一、环境要求
PCR的特点决定了进行反应的唯一DNA必须是实验者所加的模板,所以PCR应该在一个没有DNA污染的干净环境中进行。在医学上,当诊断涉及伦理道德方面的疾病时,可能还会遇到纠纷和官司。在进行食品的转基因成分检测时,由于污染可能导致错误的检测报告。
污染问题和进行无污染PCR所要求的洁净度之间的关系被比喻成操作病原体与好的微生物技术之间的关系,与微生物技术不同的是,“生物危害”主要是对PCR而非操作者本人。因而这种干净的环境是任何以PCR为基础的分析系统所需要的,不管其处理的样品数量如何。
二、污染的来源
PCR可从痕量的DNA扩增出大量的DNA产物使得PCR特别容易受到污染,主要是由于操作时产生气溶胶而引起的。污染的DNA可能有3个来源:一是来自其它测试样品的DNA;二是来自试验材料如重组克隆的DNA;三是来自同一靶序列前一次PCR的扩增产物,这种污染通常称为“遗留”污染,是最为麻烦的一种。
三、控制污染的方法
1.分区控制污染 把PCR实验室的各部分在区域上分为样品制备、前PCR区和后PCR区。在不同的地点进行PCR的目的是为了避免污染,即旧的PCR产物在对新的PCR分析的污染、分子克隆的污染和样品与样品之间的污染。将PCR过程的各部分在区域上分开需要额外的空间、资金和设备,但这一方法应该是任何污染控制策略的核心部分,必须进行资金等投入。
2.UNG控制污染使用尿嘧啶DNA-糖苷酶(UNG),并用脱氧尿苷三磷酸(dUTP) 代替脱氧胸苷三磷酸(dUTP)。 其做法是将所有的扩增反应与UNG酶进行预反应,可以去除残留在DNA中的dU(但不影响DNA、gUTP 或RNA),产生数十或数百的无碱基位点,DNA聚合酶会在这些位点处停滞。而且这些位点是不稳定的,在热循环中会发生断裂,每一种损伤都会防止重扩增的发生。PCR产物越长,UNG去污染的效率就越高,但对短于100bp的PCR产物不能用UNG完全消除污染。
3.紫外线控制污染用紫外线使干燥的DNA失活以减少器材表面模板DNA污染的手段,机理是通过在相邻的嘧啶碱基之间形成环丁烷而造成DNA损伤,环丁烷环形成链内的嘧啶二聚体,从而抑制了聚合酶介导的链延伸反应。其缺陷是不能消除所有污染,而只能将污染降低几个数量级,并且当DNA片断小于300bp时效果较差。另外象加样器、离心机等器材只有一小部分是向着光源的,这样就不能被紫外线有效地去除污染。因而,紫外线照射仅可以为保持PCR实验室的无污染提供额外的安全保障。
四、PCR 实验室各区的预防措施
1.样品准备区这个区域专门用作样品的准备,所有的样品都带进这个区域处理,以根据应用的需要提取DNA或RNA。在制备和操作用于核酸提取的试剂时应采取以下预防措施:
(1)实验者在任何时候都应该穿实验服和戴手套,手套要经常更换,尤其在DNA抽提过程中每1步之间都要更换。实验服要专门用于样品准备间,并经常清洗;
(2)只要能够得到可靠的结果,提取和纯化模板的方法越简单越好;
(3)要使用新鲜配制的或适当储存的未使用过的试剂或缓冲液来提取核酸,不要用以前用于别的样品的试剂;
(4)用于样品处理的工具不能被用作普通分子克隆的工具,也不能用于操作靶序列;
(5)DNA样品应该用有专门防护或正活塞式加样器,以防止在吸取样品时有气溶胶的产生遗留;
(6)大体积样品应该用单独包装的无菌一次性加样器吸取;
(7) Eppendorf 管尽量用进口的,在打开之前都要经短时离心(约10s),并用正确的手法缓慢打开,而不能用力崩开,以减少和避免气溶胶的产生;
(8) PCR产物和带有扩增序列的DNA克隆不能在这个区域操作;
(9)最好在实验台上铺设1次性台布,用完后丢弃;
(10)实验完毕应打开紫外线灯照射30min以上。
2.前PCR区此区域是专门用于准备各种反应的区域。
(1)如果实验室内部有合成引物或探针的能力,则引物的合成和纯化都应在远离PCR实验室的其它专门区域进行;
(2)用于操作引物的加样器应该是专用的并得到妥善保管。如引物被模板DNA污染,则这种污染不可能去掉,且经济损失也是较大的,并会导致假阳性的结果;
(3)此区域的实验服是专用的,不能用于其它区域;
(4)如果是1个人负责全部的实验,则实验者不能从此区域重新回到样品准备区,而只能从此区域到后PCR区作单方向的移动。
3.后PCR区
(1)此区域使用的所有试剂、一次性器材和仪器都必须是专门用于这一目的,绝不能用于任何前PCR活动的区域; .
(2)前PCR区与后PCR区应没有试剂和人员的混杂,实验者不能从此区域进人到前PCR区;
(3)在此区域建立适当的排风装置看来是必要的;
(4) PCR仪的位置看来是个小问题,但该仪器如有包括进行污染非敏感型的多种用途,折衷的办法是将仪器放在后PCR 区。
五、其它措施
1.保证高质量的实验用水 所有配制PCR试剂使用的水应该是新鲜蒸馏的去离子水,用0.22pm滤膜过滤的,并且经高压灭菌,储存过久的水应避免使用,认为购买的蒸馏水是干净的观点是错误的。纯水的制备应在没有DNA污染的其他实验室进行,如化学实验室等。如果实验室用水或纯水机被污染,则对整个实验是致命的。
2.手套的使用在配制试剂、操作样品、建立反应和检测扩增产物的全部过程中,都要戴手套并勤于更换,以避免核酸和核酸酶的污染;
3.正确的试剂配制与贮存使用的试剂应是“分析纯”以上、正规厂家生产和从正规渠道购买的,以避免重金属离子、核酸酶和其它非特异污染物的引入。所有的试剂应以大体积、高浓度(如10x、50x等)来配制,然后稀释和分装成仅够一次使用的量进行贮存,以保证实验的连续性和避免污染。
4.加样器的妥善保管应准备多支加样器以用于不同的PCR的操作,虽然这样会增加成本投入,但却是减少污染的有效办法;样品准备区和前PCR区使用的加样器在不使用时,将其保存在密封袋中是防止加样器污染的1种有效方法。
5.设立对照 应设立阳性、弱阳性和阴性对照。使用阳性对照时,应严格避免由对照引起的污染;使用弱阳性对照的目的是验证各种反应缓冲液中含扩增抑制物;阴性对照则要与每组样品同时做,以分析是否存在样品与样品和PCR产物的污染,阴性对照应包括除模板以外的所有试剂。
6.器材的处理所有试剂和样品准备过程中都使用1次性灭菌的瓶子和管子。一些较贵重的需要复利用的器材,如玻璃器皿,必须经强酸处理后,再经170℃,2h的干烤处理。某些认为125℃高压处理能够破坏模板DNA的想法和做法是不可靠的。
7.风淋 的使用如果把组织培养 或微生物操作的标准无菌技术用于PCR,如风淋的使用,则污染的风险将大大降低,但这无疑要大大增加成本的投入。

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