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　　分子診斷在檢測遺傳疾病、監(jiān)控抗癌療法和抵抗侵襲性細(xì)菌感染中發(fā)揮著越來越重要的作用。隸屬于Scope Fluidics集團(tuán)(Scope Fluidics group)的Curiosity Diagnostics公司(以下稱作CD公司)開發(fā)出一種新的DNA分析技術(shù)：協(xié)同PCR(synergistic PCR, sPCR)。這種方法將如今的兩種最為流行的遺傳密碼分析技術(shù)的優(yōu)勢結(jié)合在一起，能夠在廣泛使用的儀器上執(zhí)行。相關(guān)研究結(jié)果于2017年3月22日在線發(fā)表在Scientific Reports期刊上，論文標(biāo)題為“Calibration-free assays on standard real-time PCR devices”。

　　波蘭科學(xué)院物理化學(xué)研究所(IPC-PAS)教授Piotr Garstecki(也在CD公司任職)說，“我們提出的這種DNA檢測技術(shù)是開發(fā)創(chuàng)新性的PCR|ONE分析儀期間想出的。利用這種分析儀僅在7分鐘內(nèi)就可完成對(duì)遺傳密碼的測試。它比常規(guī)測試方法所需的時(shí)間縮短了7倍多。”

　　用于DNA測定的樣品永昌含有如此少的遺傳物質(zhì)以至于利用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)對(duì)它們進(jìn)行分析是不可能的。在消除樣品中的雜質(zhì)之后，第一步就是增加遺傳物質(zhì)數(shù)量，經(jīng)常增加高達(dá)10億倍。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)就是為完成此目標(biāo)。

　　PCR擴(kuò)增反應(yīng)涉及對(duì)含有被擴(kuò)增的遺傳物質(zhì)和合適的試劑的溶液進(jìn)行循環(huán)加熱和冷卻。這些試劑包括一種催化DNA合成反應(yīng)的聚合酶；合成DNA鏈所需的核苷酸；引物，即能夠結(jié)合到被擴(kuò)增的遺傳密碼片段(如特定的基因)的起始處和結(jié)束處的短DNA片段。每個(gè)PCR循環(huán)分為加熱階段和冷卻階段。在加熱階段，在大約95℃的溫度下，DNA的氫鍵被破壞，因此DNA雙鏈分裂成兩個(gè)單鏈。在冷卻階段，在大約50℃的溫度下，溶液中的引物結(jié)合到這些DNA單鏈的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)上，此后，這種聚合酶合成出位于這些位點(diǎn)之間的互補(bǔ)鏈。在理想條件下，在每個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)，雙鏈DNA片段的數(shù)量是每個(gè)循環(huán)開始時(shí)的2倍。

　　PCR被用來檢測一場物質(zhì)的特定片段和估計(jì)一場物質(zhì)的初始數(shù)量。定量測定通常是利用一種被稱作實(shí)時(shí)熒光PCR的模擬技術(shù)開展的，在對(duì)樣品進(jìn)行擴(kuò)增的時(shí)候，在隨后的擴(kuò)增循環(huán)中，利用熒光染料檢測樣品中的DNA數(shù)量。但熒光變化的強(qiáng)度超過一種設(shè)定的閾值時(shí)，遺傳物質(zhì)的初始數(shù)量可基于循環(huán)數(shù)加以估計(jì)。這種模擬PCR技術(shù)是相對(duì)簡單的，但是由PCR靈敏度，甚至顆粒雜質(zhì)的存在，它需要仔細(xì)地和持續(xù)地校準(zhǔn)。另一種方法是數(shù)字PCR。樣品被等體積地分成幾萬或幾十萬份，有時(shí)甚至是幾百萬份。隨后，在每份樣品中，對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)增，而且如果設(shè)定的變化出現(xiàn)的話，那么就測定它的數(shù)量。在對(duì)樣品DNA進(jìn)行分配期間，DNA分子僅適合進(jìn)行一些分配，因此設(shè)定的變化不會(huì)都會(huì)出現(xiàn)。因此，樣品中的DNA初始數(shù)量能夠基于記錄的信號(hào)數(shù)量加以估計(jì)。數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢在于沒有必要對(duì)數(shù)字PCR儀進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，鑒于需要平行開展大量的反應(yīng)，這種測試儀器是昂貴的，在實(shí)驗(yàn)室中并不像模擬PCR儀那樣比較常見。

　　CD公司和IPC-PAS提出的sPCR技術(shù)將這種模擬PCR和數(shù)字PCR方法最為重要的優(yōu)勢結(jié)合在一起。為了獲得可靠的測量，對(duì)樣品僅稀釋十二份，或者最多幾十份。這種方法不需要校準(zhǔn)。

　　在CD公司開發(fā)了這種sPCR方法的IPC-PAS博士生Pawel Debski說，“我們的技術(shù)的特征是較少的稀釋份數(shù)，這具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。”

　　由于少量的樣品稀釋份數(shù)，這種sPCR技術(shù)要比數(shù)字PCR更容易執(zhí)行，而且略快一些。然而，相比于模擬PCR技術(shù)，它需要更多的試劑。根據(jù)這些研究人員的說法，它將不會(huì)替換模擬PCR技術(shù)。不過，它可能是一種有價(jià)值的新技術(shù)，這是因?yàn)樗恍栊?zhǔn)，因而允許實(shí)驗(yàn)室工作人員獨(dú)立地驗(yàn)證模擬PCR測量的準(zhǔn)確性。

　　Garstecki強(qiáng)調(diào)道，“我們的DNA測試技術(shù)已被申請(qǐng)專利。不過，我們想要突出可自由地將它用于非商業(yè)目的。鑒于它利用常規(guī)的流行的基因測試儀器，所有你需要開始做的是獲得我們的文章。”

　　在標(biāo)準(zhǔn)的PCR儀中，樣品與附近的大塊交替加熱或冷卻材料之間相對(duì)較慢的熱量擴(kuò)散被用來加熱和冷卻遺傳物質(zhì)。在PCR|ONE儀器中，紅外線照射被用來快速地加熱樣品。擴(kuò)散冷卻機(jī)制也被加以改進(jìn)：用于這種目的的冷卻材料塊被常規(guī)的儀器中的更小，而且它被維持在一種恒定的嚴(yán)格受到控制的溫度下。由于技術(shù)改進(jìn)和分析方法改進(jìn)，這種PCR|ONE原型能夠在不到15分鐘內(nèi)完成DNA分析，而且這種sPCR方法本身僅需7分鐘。首批PCR|ONE儀器最有可能將在兩到三年內(nèi)上市。