklad navržení primerů: Konvence: DNA se vždy zapisuje ve směru od 5 ku 3 konci Cílová sekvence: (priming místo podtrženo): 5 TATAAGCCATAACGATATTGCTGAGTCAAGTCCACATATC ATATGGATGAGAAATGCTTGTGGAGCTGATGTTGATTTGG AGAGACTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTCTC AAACCAGTTAAAGAGTGTGCCAGTAGAG 3 Forward Primer: 5 ATG GAT GAG AAA TGC TTG TG 3 Reverse Primer: 5 ACT GGC ACA CTC TTT AAC TGG 3 Praktické provedení PCR objem v mikrozkumavce: 25-100 ųl složení: Templátová DNA 1-1000ng Primery 10-20 pmols 10mM Tris-CL ph 9.0, 50 mm KCl MgCl 2 0.5-3.0 mm 50 ųm každého nukleotidu datp, dgtp, dttp, dctp 2 jednotky Taq polymerasy

Praktické provedení PCR Počáteční denaturace 94 o C 3-5 min denaturace 94 o C 30 sec annealing ~55 o C 30 sec prodlužování 72 o C 1min/kilobáze počet cyklů 25-35 x Praktické provedení PCR agarozová elektroforéza

Praktické provedení PCR PCR se provádí v termocyklerech kovový blok z ušlechtilého kovu snadné programování vyhřívané víko PCR Optimalizace Složka AnnealingTeplota - Tm Nízká specificita Vysoká specificita MgCl 2 KCl Enzym, Primer ph Formamid nespecificky látky ovlivňující kvalitu PCR: formamid, DMSO, betain atd. Nespecifická amplifikace

Základní typy PCR RT PCR (reverse transcriptase PCR) vlastní PCR předchází syntéza cdna z mrna pomocí RT jako primer slouží GSP (gene specific primer) oligo dt random hexamer primer hledání nových genů tvorba cdna knihoven hledání mutací zjišťování síly exprese různých genů RACE PCR (rapid amplification of cdna ends) vychází z RT-PCR používá se k hledání celé sekvence nového genu nutná alespoň částečná znalost sekvence hledaného genu vhodné pro klonování genů a jeho následnou funkční expresi (GMO)

inverzní PCR Amplifikace neznámých segmentů DNA asymetrická PCR sekvenace DNA, příprava hybridizačních sond amplifikuje pouze jeden řetězec dsdna SEKVENCOVÁNÍ DNA SEKVENCOVÁNÍ DNA automatické sekvenátory využívající asymetrické PCR jednozkumavková reakce PCR s jedním primerem a dideoxyribonukleotidy (ddatp, ddgtp, ddctp, ddttp) dideoxyribonukleotidy značené 4 fluorescenčními markery velice citlivé elektroforetické rozdělení v kapiláře fluorometr s automatickým vyhodnocením

multiplex PCR více amplifikací v jedné zkumavce lékařská diagnostika nested PCR 2 po sobě jdoucí PCR zvyšování specificity PCR LA-PCR (long and accurate) amplifikace dlouhých úseků, polymerasové kokteily např. Taq + Pfu polymerasa (180:1) Pwo polymerasa z Pyroccocus woesei DeepVent polymerasa z Termococcus litoralis (hlubokomořská baktérie) DNA polymeráza 5-3 exonukleázová aktivita 3-5 exonukleázová aktivita délka produktu frekvence chyby Taq + 3 kb 10-4 Pfu + 3 kb 1.3 x 10-6 Pwo + 3 kb 3.3 x 10-6 DeepVent + 12 kb 3.0 x 10-5 long PCR koktejl + + 20 kb 2.0 x 10-6 PROCESIVITA: jak dlouho se enzym udrží na vlákně STABILITA: kolik minut při denaturační teplotě např Taq 9 min při 97.5 C Pwo 2 hod při 100 C DeepVent 8hod při 100 C

in situ RT PCR lokalizace translace a exprese genů real time PCR slouží k přesné kvantifikaci amplifikovaného produktu využití fluorescence interkalačních barviv (etbr) fluorimetr je součástí termocykleru http://pathology2.jhu.edu/molec/techniques main.cfm##

Využití REAL TIME PCR pro detekci jednobodové mutace (lékařská diagnostika) Aplikace PCR a využití v praxi

Aplikace PCR a využití v praxi DIAGNOSTIKA V MEDICÍNĚ 1. detekce virových a bakteriálních onemocnění Aplikace PCR a využití v praxi DIAGNOSTIKA V MEDICÍNĚ 2. detekce geneticky vrozených chorob (mutace DNA) - AS PCR alelicky specifická PCR primer navržen tak, že mutace odpovídá konci primeru fragmenty DNA s nespárovanými konci se pohybují v elektrickém poli pomaleji - Real time PCR pomocí fluorescenční sondy odpovídající mutaci Např. detekce cystické fibrózy, choroba je podmíněná třínukleotidovou delecí v genu CFTR cystic fibrosis transmembrane regulator

Aplikace PCR a využití v praxi KRIMINALISTIKA VNRT variable number of tandem repeat vyskytují se na různých lokusech chromozomů a v populací kolísají mezi jedinci v počtu opakování mezi 4-40x např. GTGTGTGT Aplikace PCR a využití v praxi ANALÝZA POTRAVIN molekulárně-genetické zhodnocení surovin živočišného a rostlinného původu, které byly vyprodukovány klasickým pěstováním (chovem) nebo s použitím genového inženýrství průkaz falšování potravin druhovou záměnou (rostlinného i živočišného původu) identifikace mikroorganismů kontaminující potraviny nebo geneticky změněných mikroorganismů používaných jako startovací nebo ochranné kultury v produkci potravin. EVOLUČNÍ BIOLOGIE ORNITOLOGIE skot ovce prase koza TEST