ДНҚ күшейткіші: Құрылысы, қағидалары және қолданылуы
Thermal cycler
Жылу циклдегіші (PCR машинасы) ДНК-ны күшейту үшін қолданылады. Лабораториялық құрал ДНК үлескелерін көбейтуге, ферменттерді қосуға және жылдам диагностикаға арналған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Термоциклер (сонымен қатар термоциклер, ПТР машинасы немесе ДНК күшейткіші деп те аталады) – полимераза тізбекті реакциясы (ПТР) арқылы ДНК сегменттерін көбейтуге арналған зертханалық құрал. Термоциклер зертханаларда температураға сезімтал басқа реакцияларды, соның ішінде шектеу ферментінің қорытылуын немесе жылдам диагностиканы жеңілдету үшін де қолданылуы мүмкін. Құрылғыда реакциялық қоспаларды сақтайтын түтіктер салынатын тесіктері бар жылу блогы болады. Содан кейін циклдеуші алдын ала бағдарламаланған қадамдармен блок температурасын көтеріп, төмендетеді.
The thermal cycler (also known as a thermocycler, PCR machine or DNA amplifier) is a laboratory apparatus most commonly used to amplify segments of DNA via the polymerase chain reaction (PCR). Thermal cyclers may also be used in laboratories to facilitate other temperature sensitive reactions, including restriction enzyme digestion or rapid diagnostics. The device has a thermal block with holes where tubes holding the reaction mixtures can be inserted. The cycler then raises and lowers the temperature of the block in discrete, pre programmed steps.
Тарих
Алғашқы термоциклер ДНК полимераза I-нің Кленов фрагментімен жұмыс істеу үшін жасалған. Бұл фермент амплификация процесінің әрбір қыздыру кезеңінде жойылғандықтан, әр цикл сайын жаңа фермент қосу қажет болды. Бұл автоматты пипеткаға негізделген, ашық реакциялық түтікшелермен жабдықталған ауыр машинаға әкеп соқты. Кейіннен ПТР процесі Thermus aquaticus бактериясынан алынған термотұрақты ДНК полимеразасын пайдалануға бейімделді, бұл термоциклдің құрылымын едәуір жеңілдетті. Кейбір ескі машиналарда температураны реттеу үшін блок май ваннасына батырылса, ал қазіргі ПТР машиналарында Пельтье элементі жиі қолданылады. Жоғары сапалы термоциклер көбінесе жылдам температура өзгерісіне және блок бойында біркелкі температураға қол жеткізу үшін күміс блоктарды қамтиды. Басқа циклдерде жоғары жылу сыйымдылығы бар бірнеше блоктар болады, олардың әрқайсысы тұрақты температурада ұсталады, ал реакциялық түтікшелер автоматтандырылған процесс арқылы олардың арасында жылжытылады. Микрофлюидтік чиптегі ыстық және суық аймақтар арқылы реакциялық қоспа арна бойымен жылжыған шағын термоциклер жасалды. Квантитативті ПТР үшін арналған термоциклер реакция циклы кезінде флуоресценцияны бақылауға мүмкіндік беретін оптикалық жүйелермен жабдықталған.
The earliest thermal cyclers were designed for use with the Klenow fragment of DNA polymerase I. Since this enzyme is destroyed during each heating step of the amplification process, new enzyme had to be added every cycle. This led to a cumbersome machine based on an automated pipettor, with open reaction tubes. Later, the PCR process was adapted to the use of thermostable DNA polymerase from Thermus aquaticus, which greatly simplified the design of the thermal cycler. While in some old machines the block is submerged in an oil bath to control temperature, in modern PCR machines a Peltier element is commonly used. Quality thermal cyclers often contain silver blocks to achieve fast temperature changes and uniform temperature throughout the block. Other cyclers have multiple blocks with high heat capacity, each of which is kept at a constant temperature, and the reaction tubes are moved between them by means of an automated process. Miniaturized thermal cyclers have been created in which the reaction mixture moves via channel through hot and cold zones on a microfluidic chip. Thermal cyclers designed for quantitative PCR have optical systems which enable fluorescence to be monitored during reaction cycling.
Қазіргі заманғы инновациялар
Қазіргі заманғы термоциклдер реакциялық түтіктердің қақпақтарына қысылатын қыздырылған қақпақпен жабдықталған. Бұл реакциялық қоспалардан судың қақпақтың ішкі бетінде конденсациялануына кедергі келтіреді. Бұрын, осы мақсатта минералды майдың қабаты қолданылатын. Кейбір термоциклдер стандартты емес немесе әртүрлі ПТР пластикалық ыдыстарын пайдалануға мүмкіндік беретін толық реттелетін қыздырылған қақпақпен жабдықталған. Ал кейбір термоциклдер бірнеше блокпен жабдықталған, бұл бірнеше ПТР реакцияларын бір уақытта жүргізуге мүмкіндік береді. Кейбір модельдерде блоктың әртүрлі бөліктерінде әртүрлі температураны орнатуға арналған градиент функциясы бар. Бұл, әсіресе, ПТР праймерлері үшін қолайлы оттестіру температурасын анықтау кезінде өте пайдалы.
Modern thermal cyclers are equipped with a heated lid that presses against the lids of the reaction tubes. This prevents condensation of water from the reaction mixtures on the insides of the lids. Traditionally, a layer of mineral oil was used for this purpose. Some thermal cyclers are equipped with a fully adjustable heated lid to allow for nonstandard or diverse types of PCR plasticware. Some thermal cyclers are equipped with multiple blocks allowing several different PCRs to be carried out simultaneously. Some models also have a gradient function to allow for different temperatures in different parts of the block. This is particularly useful when testing suitable annealing temperatures for PCR primers.