pcr en tiempo real

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Mg.Sc. Blgo. LUIS GUZMÁN MASIAS INSTITUO PERUANO DE BIOLOGÍA MOLECULAR [email protected] PCR en Tiempo Real

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Page 1: PCR en tiempo real

Mg.Sc. Blgo. LUIS GUZMÁN MASIASINSTITUO PERUANO DE BIOLOGÍA MOLECULAR

[email protected]

PCR en Tiempo Real

Page 2: PCR en tiempo real

Uso de PCR en tiempo real en publicaciones indexadas

(Medline)

Page 3: PCR en tiempo real

PCR1983 – 1985 : Reacción en cadena de la polimerasa

(PCR) Kary Mullis

Ventajas: Alta sensibilidad Alta especificidad Rapidez

Otras ventajas: • Detección a partir de cualquier muestra biológica

(sangre, piel, cabellos, saliva, líquido cefaloraquídeo, etc…)

• No es necesario que la muestra sea estéril • Detección de un patógeno en particular aún en

presencia de otros patógenos.

Page 4: PCR en tiempo real

RT-PCR : detección de mRNA PCR-RFLP : polimorfismo genético RAPDs : amplificación con random primers - polimorfismo

PCR Nested : amplificación de una secuencia dentro de otra

previamente amplificada

PCR Multiplex: varios targets diferentes en forma simultánea

Inverted PCR: para conocer secuencias flanqueadoras Long PCR : amplificación de fragmentos grandes 10 -20 kb.

VARIANTES DE PCR

Page 5: PCR en tiempo real

APLICACIONES DE PCR

Diagnóstico clínico

Monitoreo y Evaluación de terapia

Detección de cepas resistentes a antibióticos

Detección de mutaciones puntuales

Polimorfismo genético Filiación humana Medicina Forense Pedigrí animalControl de calidad

Page 6: PCR en tiempo real

POR QUÉ PCR EN TIEMPO REAL ESTÁ DESPLAZANDO AL PCR ESTANDAR?

QUE VENTAJAS PRESENTA EL PCR EN TIEMPO REAL?

Page 7: PCR en tiempo real

PCR Standard vs. PCR Tiempo Real

Análisis de punto finalDetección del producto por Electroforesis en gel

Análisis de la cinética de la reacción

Detección del producto en cada ciclo de la reacción

Page 8: PCR en tiempo real

1. Compuestos fluorescentes: - compuestos que emiten fluorescencia cuando se unen a dsDNA - interacción inespecífica - Sybr green, EtBr,YOYO-1, entre otros… - Puede unirse a dimeros

2. Reporteros fluorescentes : - Sondas Taqman- Beacons moleculares- FRET

DETECCION DEL PRODUCTO EN CADA CICLO DE REACCION

Page 9: PCR en tiempo real

SYBR Green

Absorbe a 480 nm, y emite a 520 nm.

Desventaja: se une a cualquier DNA de doble cadena de forma inespecífica (dímeros de primers y/o productos inespecíficos).

Page 10: PCR en tiempo real

Beacons moleculares

El Fluoróforo emite señal cuando el agente bloqueador (Quencher) se encuentra alejado por efecto de la hibridación a la secuencia target

Page 11: PCR en tiempo real

TaqMan PCR : generación de señal por hidrólisis de sonda.

FAM : maxima emisión a 535 nm

TAMRA : máxima absorción a 560nm

Page 12: PCR en tiempo real

FRET : Fluorescence Resonance Energy Transfer

Page 13: PCR en tiempo real

HARDWARE & SOFTWARE

SOFTWARE

Page 14: PCR en tiempo real

Ventajas del PCR en tiempo real

Simple y rápida (semi-automatizada).No hay manipulación post-PCR: disminuye el

riesgo de contaminación por amplicones.Cuantificación precisa del DNA o RNA inicial.Alta sensibilidad y especificidadDiscriminación de productos inespecíficos con la

opción “curva de desnaturalización” (Melt-Curve).Detección de más de un producto específico en una

misma reacción.

DETECCION DEL PRODUCTO EN CADA CICLO DE REACCION LO CUAL PERMITE UN ANALISIS DE LA CINETICA DE REACCION

Page 15: PCR en tiempo real

• En teoría el Producto (P) se incrementa exponencialmente con el # ciclos (n).

• Depende del numero de copias templado iniciales (T)

P (2)nT

0

10

0 5 10 15 20

PCR

pro

duct

Cycle number

4T

2T

T

Page 16: PCR en tiempo real

“FASE PLATEAU”

Sin embargo, reacciones con diferentes numero de copias iniciales llegan al mismo nivel de

“plateau”

Page 17: PCR en tiempo real

El producto de PCR no siempre se duplica con cada ciclo.

E = eficiencia del PCR

– Generalmente la eficiencia es de 80-90%– Los productos pequeños se amplifican con

mayor eficiencia que los productos largos

PCR no es 100% eficiente

PT(1 E)n

Page 18: PCR en tiempo real

EFECTO DE LA EFICIENCIA EN LA CANTIDAD DE PRODUCTO OBTENIDO

Page 19: PCR en tiempo real

• Factores limitantes en la eficiencia del PCR:

- cantidad de cebadores disponibles

- actividad de la Taq DNA Polimerasa

• Plateau : no hay mayor incremento del producto

• PCR Standard: Análisis de punto final (End point detection) Detección al final del total de ciclos por electroforesis en gel (en fase plateau)

Page 20: PCR en tiempo real

CANTIDAD DE DNA (escala aritmética) vs. NUMERO DE CICLOS

Los productos de amplificación no se detectan en los primeros ciclos porque están por debajo de la escala utilizada.Recién se observa la curva en los últimos ciclos hasta llegar a la fase de plateau.

Page 21: PCR en tiempo real

CANTIDAD DE DNA (escala logaritmica) vs NUMERO DE CICLOS

Se observa diferencias ya desde los ciclos iniciales. Relación como línea recta al utilizar logaritmos, porque la amplificación por PCR es una reacción logarítmica.

Page 22: PCR en tiempo real

Escala aritmética

Page 23: PCR en tiempo real

La misma reacción de PCR en escala logaritmica - se aproxima a la gráfica teórica.

Según las curvas teóricas, se debe obtener una línea recta en la parte lineal de la reacción de PCR. En este caso entre ~20 a ~1500 unidades de fluorescencia arbitraria.

Page 24: PCR en tiempo real

Analizando la misma región en una escala regular (aritmética), veremos que la parte lineal es la primera parte de la curva. IMPORTANTE: se debe examinar la reacción de PCR mientras se encuentra en la fase lineal.

Page 25: PCR en tiempo real

Para cada muestra, el software determina en qué ciclo, el valor de la fluorescencia emitida cruza la linea arbitraria (Threshold). Este punto se denomina CT (Ciclo crítico / Threshold cycle). Este valor es inversamente proporcional a la cantidad inicial de moléculas específicas en la muestra original.

Valores de Threshold & CT

Page 26: PCR en tiempo real

NTC:tubo control sin DNA templado

RUIDO

CONTROLES DE REACCION : ELIMINACION DE RUIDO

Page 27: PCR en tiempo real

Es importante que el threshold este en la parte lineal de la reacción. Esto se ve mas facilmente en la grafica logaritmica.Aún cuando el threshold estará cerca al fondo de la curva regular, deberá ser lo suficientemente alto para que los valores de fluorescencia sean debido a la amplificación y no al ruido.

Grafica regular

Grafica semi-logaritmica

Page 28: PCR en tiempo real

Cuantificación de DNA o cDNA (colocando diluciones de la misma muestra)

A menor concentración de la secuencia target en la muestra inicial, se necesitará mas ciclos para ser detectada, por lo tanto se obtienen valores de CT mayores para muestras mas diluidas

.

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El Plot de valores Ct de las diluciones vs. concentración resulta en una gráfica lineal, y debe presentar un alto coeficiente de correlación (>0.990).

Page 30: PCR en tiempo real

• Unión inespecífica de primers (mispriming): por unión de los primers a secuencias parcialmente complementarias presentes en el DNA o cDNAs de la muestra

• Dímeros : los primers pueden hibridarse entre ellos creando productos pequeños

PROBLEMAS

PRODUCTOS NO ESPECIFICOS (artefactos) : que pueden incrementar el valor de fluorescencia obtenida durante la reacción. Esto es mas frecuente cuando se utiliza SYBR-green.

Page 31: PCR en tiempo real

CURVA DE DENATURACIONMuesta el perfil de denaturación de los productos amplificados.

(no se observan productos inespecíficos)

Page 32: PCR en tiempo real

Una temperatura de denaturación diferente significa un producto diferente. Dímeros: menor temperatura de fusión.

dímeros

Page 33: PCR en tiempo real

PCR en tiempo real

Detección y cuantificación utilizando reporteros fluorescentes.

Fluorescencia emitida es proporcional a la cantidad de producto del PCR.

Se puede realizar el análisis de varios targets a la vez (Multiplex) utilizando sondas marcadas con diferentes fluoróforos

Page 34: PCR en tiempo real

• Controles• Problemas de Inhibición - falsos

negativos• Estándares internos (genes de

referencia, control interno, control de carga, triplicados)

• Optimización• Reproducibilidad• Validación• Personal• Costos

Otras consideraciones

Page 35: PCR en tiempo real

APLICACIONES EN INVESTIGACION

DNA : - Identificación de genes de virulencia o de resistencia a drogas - Genotipificación de cepas o subespecies

- Detección de mutaciones puntuales - Estudio de de polimorfismos de un solo

nucleótido (SNPs) - Cuantificación del número de copias por célula, o determinación de células iniciales en una muestra.

RNA : - Detección de la expresión de genes - Efecto de mutaciones sobre la expresión - Análisis de mRNAs variantes producidos

por procesamiento diferencial - Cuantificación de la expresión

Page 36: PCR en tiempo real

Detección de la expresión de genes (detección de mRNA)

Perfíl de expresión génica en diferentes tipos celulares en adultos o durante el desarrollo /diferenciación

Cambios en la expresión génica en condiciones patológicas

Expresión génica en respuesta a estímulos: hormonas, citoquinas, etc…

Expresión génica en respuesta a la presencia de antígenos de patógenos

Efecto de drogas sobre el perfíl de expresión

Page 37: PCR en tiempo real

APLICACIONES AL DIAGNOSTICO CLINICO

Detección /Cuantificación / Genotipificación de patógenos: Virales (carga viral, carga pro-viral) Bacterianos Protozoarios Hongos

Diagnóstico temprano (pacientes asintomáticos)Detección de genes de resistencia – mejor elección de

terapiaMonitoreo de terapia (enfermedad residual - recaída)Detección de marcadores tumoralesEstado del desarrollo / progresión de la enfermedad

Page 38: PCR en tiempo real

DETECCION DE SNPs o DE MUTACIONES PUNTUALES

Page 39: PCR en tiempo real

Células Madre y su diferenciación a Linaje

Neuronal:

Ejemplo de Cuantificación Relativa

Page 40: PCR en tiempo real
Page 41: PCR en tiempo real

Modificaciones covalentes de las histonas nucleosómicas

ATP ADP

NUCLEOSOMA

La herencia epigenética es regula procesos como proliferación y diferenciación celular manteniendo estados transcripcionales

(Modificada de Mohrmann y Verrijzer 2005)

(Turner 2002)

Modificación de la cromatina por complejos multi-ptoteícos

que hidrolizan ATP

Page 42: PCR en tiempo real
Page 43: PCR en tiempo real

RNA interferencia

30 min en hielo y cultivo

Page 44: PCR en tiempo real

Análisis de Melt

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ACTINA OSA1

End-Point

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Page 47: PCR en tiempo real

Curva patrón BCR-ABLCurva patrón BCR-ABL

Segunda Derivada

CUANTIFICACION ABSOLUTA

Translocación (9,22)

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Real Time PCRejemplo de detección en embarazadas a

partir de la sexta semana