В клетке могут встречаться редкие мутации, например лишь в одной из нескольких сотен клеточных митохондриальных ДНК. В общей смеси при обычном ПЦР при таком сильном разведении эти мутации невозможно обнаружить. Похожая картина нередко наблюдается в отношении минорных опухолевых мутациях. Цифровой капельный ПЦР (Droplet Digital PCR) — усовершенствованный метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), при котором реакционная смесь после добавления ДНК распыляется на множество мельчайших капель, попадающих на лунки чипа. Чип может содержать несколько десятков тысяч ячеек, на которых в каплях протекает ПЦР. При этом возможна визуализация результата реакции с каждой ячейки. По завершению реакции данный чип может быть использован для проведения секвенирования или клонирования с каждой капли.
Система QX200 Droplet Digital PCR предназначена для проведения цифровой капельной ПЦР третьего поколения, позволяющей добиться высочайшей точности и достоверности результатов. QX200 обеспечивает абсолютную количественную оценку ДНК- и РНК-мишеней как с помощью зондов так и с помощью интеркалирующего красителя EvaGreen, исключая использования калибровочных кривых .
Система включает в себя QX200 Droplet Generator (генератор микродисперсионных капель из кДНК или РНК-содержащих образцов) и QX200 Droplet Reader (позволяет осуществлять сверхчувствительный и точный автоматический анализ продуктов амплификации.
Преимущества цифрового капельного ПЦР по сравнению с RТ ПЦР:
- гибкость системы и оптимизация ее для EvaGreen и TaqMan зондов любых производителей;
- сверхчувствительность и сверхточность количественного анализа продуктов амплификации гена-мишени в каждой капле образца;
- фракционирование образцов на нанокапли сводит к минимуму влияние на результат исследований таких параметров как наличие ингибиторов ПЦР и эффективности;
- протекания амплификации за счет абсолютного подсчета гена-мишени в каждой капле;
- отсутствие необходимости использования калибровочных кривых;
- прямое обнаружение редкого варианта гена-мишени в сложном окружении.
Применения системы цифровой ПЦР QX200 Droplet Digital PCR:
- Количественная оценка биомаркеров рака. Мутациям, ассоциированным с онкологией, часто удаётся избежать детектирования из-за их низкой концентрации по сравнению с фоновой ДНК дикого типа в том же образце. За счёт высокой чувствительности система QX200 позволяет детектировать и количественно оценивать мутации в концентрациях от 0,0001% (!) - одна на сто тысяч.
- Обнаружение и оценка возбудителей заболеваний. Точная количественная оценка вирусной нагрузки крайне важна для определения состояния заболевания, разработки, утверждения и оценки эффективности терапии. QX200 обладает чувствительностью достаточной для обнаружения сверхмалых количеств вирусного генетического материала и в том числе и в сложных смесях
- Определение количества копий гена (CNV). Вариации числа копий гена (CNV) является значимым источником полиморфизма в геноме человека. CNV ассоциируется с раком, неврологическими и аутоиммунными заболеваниями, а также с побочными эффектами при воздействии лекарственных средств. QX200 позволяет определить CNV с точностью соотношения 1.2х (!), например, пять против шести.
- Валидация и количественная оценка библиотек NGS. С помощью технологии цифровой ПЦР можно качественно и количественно оценить библиотеку, что позволяет наиболее эффективно использовать секвенаторы.
- Анализ экспрессии генов. Капельная цифровая ПЦР позволяет количественно определить уровень экспрессии гена. Благодаря высокой точности и чувствительности метода возможна оценка минимального 10% (!) изменения экспрессии, в том числе и при низких концентрациях.
- Тестирование продуктов на наличие ГМО. С точностью до тысячных долей процента позволяет оценить количество генетически модифицированных ингредиентов в продуктах питания, сырье кормах.
Этапы проведения эксперимента при использовании метода цифровой ПЦР.
Капельная цифровая ПЦР осуществляется в четыре последовательных этапа:
- Подготовка реакционной смеси. Подготавливают 20 мкл реакционной ПЦР смеси для каждого образца, затем смесь помещают в пластиковый картридж QX200 droplet генератора.
- Генерация капель. В соответствующие каналы картриджа заливается специальное минеральное масло, и наполненный картридж устанавливают в QX200 droplet генератор, где образцы и масло соединяются между собой по микро каналам внутри картриджа для получения эмульсии — около 20 000 монодисперсных капель для каждого из 8 подготовленных образцов. Объем каждой капли 1 нл.
- Полимеразная цепная реакция. Эмульсионные образцы переносятся на стандартную 96-луночную плашку для ПЦР и амплифицируются с помощью стандартного термоциклера, например C1000 touch.
- Считывание и анализ результатов. После завершения ПЦР плашка загружается в QX200 droplet ридер, который обеспечивает анализ флуоресцентного сигнала капель, детектируя каждую каплю по очереди и определяя, какие капли содержат мишень, а какие нет. Анализ результатов осуществляется с помощью программного обеспечения ddPCR.
Характеристики:
- Генератор капель водно-масляной эмульсии QX200 Droplet Generator:
- исходный объем образца, мкл ̶ 20;
- емкость, количество образцов/картридж ̶ 8;
- количество капель на образец ̶ 20 000;
- габариты, ШхГхВ, мм ̶ 280×360×130;
- вес, кг ̶ 4,5.
- Считыватель капель QX200 Droplet Reader:
- производительность, лунки/ч ̶ 32;
- количество капель на 96-луночный планшет, млн. ̶ ~1,5;
- облучение образца ̶ светоизлучающие диоды;
- линейный динамический диапазон, порядки ̶ 5;
- детектирование образца ̶ многопиксельный счетчик фотонов;
- каналы детектирования ̶ FAM (EvaGreen), HEX (VIC);
- точность ̶ ±10%;
- габариты, ШхГхВ, мм ̶ 660×520×290;
- вес, кг ̶ 26.