(超)多重PCR的技术门槛,到底高不高?

创业   2024-09-11 09:15   浙江  

文章来源于科研入门狗,作者Lemon wl

(超)多重PCR的技术门槛到底高不高,做过PCR的人都明白,做单重PCR都会有二聚体和非特异扩增的存在,更何况一管内扩增几千重,那二聚体和非特异扩增简直就是灾难级别的,根本看不到目标条带,二聚体完全掩盖住了目标条带扩增。目前,突破多重PCR技术壁垒,基本可以归纳为2个方向:生信设计和实验改造。

一、生信算法

很多科研团队开发了很多多重PCR引物的算法和软件,如下表,MultiPLX计算现有PCR引物的相容性评分,并对多重PCR引物进行分组;Oli2go将多个序列作为输入,为所有序列设计多重引物和探针,其特异性检查不仅限于单个物种,而且可以在多种物种上进行;MPprimer和PrimerStation设计多重引物组,其扩增子的大小不同,以便通过电泳分离;MCMC-ODPR采用Markov chain Monte Carlo优化方法,围绕单核苷酸多态性设计多重简并引物,注重引物的可重复使用性,以降低成本。

最引人注目的,应该是阅尔基因济大学附属上海肺科医院任胜祥教授合作在Nature Communications上的,一种二聚体似然估计的模拟退火设计(SADDLE)的算法。在大型扩增子法测序panel中首次实现了超低的引物二聚体水平,研究团队进一步设计了384-plex panel(768 对引物)进行验证,优化流程耗时60分钟,而最终实验观察到的引物二聚体比例仅为1%。

二、实验优化

实验优化的逻辑其实很简单,多重PCR就好比多个鱼钩去钓鱼,现在问题出在鱼钩太多,那就对鱼钩进行优化,上面说的生信分析,就是利用生信算法,挑选整个体系中最合适的鱼钩,让鱼钩彼此之间不会有干扰。而实验方法,则是改造鱼钩,将鱼钩改造成不容易互相干扰的样式。如下图,联川生物改良创新的多重PCR技术方法,采用Ω引物结构,提高引物的特异性,减少非特异性扩增。


或者将鱼钩封住,等到需要它的时候,再让它发挥功能,如下图,IDT埃德特的rhAmp PCR技术,
使用带RNA碱基的rhAmp引物对目标区域进行多重PCR扩增
,RNase H2 对 DNA:RNA 杂合双链内的 RNA 碱基进行靶向切割
解除,3' 端封闭序列从而活化rhAmp 引物
。RNase H2 具有高度特异性只切割完全互补匹配的RNA碱基
,因此减少了非特异性杂交和引物二聚体

其中,最经典去除二聚体的方法,当然是引物中引入U碱基,扩增后,使用UDG等混酶,消化多余的引物,防止引物二聚体。还有其他很多的技术方法,大部分都是在引物上的修饰或改造。

上面说的技术方法,能够在一定程度上解决引物二聚体的干扰问题。但是很难彻底解决这个问题。因此多重PCR,依然存在重数限制,达到1000重算是很不错了。

在技术应用上,利用多重PCR进行病原菌检测,应该是技术门槛最高的,因为病原菌的含量在患者的组织或体液中有的很低,而且有人源基因组的扩增干扰问题(背景DNA太多),对于多重扩增带来了很大的问题。引物二聚体的问题更是突出。但是多重PCR技术的便捷和低价,是这个技术最大的优点,因此如果能够真的将多重PCR技术的诸多问题解决,在许多方面,可以大规模低成本的使用,如分子遗传育种、疾病诊断、病原体监测和突变识别等方面都可以发挥巨大价值。

文章来源于科研入门狗,作者Lemon wl

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