PCR Đa mạch: Tối ưu hóa và Ứng dụng trong Vi sinh học Chẩn đoán
Tóm tắt
PCR đã cách mạng hóa lĩnh vực chẩn đoán bệnh truyền nhiễm. Để khắc phục nhược điểm về chi phí và cải thiện khả năng chẩn đoán của phương pháp thử nghiệm, PCR đa mạch, một biến thể của thử nghiệm trong đó nhiều hơn một chuỗi mục tiêu được khuếch đại bằng cách sử dụng nhiều cặp mồi, đã được phát triển. Những nghiên cứu sớm đã chỉ ra những trở ngại có thể làm tổn hại đến việc sản xuất các thử nghiệm đa mạch nhạy cảm và cụ thể, nhưng những nghiên cứu gần đây đã cung cấp các quy trình hệ thống và cải tiến kỹ thuật cho việc thiết kế thử nghiệm đơn giản. Những tiến bộ hữu ích nhất trong số đó là việc lựa chọn mồi oligonucleotide một cách thực nghiệm và việc sử dụng phương pháp PCR khởi động nóng. Những tiến bộ này cùng với các phương pháp khác nhằm tăng cường độ nhạy và độ đặc hiệu và tạo điều kiện cho tự động hóa đã dẫn đến sự xuất hiện của nhiều công bố liên quan đến ứng dụng của PCR đa mạch trong chẩn đoán các tác nhân truyền nhiễm, đặc biệt là các tác nhân nhắm vào axit nucleic virus. Bài báo này tổng hợp các nguyên tắc, tối ưu hóa và ứng dụng của PCR đa mạch trong việc phát hiện các virus có tầm quan trọng lâm sàng và dịch tễ học.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Adleberg J. M. Wittwer C. Use of the polymerase chain reaction in the diagnosis of ocular disease. Curr. Opin. Ophthalmol. 6 1995 80 85
Beards G. Graham C. Pillay D. Investigation of vesicular rashes for HSV and HZV by PCR. J. Med. Virol. 54 1998 155 157
Bertram S. Hufert F. T. van Lunzen J. von Laer D. Coinfection of individual leukocytes with human cytomegalovirus and human immunodeficiency virus is a rare event in vivo. J. Med. Virol. 49 1996 283 288
Birch D. E. Kolmodin L. Wong J. Zangenberg G. A. Zoccoli M. A. McKinney N. Young K. K. Y. Simplified hot start PCR. Nature 381 1996 445 446
Casas I. Pozo F. Trallero G. Echevarria J. M. Tenorio A. Viral diagnosis of neurological infection by RT multiplex PCR: a search for entero- and herpesviruses in a prospective study. J. Med. Virol. 57 1999 145 151
Cassinotti P. Siegl G. A nested-PCR assay for the simultaneous amplification of HSV-1, HSV-2, and HCMV genomes in patients with presumed herpetic CNS infection. J. Virol. Methods 71 1998 105 114
Cassinotti P. Mietz H. Siegl G. Suitability and clinical application of a multiplex nested PCR assay for the diagnosis of herpes simplex virus infections. J. Med. Virol. 50 1996 75 81
Caudai C. Padula M. G. Bettini V. Valensin P. E. Detection of HCV and GBV-C/HGV infection by multiplex PCR in plasma samples of transfused subjects. J. Virol. Methods 70 1998 79 83
Cha R. S. Thilly W. G. Specificity, efficiency, and fidelity of PCR. PCR Methods Appl. 3 1993 S18 S29
Chamberlain J. S. Chamberlain J. R. Optimization of multiplex PCRs The polymerase chain reaction. Mullis K. B. Ferre F. Gibbs R. A. 1994 38 46 Birkhauser Boston Mass
Chamberlain J. S. Gibbs R. A. Ranier J. E. Nguyen P. N. Caskey C. T. Multiplex PCR for the diagnosis of Duchenne muscular dystrophy PCR protocols: a guide to methods and applications. Gelfand D. H. Innis M. A. Shinsky J. J. White T. J. 1989 272 281 Academic Press San Diego Calif
Chou Q. Russel M. Birch D. E. Raymond J. Bloch W. Prevention of pre-PCR mis-priming and primer dimerization improves low-copy-number amplifications. Nucleic Acids Res. 11 1992 1717 1723
Cinque P. Vago L. Marenzi R. Giudici B. Weber T. Corradini R. Ceresa D. Lazzarin A. Linde A. Herpes simplex virus infections of the central nervous system in human immunodeficiency virus-infected patients: clinical management by polymerase chain reaction assay of cerebrospinal fluid. Clin. Infect. Dis. 27 1998 303 309
Clavel C. Rihet S. Masure M. Chypre C. Boulanger J. C. Quereux C. Birembaut P. DNA-EIA to detect high and low risk HPV genotypes in cervical lesions with E6/E7 primer mediated multiplex PCR. J. Clin. Pathol. 51 1998 38 43
Della N. G. Molecular biology in ophthalmology: a review of principles and recent advances. Arch. Ophthalmol. 114 1996 457 463
Dieffenbach C. W. Lowe T. M. J. Dveksler G. S. General concepts for PCR primer design. PCR Methods Appl. 3 1993 S30 S37
Edwards M. C. Gibbs R. A. Multiplex PCR: advantages, development, and applications. PCR Methods Appl. 3 1994 S65 S75
Elnifro E. M. Cooper R. J. Klapper P. E. Bailey A. S. Tullo A. B. Diagnosis of viral chlamydial keratoconjunctivitis: which laboratory test? Br. J. Ophthalmol. 83 1999 622 627
Emmanuel P. J. Polymerase chain reaction from bench to bedside. Applications for infectious disease. J. Fla. Med. Assoc. 80 1993 627 630
Fan J. Henrickson K. J. Savatski L. L. Rapid simultaneous diagnosis of infections with respiratory syncytial viruses A and B, influenza viruses A and B, and human parainfluenza virus types 1, 2, and 3 by multiplex quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction enzyme hybridization assay (Hexaplex). Clin. Infect. Dis. 26 1998 1397 1402
Garcia L. Tercero J. C. Legido B. Ramos J. A. Alemany J. Sanz M. Rapid detection of Actinobacillus actinomycetemcomitans,Prevotella intermedia and Porphyromona gingivalis by multiplex PCR. J. Periodontal Res. 33 1998 59 64
Harmon K. M. Ransom G. M. Wesley I. V. Differentiation of Campylobacter jejuni and Campylobacter coli by polymerase chain reaction. Mol. Cell. Probes 11 1997 195 200
Harris E. Appropriate transfer of molecular technology. Asia Pacific Technol. Monitor 13 1996 29 33
Harrison T. J. The polymerase chain reaction—a time of transition from research to routine. J. Clin. Pathol. 51 1998 491 492
Hassan-Walker A. F. Cope A. V. Griffiths P. D. Emery V. C. Transcription of the human cytomegalovirus natural killer decoy gene, UL18, in vitro and in vivo. J. Gen. Virol. 79 1998 2113 2116
Hewlett I. K. Ruta M. Cristiano K. Hawthorne C. A. Epstein J. S. Co-amplification of multiple regions of the HIV-1 genome by the polymerase chain reaction: potential use in multiple diagnosis. Oncogene 4 1989 1149
Hu K. O. Yu C. H. Lee S. Villamil F. G. Vierling J. M. Simultaneous detection of both hepatitis B virus DNA and hepatitis C virus RNA using a combined one-step polymerase chain reaction technique. Hepatology 21 1995 901 907
Jackson R. Morris D. J. Cooper R. J. Bailey A. S. Klapper P. E. Cleator G. M. Multiplex polymerase chain reaction for adenovirus and herpes simplex virus in eye swabs. J. Virol. Methods 56 1996 41 48
Jin L. Richards A. Brown D. W. G. Development of a dual target-PCR for detection and characterization of measles virus in clinical specimens. Mol. Cell. Probes 10 1996 191 200
Kebelmann-Betzing C. Seeger K. Dragon S. Schmitt G. Moricke A. Schild T. A. Henze G. Beyermann B. Advantages of a new Taq DNA polymerase in multiplex PCR and time-release PCR. BioTechniques 24 1998 154 158
Klapper P. E. Jungkind D. L. Fenner T. Antinozzi R. Schirm J. Blanckmeister C. Multicenter international work flow study of an automated polymerase chain reaction instrument. Clin. Chem. 44 1998 1737 1739
Lazarus P. Caruana S. Typing of common human papilloma virus strains by multiplex PCR. Anal. Biochem. 243 1996 198 201
Linz U. Delling U. Rübsamen-Waigmann H. Systematic studies on parameters influencing the performance of the polymerase chain reaction. J. Clin. Chem. Clin. Biochem. 28 1990 5 13
Livache T. Bazin H. Mathis G. Conducting polymers on microelectronic devices as tools for biological analyses. Clin. Chim. Acta 278 1998 171 176
Mahony J. B. Jang D. Chong S. Luinstra K. E. Sellors J. W. Tyndall M. Chernesky M. Detection of Chlamydia trachomatis,Neisseria gonorrhoeae,Ureaplasma urealyticum, and Mycoplasma genitalium in first-void urine specimens by multiplex polymerase chain reaction. Mol. Diagn. 2 1997 161 168
Markoulatos P. Samara V. Siafakas N. Plakokefalos E. Spyrou N. Moncany M. L. Development of a quadriplex polymerase chain reaction for human cytomegalovirus detection. J. Clin. Lab. Anal. 13 1999 99 105
Mitrani-Rosenbaum S. Tsvieli R. Lavie O. Boldes R. Anteby E. Shimonovitch S. Lazarovitch T. Friedmann A. Simultaneous detection of three common sexually transmitted agents by polymerase chain reaction. Am. J. Obstet. Gynecol. 171 1994 784 790
Mitsuhashi M. Technical report: part 2. Basic requirements for designing optimal PCR primers. J. Clin. Lab. Anal. 10 1996 285 293
Morse S. A. Trees D. L. Htun Y. Radebe F. Orle K. A. Dangor Y. Beck-Sague C. M. Schmid S. Fehler G. Weiss J. B. Ballard R. C. Comparison of clinical diagnosis and standard laboratory and molecular methods for the diagnosis of genital ulcer disease in Lesotho: association with human immunodeficiency virus infection. J. Infect. Dis. 175 1997 583 589
Moschettini D. De Milito A. Catucci M. Marconi A. Rinina C. Bianchi-Bandinelli M. L. Valensin P. E. Detection of human herpesvirus 6 and 7 in heart transplant recipients by multiplex polymerase chain reaction method. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 17 1998 117 119
Myeroson D. Lingenfelter P. A. Gleaves C. A. Meyers J. D. Bowden R. A. Diagnosis of cytomegalovirus pneumonia by polymerase chain reaction with archived frozen lung tissue and bronchoalveolar lavage fluid. Am. J. Clin. Pathol. 100 1993 407 413
Nadin-Davis S. A. Huang W. Wandeler A. I. The design of strain-specific polymerase chain reaction for discrimination of the raccoon rabies virus strain from indigenous rabies viruses of Ontario. J. Virol. Methods 57 1996 1 14
Nedjar S. Mitchell F. Biswas R. Simultaneous amplification and detection of specific hepatitis B virus and hepatitis C virus genomic sequences in serum samples. J. Med. Virol. 42 1994 212 216
Nicodème P. Steyaert J. Selecting optimal oligonucleotide primers for multiplex PCR. Intelligent Syst. Mol. Biol. 51 1997 210 213
Pizzighella S. Pisoni G. Bevilacqua F. Vaona A. Simultaneous polymerase chain reaction detection and restriction typing for the diagnosis of human genital papillomavirus infection. J. Virol. Methods 55 1995 245 256
Pozo F. Tenorio A. Detection and typing of lymphotropic herpesviruses by multiplex polymerase chain reaction. J. Virol. Methods 79 1999 9 19
Pring-Akerblom P. Trijssenaar F. E. J. Adrian T. Hoyer H. Multiplex polymerase chain reaction for subgenus-specific detection of human adenovirus in clinical samples. J. Med. Virol. 58 1999 87 92
Rajeev B. Biswas J. Molecular biologic techniques in ophthalmic pathology. Indian J. Ophthalmol. 46 1998 3 13
Reubel G. H. Crabb B. S. Studdert M. J. Diagnosis of equine gammaherpesvirus 2 and 5 infections by polymerase chain reaction. Arch. Virol. 140 1995 1049 1060
Rithidech K. N. Dunn J. J. Gordon C. R. Combining multiplex and touchdown PCR to screen murine microsatellite polymorphisms. BioTechniques 23 1997 36 45
Robertson J. M. Walsh-Weller J. An introduction to PCR primer design and optimisation of amplification reactions. Methods Mol. Biol. 98 1998 121 154
Rochelle P. A. Leon R. D. Stewart M. H. Wolfe R. L. Comparison of primers and optimization of PCR conditions for detection of Cryptosporidium parvum and Giardia lamblia in water. J. Clin. Microbiol. 63 1997 106 114
Ruano G. Brash D. E. Kidd K. K. PCR: the first few cycles. Amplifications 7 1991 1 4
Sevall J. S. Detection of parvovirus B19 by dot-blot and polymerase chain reaction. Mol. Cell. Probes 4 1990 237 246
Sherlock J. Cirigliano V. Petrou M. Tutschek B. Adinolfi M. Assessment of diagnostic quantitative fluorescent multiplex polymerase chain reaction assays performed on single cells. Ann. Hum. Genet. 62 1998 9 23
Shuber A. P. Grondin V. J. Klinger K. W. A simplified procedure for developing multiplex PCRs. Genome Res. 5 1995 488 493
Shuber A. P. Skoletsky J. Stern R. Handelin B. L. Efficient 12-mutation testing in the CFTR gene: a general model for complex mutation analysis. Hum. Mol. Genet. 2 1993 153 158
Soler C. Allibert P. Chardonnet Y. Cros P. Mandrand B. Thivolet J. Detection of human papillomavirus types 6, 11, 16 and 18 in mucosal and cutaneous lesions by the multiplex polymerase chain reaction. J. Virol. Methods 35 1991 143 157
Sunzeri F. J. Lee T. H. Bronlee R. G. Busch M. P. Rapid simultaneous detection of multiple retroviral DNA sequences using the polymerase chain reaction and capillary DNA chromatography. Blood 77 1991 879 886
Taylor G. R. Robinson P. The polymerase chain reaction: from functional genomics to high-school practical classes. Curr. Opin. Biotechnol. 9 1998 35 42
Tenorio A. Echevarria J. E. Casas I. Echevarria J. M. Tabares E. Detection and typing of human herpesviruses by multiplex polymerase chain reaction. J. Virol. Methods 44 1993 261 269
Vandenvelde C. Verstraete M. Van Beers D. Fast multiplex polymerase chain reaction on boiled clinical samples for rapid viral diagnosis. J. Virol. Methods 30 1990 215 227
Vangrysperre W. De Clercq K. Rapid and sensitive polymerase chain reaction based detection and typing of foot-and-mouth disease virus in clinical samples and cell culture isolates, combined with a simultaneous differentiation with other genomically and/or symptomatically related viruses. Arch. Virol. 141 1996 331 344
Vesy C. J. Greenson J. K. Papp A. C. Snyder P. J. Qualman S. J. Prior T. W. Evaluation of celiac disease biopsies for adenovirus 12 and using a multiplex polymerase chain reaction. Mod. Pathol. 6 1993 61 64
Wattel E. Mariotti M. Agis F. Gordien E. Prou O. Courouce A. M. Rouger P. Wain-Hobson S. Chen I. S. Lefrere J. J. Human T lymphotropic virus (HTLV) type I and II DNA amplification in HTLV-I/II-seropositive blood donors of the French West Indies. J. Infect. Dis. 165 1992 369 372
Williams J. F. Optimization strategies for the polymerase chain reaction. BioTechniques 7 1989 762 769
Winn-Deen E. S. Automation of molecular genetic methods. Part 2: DNA amplification techniques. J. Clin. Ligand Assay 19 1996 21 26
Zheng P. S. Li S. R. Iwasaka T. Song J. Gui M. H. Sugimori H. Simultaneous detection by consensus multiplex PCR of high- and low-risk and other types of human papilloma virus in clinical samples. Gynecol. Oncol. 58 1995 179 183
Zimmermann K. Schogl D. Plaimauer B. Mannhalter J. W. Quantitative multiple competitive PCR of HIV-1 DNA in a single reaction tube. BioTechniques 21 1996 480 484