fcmedicineФундаментальная и клиническая медицинаFundamental and Clinical Medicine2500-07642542-0941КемГМУ10.23946/2500-0764-2021-6-1-77-85fcmedicine-376Research ArticleЛЕКЦИИLECTURESМолекулярно-генетические методы в практике современных медико-биологических исследований. Часть II: использование ПЦР в диагностике инфекционных заболеваний человекаMolecular genetic techniques in current biomedical research. Part II: PCR applications in diagnostics of human infectious diseaseshttps://orcid.org/0000-0003-1169-715XВолковА. Н.VolkovA. N.

Волков Алексей Николаевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии с основами генетики и паразитологии; старший научный сотрудник центральной научно-исследовательской лаборатории

650056, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а

Alexey N. Volkov, Dr., PhD, Associate Professor, Department of Biology, Genetics and Parasitology; Senior Researcher, Central Research Laboratory

22a, Voroshilova Street, Kemerovo, 650056

volkov_alex@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3148-8788НачеваЛ. В.NachevaL. V.

Начева Любовь Васильевна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой биологии с основами генетики и паразитологии

650056, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а

Lyubov V. Nacheva, Prof., MD, DSc, Professor, Head of the Department of Biology, Genetics, and Parasitology

22a, Voroshilova Street, Kemerovo, 650056

https://orcid.org/0000-0002-3475-9125ЗахароваЮ. В.ZakharovaYu. V.

Захарова Юлия Викторовна, доктор медицинских наук, доцент кафедры микробиологии, иммунологии и вирусологии

650056, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а

Yuliyа V. Zakharova, Dr., MD, DSc, Associate Professor, Department of Microbiology, Immunology and Virology

22a, Voroshilova Street, Kemerovo, 650056

ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияKemerovo State Medical UniversityRussian Federation202129032021617785Copyright © Волков А.Н., Начева Л.В., Захарова Ю.В., 20212021Волков А.Н., Начева Л.В., Захарова Ю.В.Volkov A.N., Nacheva L.V., Zakharova Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fcm.kemsmu.ru/jour/article/view/376

ПЦР-диагностика является одним из наиболее современных и технологичных методов выявления микроорганизмов. Основанная на амплификации нуклеиновых кислот, ПЦР позволяет достичь высокой диагностической чувствительности и специфичности в сочетании с высокой скоростью выполнения исследования. В отличие от бактериологического метода ПЦР-диагностика не требует предварительного культивирования исследуемых микроорганизмов для их идентификации, что позволяет применять метод для обнаружения некультивируемых бактерий и вирусов. В лекции обсуждаются молекулярные процессы, положенные в основу современных технических решений для молекулярно-генетической диагностики. Рассматриваются фундаментальные и прикладные аспекты выполнения мультиплексной ПЦР и ПЦР с обратной транскрипцией. Анализируются способы качественного и количественного выявления возбудителей в биологических материалах с помощью молекулярно-генетических методов. Приводятся примеры использования ПЦР-исследования для решения конкретных диагностических задач. Лекция ориентирована на студентов медико-биологических специальностей, а также молодых специалистов, планирующих использовать в своей практической деятельности молекулярно-генетические методы исследований.

Polymerase chain reaction (PCR)-based diagnostics is currently established as a gold standard for the detection of microorganisms. The features of PCR include rapid amplification of DNA and RNA as well as high sensitivity and specificity. In contrast to diagnostic microbiology, PCR diagnostics does not require preliminary culture of the microorganisms for their identification, reducing both time and costs of the diagnostic procedure. The lecture discusses the molecular basis behind the modern technical solutions for the PCR diagnostics of human infectious diseases including multiplex and reverse transcription PCR. We describe the principles of qualitative and quantitative PCR-based detection of pathogens in biological samples and provide the examples of PCR application for solving specific diagnostic scenarios. The lecture is primarily designed for students of biomedical specialties and healthcare professionals using molecular genetic techniques in their practice.

молекулярно-генетическая диагностикаПЦРидентификация микроорганизмовmolecular genetic diagnosticsPCRmicrobial detectionReferencesWaller JV, Kaur P, Tucker A, Lin KK, Diaz MJ, Henry TS, Hope M. Diagnostic tools for Coronavirus disease (COVID-19): Comparing CT and RT-PCR viral nucleic acid testing. AJR Am J Roentgenol. 2020;215(4):834-838. https://doi.org/10.2214/AJR.20.23418Waller JV, Kaur P, Tucker A, Lin KK, Diaz MJ, Henry TS, Hope M. Diagnostic tools for Coronavirus disease (COVID-19): Comparing CT and RT-PCR viral nucleic acid testing. AJR Am J Roentgenol. 2020;215(4):834-838. https://doi.org/10.2214/AJR.20.23418Long C, Xu H, Shen Q, Zhang X, Fan B, Wang C, Zeng B, Li Z, Li X, Li H. Diagnosis of the Coronavirus disease (COVID-19): rRT-PCR or CT? Eur J Radiol. 2020;126:108961. https://doi.org/10.1016/j.ejrad.2020.108961Long C, Xu H, Shen Q, Zhang X, Fan B, Wang C, Zeng B, Li Z, Li X, Li H. Diagnosis of the Coronavirus disease (COVID-19): rRT-PCR or CT? Eur J Radiol. 2020;126:108961. https://doi.org/10.1016/j.ejrad.2020.108961Волков А.Н., Начева Л.В. Молекулярно-генетические методы в практике современных медико-биологических исследований. Часть I: Теоретические основы ПЦР-диагностики. Фундаментальная и клиническая медицина. 2020;5(4):133-140 https://doi.org/10.23946/2500-0764-2020-5-4-133-140Volkov AN, Nacheva LV. Molecular genetic techniques in current biomedical research. Part I: Theoretical basis of PCR-diagnostics. Fundamental and Clinical Medicine. 2020;5(4):133-140. (In Russ.). https://doi.org/10.23946/2500-0764-2020-5-4-133-140Pardee K, Green AA, Takahashi MK, Braff D, Lambert G, Lee JW, Ferrante T, Ma D, Donghia N, Fan M, Daringer NM, Bosch I, Dudley DM, O'Connor DH, Gehrke L, Collins JJ. Rapid, Low-Cost Detection of Zika Virus Using Programmable Biomolecular Components. Cell. 2016;165(5):1255-1266. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.04.059Pardee K, Green AA, Takahashi MK, Braff D, Lambert G, Lee JW, Ferrante T, Ma D, Donghia N, Fan M, Daringer NM, Bosch I, Dudley DM, O'Connor DH, Gehrke L, Collins JJ. Rapid, Low-Cost Detection of Zika Virus Using Programmable Biomolecular Components. Cell. 2016;165(5):1255-1266. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.04.059Zhou L, Chandrasekaran AR, Punnoose JA, Bonenfant G, Charles S, Levchenko O, Badu P, Cavaliere C, Pager CT, Halvorsen K. Programmable low-cost DNA-based platform for viral RNA detection. Sci Adv. 2020;6(39):eabc6246. https://doi.org/10.1126/sciadv.abc6246Zhou L, Chandrasekaran AR, Punnoose JA, Bonenfant G, Charles S, Levchenko O, Badu P, Cavaliere C, Pager CT, Halvorsen K. Programmable low-cost DNA-based platform for viral RNA detection. Sci Adv. 2020;6(39):eabc6246. https://doi.org/10.1126/sciadv.abc6246Wong Y, Othman S, Lau Y, Radu S, Chee H. Loop-mediated isothermal amplifcation (LAMP): a versatile technique for detection of micro-organisms. J Appl Microbiol. 2018;124(3):626-643. https://doi.org/10.1111/jam.13647Wong Y, Othman S, Lau Y, Radu S, Chee H. Loop-mediated isothermal amplifcation (LAMP): a versatile technique for detection of micro-organisms. J Appl Microbiol. 2018;124(3):626-643. https://doi.org/10.1111/jam.13647Forbes BA, Hall GS, Miller MB, Novak SM, Rowlinson M-C, Salfnger M, Somoskövi A, Warshauer DM, Wilson ML. Practice guidelines for clinical microbiology laboratories: mycobacteria. Clin Microbiol Rev. 2018;31(2):e00038-17. https://doi.org/10.1128/CMR.00038-17Forbes BA, Hall GS, Miller MB, Novak SM, Rowlinson M-C, Salfnger M, Somoskövi A, Warshauer DM, Wilson ML. Practice guidelines for clinical microbiology laboratories: mycobacteria. Clin Microbiol Rev. 2018;31(2):e00038-17. https://doi.org/10.1128/CMR.00038-17Mikheecheva NE, Zaychikova MV, Melerzanov AV, Danilenko VN. A nonsynonymous SNP catalog of Mycobacterium tuberculosis virulence genes and its use for detecting new potentially virulent sublineages. Genome Biol Evol. 2017;9(4):887-899. https://doi.org/10.1093/gbe/evx053Mikheecheva NE, Zaychikova MV, Melerzanov AV, Danilenko VN. A nonsynonymous SNP catalog of Mycobacterium tuberculosis virulence genes and its use for detecting new potentially virulent sublineages. Genome Biol Evol. 2017;9(4):887-899. https://doi.org/10.1093/gbe/evx053Torfs E, Piller T, Cos P, Cappoen D. Opportunities for overcoming Mycobacterium tuberculosis drug resistance: emerging mycobacterial targets and host-directed therapy. Int J Mol Sci. 2019;20(12):2868. https://doi.org/10.3390/ijms20122868Torfs E, Piller T, Cos P, Cappoen D. Opportunities for overcoming Mycobacterium tuberculosis drug resistance: emerging mycobacterial targets and host-directed therapy. Int J Mol Sci. 2019;20(12):2868. https://doi.org/10.3390/ijms20122868Chae H, Han SJ, Kim S-Y, Ki C-S, Huh HJ, Yong D, Koh W-J, Shin SJ. Development of a one-step multiplex PCR assay for differential detection of major Mycobacterium species. J Clin Microbiol. 2017;55(9):2736-2751. https://doi.org/10.1128/JCM.00549-17Chae H, Han SJ, Kim S-Y, Ki C-S, Huh HJ, Yong D, Koh W-J, Shin SJ. Development of a one-step multiplex PCR assay for differential detection of major Mycobacterium species. J Clin Microbiol. 2017;55(9):2736-2751. https://doi.org/10.1128/JCM.00549-17Sea-liang N, Sereemaspun A, Patarakul K, Gaywee J, Rodkvamtook W, Srisawat N, Wacharaplusadee S, Hemachudha T. Development of multiplex PCR for neglected infectious diseases. PLoS Negl Trop Dis. 2019;13(7):e0007440. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0007440Sea-liang N, Sereemaspun A, Patarakul K, Gaywee J, Rodkvamtook W, Srisawat N, Wacharaplusadee S, Hemachudha T. Development of multiplex PCR for neglected infectious diseases. PLoS Negl Trop Dis. 2019;13(7):e0007440. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0007440Волков А.Н. Апробация тест-системы для одновременного ПЦР-анализа пяти пародонтопатогенных микроорганизмов в биологическом образце. Медицина в Кузбассе. 2014;13(4):14-18Volkov AN. Approbation of test system for simultaneous PCR analysis of fve parodontopatogenic microorganisms in biological sample. Medicine in Kuzbass. 2014;13(4):14-18. (In Russ.).Onderdonk AB, Delaney ML, Fichorova RN. The human microbiome during bacterial vaginosis. Clin Microbiol Rev. 2016;29(2):223-238. https://doi.org/10.1128/CMR.00075-15Onderdonk AB, Delaney ML, Fichorova RN. The human microbiome during bacterial vaginosis. Clin Microbiol Rev. 2016;29(2):223-238. https://doi.org/10.1128/CMR.00075-15Pacha-Herrera D, Vasco G, Cruz-Betancourt C, Galarza JM, Barragán V, Machado A. Vaginal microbiota evaluation and Lactobacilli quantifcation by qPCR in pregnant and non-pregnant women: A pilot study. Front Cell Infect Microbiol. 2020;10:303. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00303Pacha-Herrera D, Vasco G, Cruz-Betancourt C, Galarza JM, Barragán V, Machado A. Vaginal microbiota evaluation and Lactobacilli quantifcation by qPCR in pregnant and non-pregnant women: A pilot study. Front Cell Infect Microbiol. 2020;10:303. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00303Kralik P, Ricchi M. A Basic guide to Real Time PCR in microbial diagnostics: defnitions, parameters, and everything. Front Microbiol. 2017;8:108. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00108Kralik P, Ricchi M. A Basic guide to Real Time PCR in microbial diagnostics: defnitions, parameters, and everything. Front Microbiol. 2017;8:108. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00108Zhu H, Zhang H, Xu Y, Laššáková S, Korabečná M, Neužil P. PCR past, present and future. BioTechniques. 2020;69(4):317- 325. https://doi.org/10.2144/btn-2020-0057Zhu H, Zhang H, Xu Y, Laššáková S, Korabečná M, Neužil P. PCR past, present and future. BioTechniques. 2020;69(4):317- 325. https://doi.org/10.2144/btn-2020-0057Нарвская О.В. Вирус папилломы человека. Эпидемиология, лабораторная диагностика и профилактика папилломавирусной инфекции. Инфекция и иммунитет. 2011;1(1):15-22Narvskaya OV. Virus of human papilloma. Epidemiology, laboratory diagnostics and prevention of papilloma viral infection. Infektsiya i immunitet. (Russian Journal of Infection and Immunity). 2011;1(1):15-22. (In Russ.).Holl K, Nowakowski AM, Powell N, McCluggage WG, Pirog EC, Collas De Souza S, Tjalma WA, Rosenlund M, Fiander A, Castro Sánchez M, Damaskou V, Joura EA, Kirschner B, Koiss R, O'Leary J, Quint W, Reich O, Torné A, Wells M, Rob L, Kolomiets L, Molijn A, Savicheva A, Shipitsyna E, Rosillon D, Jenkins D. Human papillomavirus prevalence and typedistribution in cervical glandular neoplasias: Results from a European multinational epidemiological study. Int J Cancer. 2015;137(12):2858-2868. https://doi.org/10.1002/ijc.29651Holl K, Nowakowski AM, Powell N, McCluggage WG, Pirog EC, Collas De Souza S, Tjalma WA, Rosenlund M, Fiander A, Castro Sánchez M, Damaskou V, Joura EA, Kirschner B, Koiss R, O'Leary J, Quint W, Reich O, Torné A, Wells M, Rob L, Kolomiets L, Molijn A, Savicheva A, Shipitsyna E, Rosillon D, Jenkins D. Human papillomavirus prevalence and typedistribution in cervical glandular neoplasias: Results from a European multinational epidemiological study. Int J Cancer. 2015;137(12):2858-2868. https://doi.org/10.1002/ijc.29651Hu W-S, Hughes SH. HIV-1 reverse transcription. Cold Spring Harb Perspect Med.2012;2(10):a006882. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a006882Hu W-S, Hughes SH. HIV-1 reverse transcription. Cold Spring Harb Perspect Med.2012;2(10):a006882. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a006882Casamassimi A, Federico A, Rienzo M, Esposito S, Ciccodicola A. Transcriptome profling in human diseases: new advances and perspectives. Int J Mol Sci. 2017;18(8):1652. https://doi.org/10.3390/ijms18081652Casamassimi A, Federico A, Rienzo M, Esposito S, Ciccodicola A. Transcriptome profling in human diseases: new advances and perspectives. Int J Mol Sci. 2017;18(8):1652. https://doi.org/10.3390/ijms18081652

The authors declare that there are no conflicts of interest present.