Có rất nhiều các phương pháp và quy trình khác nhau để nâng cao hiệu quả phản ứng PCR. Trong đó có một phương pháp khá thú vị gây được nhiều sự chú ý gọi là “Nanoparticle” PCR. Hiệu quả tăng cường phản ứng PCR của phương pháp này đã được báo cáo trong các bài báo khác nhau và có một số lí thuyết về cơ chế đằng sau phương pháp này.
Nanoparticle PCR là gì?
Một phản ứng PCR nano bao gồm các phân tử nhỏ với đặc tính vật lý đặc biệt để tăng cường phản ứng. Trước đây các nhà khoa học đã biết rằng các protein gắn kết đơn sợi và các phản ứng PCR được tăng hiệu quả bằng DMSO. Nhưng bên cạnh đó có rất nhiều hạt nano cũng có khả năng tăng cường độ đặc hiệu của PCR. Chúng bao gồm các hạt lượng tử, các ống nano đơn có vách và các ống nano nhiều vách [1].
Nhóm nghiên cứu của Liu là những người đầu tiên chứng minh rằng việc bổ sung các hạt nano vàng ở nồng độ nano (0,7-13 nM) làm tăng độ nhạy của PCR từ 10 đến 1000 lần, tùy thuộc vào các phương pháp PCR [2]. Họ cho rằng các hạt nano vàng có tính chất truyền nhiệt rất lớn, do đó có thể giúp tăng và giảm nhiệt độ PCR. Tương tự như vậy, hiện nay chúng tôi sử dụng ống/ tấm PCR làm bằng vật liệu mỏng nhất với hiệu quả truyền nhiệt cao và hỗn hợp phản ứng nhỏ nhất cho cùng một kết quả chính xác. Ngoài ra, sự truyền nhiệt tốt hơn làm giảm thời gian PCR, chứng minh bằng phương pháp quang tử PCR: sử dụng ánh sáng hướng vào một tấm vàng mỏng. Hệ thống này có thể chạy 50 chu kỳ PCR trong vòng 5 phút!
Ứng dụng trong đời sống
Dưới đây là hai ví dụ về sử dụng PCR nano để nâng cao độ nhạy:
Nhóm Cui đã thành công trong việc sử dụng bộ kit PCR nano để phân biệt giữa virus giả dại trong hoang dã và virut đã bị loại bỏ (chủng vaccine). Họ báo cáo rằng độ nhạy là 100-1000 lần đối với PCR thông thường. [3]
Nhóm của Cheng đã sử dụng PCR nano để phát hiện virut viêm ruột non từ chồn nở hoang dã và báo cáo độ nhạy tăng gấp 100 lần.
Làm thế nào để Nanoparticle PCR làm việc?
Tôi quan tâm đến việc viết về PCR nano, bởi vì tôi muốn hiểu nó hoạt động như thế nào. Có nhiều lý thuyết nói về cách nó làm tăng hiệu quả PCR, vì vậy, dưới đây là một vài lời giải thích về việc các hạt nano vàng, hay các hạt nano nói chung, làm tăng độ nhạy của PCR.
Dưới đây là các lý thuyết chính:
- Sự hấp phụ Polymerase: Đề xuất này đã được hỗ trợ bởi nhiều nhóm khác nhau [1, 5-7]. Về cơ bản, hạt nano vàng hấp thụ một số polymerase và điều chỉnh lượng polymerase có sẵn trong hệ thống, quan trọng trong việc tăng cường tính đặc hiệu của phản ứng.
- Sự hấp phụ mồi: các hạt nano hấp thụ các cặp mồi và làm giảm nhiệt độ nóng chảy ở sự hình thành kép giữa các cặp mồi đặc hiệu và cặp mồi lệch, dẫn tới làm tăng tính đặc hiệu của phản ứng. [1,6]
- Hấp thụ sản phẩm: Các hạt nano kết hợp với các sản phẩm PCR và thúc đẩy sự phân tách hiệu quả trong quá trình biến tính. [1,6]
- Khả năng dẫn nhiệt tốt hơn: Một nghiên cứu sử dụng mồi cạnh tranh và DNA tinh trùng cá hồi đã biến tính như là một nguồn cạnh tranh thêm và cho thấy các hạt nano vàng có thể làm tăng hiệu suất PCR thông qua tính dẫn nhiệt cao hơn. [2,8]
- Ưu tiên cho các sản phẩm PCR ngắn: ở một mức độ không đáng kể khác cho thấy các hạt nano vàng không làm tăng độ đặc hiệu của toàn bộ phản ứng PCR, mà là ngăn chặn sự hình thành các sản phẩm dài và ưu tiên các sản phẩm ngắn. [9]
Tăng độ nhạy PCR qua Nanoparticles
Vì vậy, PCR nano là một lựa chọn khác mà bạn muốn xem xét nếu bạn muốn tăng tính đặc hiệu và hiệu quả PCR của bạn. Bạn nghĩ cơ chế nào đang tham gia trong phản ứng PCR nano? Nghi ngờ của tôi là nó là một sự kết hợp của các yếu tố. Hãy cho tôi biết những gì bạn nghĩ!
Tài liệu tham khảo:
- Shen C and Z Zhang. (2013) An Overview of Nanoparticle-Assisted Polymerase Chain Reaction Technology. In Bio-Nanotechnology, edited by Debasis Bagchi CNS,IChE CN, nashi Bagchi FACN, Hiroyoshi Moriyama FACN, and Fereidoon Shahidi FRSC FACS, FAOCS, FCIC, FCIFST, FIAFoST, FIFT, 97–106. Blackwell Publishing Ltd., 2013
- Li M, Y Lin, C Wu, and H Liu. (2005) Enhancing the Efficiency of a PCR Using Gold Nanoparticles. Nucleic Acids Research. 33: e184. doi:10.1093/nar/gni183.
- Ma X, et.al. (2013) A Nanoparticle-Assisted PCR Assay to Improve the Sensitivity for Rapid Detection and Differentiation of Wild-Type Pseudorabies Virus and Gene-Deleted Vaccine Strains. Journal of Virological Methods. 193: 374–78. doi:10.1016/j.jviromet.2013.07.018.
- Wang J, et.al. (2015) Development of a Nanoparticle-Assisted PCR (nanoPCR) Assay for Detection of Mink Enteritis Virus (MEV) and Genetic Characterization of the NS1 Gene in Four Chinese MEV Strains. BMC Veterinary Research. 11: 1. doi:10.1186/s12917-014-0312-6.
- Mi L, et.al. (2007) Mechanism of the Interaction between Au Nanoparticles and Polymerase in Nanoparticle PCR. Chinese Science Bulletin. 52: 2345–49. doi:10.1007/s11434-007-0327-5.
- Lou X and Y Zhang. (2013) Mechanism Studies on NanoPCR and Applications of Gold Nanoparticles in Genetic Analysis. ACS Applied Materials & Interfaces. 5: 6276–84. doi:10.1021/am4013209.
- Bai Y, et. al. (2015) Nanoparticles Affect PCR Primarily via Surface Interactions with PCR Components: Using Amino-Modified Silica-Coated Magnetic Nanoparticles as a Main Model. ACS Applied Materials & Interfaces. 7: 13142–53. doi:10.1021/am508842v.
- Lin Y, et.al. (2013) Mechanism of Gold Nanoparticle Induced Simultaneously Increased PCR Efficiency and Specificity. Chinese Science Bulletin. 58: 4593–601. doi:10.1007/s11434-013-6080-z.
- Vu BV, D Litvinov, and RC Willson. (2008) Gold Nanoparticle Effects in Polymerase Chain Reaction: Favoring of Smaller Products by Polymerase Adsorption. ResearchGate. 80: 5462–67. doi:10.1021/ac8000258.
Nguồn gốc bài viết: Bitesizebio
Người dịch: Trà My
Biên tập: Sinhhocvietnam.com
