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giovedì 19 gennaio 2017

Adaptive PCR, a New Powerful Technique to Speed Up Genetic Analysis / PCR adattativo, una nuova tecnica potente per accelerare l'analisi genetica.

Adaptive PCR, a New Powerful Technique to Speed Up Genetic Analysis / PCR adattativo, una nuova tecnica potente per accelerare l'analisi genetica.




Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported

 by Dr. Joseph Cotellessa
adaptivepcr
Researchers at Vanderbilt University have developed a new way of performing PCR (polymerase chain reaction), or amplifying DNA so there’s enough of it to perform genetic analysis. The technique is called adaptive PCR and it relies on using only left-handed DNA (L-DNA), which is the mirror of normal DNA, to help regulate and monitor PCR. PCR is currently a fragile process that can be impeded by inexact sample preparation and environmental conditions. Having a way of continuously monitoring and guiding the process can lead to faster and cheaper results from genetic analysis and reduce the size of the machines used.
Though molecularly identical to DNA, L-DNA stays out of most biological processes. It can therefore be tagged with fluorescent markers, added to a PCR sample, and tracked as copies of DNA is made.
Changing the temperature of a sample during the tedious PCR process is both necessary and difficult to achieve. It has to be done during a number of steps, including when the DNA is split into strands and after primers are added to begin the PCR reaction. Today, timing of this process is done through estimation rather than in response to seeing when a certain step has actually been completed. Adaptive PCR instead relies on seeing changes in the fluorescence of L-DNA molecules as they undergo the same steps as the DNA in the same sample. In response to increases and decreases in fluorescence, the researchers know when a particular step has completed and so immediately move the process to the next one.
Here’s a captioned diagram explaining the adaptive PCR process, according to the researchers:
adaptive-pcr
Unlike standard PCR, adaptive PCR automatically controls the duplication process by monitoring it at the molecular level. The reaction is controlled during the three stages of the duplication cycle using red and yellow fluorescent labels attached to synthetic left-handed DNA (L-DNA) shown in blue. The L-DNA is added to a sample and mirrors the interactions of the natural DNA (D-DNA) shown in green: (1) In the denaturation stage (top right), the sample is heated enough to cause the DNA strands to separate. This causes the red and yellow fluorescent labels on the L-DNA to light up. (2) In the annealing stage (bottom right), the sample is cooled to cause left-handed PCR primers to bind to the L-DNA. This is detected by quenching of the red fluorescence. (3) In the elongation stage (bottom left) the D-DNA strands are copied by polymerase enzymes. The L-DNAs are not copied during this stage but are transitioning to the denaturation stage as indicated by brightening of the red label on the L-DNA. The total number of D-DNA molecules in the sample doubles each time the cycle repeats: forty cycles produces more than one trillion copies. (Nicholas Adams / Vanderbilt)
A differenza di PCR standard, il PCR adattativo controlla automaticamente il processo di duplicazione monitorando il processo al livello molecolare. La reazione viene controllata durante le tre fasi del ciclo di duplicazione utilizzando etichette fluorescenti rosso e giallo allegati alla sintesi del DNA mancini (L-DNA) in blu. La L-DNA viene aggiunta ad un campione e rispecchia le interazioni del DNA naturali (D-DNA) in verde: (1) Nella fase di denaturazione (in alto a destra), il campione è sufficientemente riscaldato per causare ai filamenti di DNA di separarsi . Questo fa sì che le etichette fluorescenti rosse e gialle sul L-DNA siano illuminate. (2) Nella fase di ricottura (in basso a destra), il campione viene raffreddato per causare al primer PCR mancino di legarsi all'L-DNA. Questo viene rilevato dal decadimento della fluorescenza rossa. (3) Nella fase di allungamento (in basso a sinistra) i filamenti D-DNA vengono copiati dagli enzimi polimerasi. I L-DNA non vengono copiati durante questa fase, ma stanno passando alla fase di denaturazione come indicato dalla illuminanda dell'etichetta rossa sul L-DNA. Il numero totale di molecole D-DNA nel campione raddoppia ogni volta che il ciclo si ripete: quaranta cicli produce più di un trilione copie.

Here’s a Vanderbilt video talking more about the new PCR technique:
Study in Analytical Chemistry
ITALIANO
I ricercatori della Vanderbilt University hanno sviluppato un nuovo modo di eseguire PCR (polymerase chain reaction), o amplificare il DNA per cui quindi non c'è abbastanza DNA per eseguire l'analisi genetica. La tecnica è chiamata PCR adattativo e si basa  utilizzando solo DNA mancini (L-DNA), che è lo specchio del DNA normale, per aiutare a regolare e controllare PCR. PCR è attualmente un processo fragile che può essere ostacolato dalla preparazione del campione inesatta e delle condizioni ambientali. Avere un modo di monitorare e guidare il processo può portare a risultati più rapidi e meno costosi da analisi genetiche e ridurre le dimensioni delle macchine utilizzate in modo continuo.

Anche se molecolarmente identico al DNA, L-DNA resta al di fuori della maggior parte dei processi biologici. Si può quindi etichettare con marcatori fluorescenti, aggiungere ad un campione PCR e monitorare come le copie di DNA sono fatte.

La modifica della temperatura di un campione durante il processo noioso di PCR  è sia necessaria che difficile da raggiungere. Deve essere fatto durante un certo numero di passaggi, anche quando il DNA è diviso in trefoli e dopo si aggiungono i primer per iniziare la reazione di PCR. Oggi, i tempi di questo processo sono fatti attraverso la stima piuttosto che in risposta per vedere quando un certo passaggio è stato effettivamente completato. Il PCR adattativo si basa invece nel vedere i cambiamenti nella fluorescenza di molecole di L-DNA in quanto sottoposti agli stessi passaggi del DNA nello stesso campione. In risposta ad aumenti e diminuzioni di fluorescenza, i ricercatori sanno quando un particolare passaggio è stato completato e quindi spostare immediatamente il processo per il prossimo passaggio.
Da:
http://www.medgadget.com/2017/01/adaptive-pcr-new-powerful-technique-speed-genetic-analysis.html