Badanie PCR – na czym polega, jak odczytać wyniki?

Czy można wykryć chorobę, zanim jeszcze zdąży dać o sobie znać? Test PCR potrafi to zrobić z niezwykłą precyzją, wychwytując nawet mikroskopijne ilości niepożądanego materiału genetycznego. Dzięki tej technologii lekarze diagnozują infekcje, odkrywają nowotwory i zmiany w genach oraz potwierdzają obecność wirusów, takich jak COVID-19 czy grypa. Dowiedz się, jak działa PCR i dlaczego stał się jednym z najważniejszych narzędzi diagnostycznych w walce o zdrowie.

PCR – co to jest?

Test PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) to metoda pozwalająca na wykrywanie materiału genetycznego (DNA lub RNA). Po pobraniu próbki płynu ustrojowego (np. krwi) lub wymazu z określonego miejsca w ciele (np. z głębi nosa), naukowcy wykorzystują PCR do stworzenia wielu kopii DNA znajdującego się w oryginalnej próbce (proces amplifikacji). Dzięki powieleniu materiału genetycznego techniką PCR możliwa jest dokładniejsza analiza DNA lub RNA obecnego w próbce.

Istnieje wiele rodzajów testów PCR, z których każdy ma inne przeznaczenie. Na przykład, niektóre testy PCR mogą wykazać obecność określonego wirusa w próbce, który może być przyczyną choroby. Inne z kolei pozwalają stwierdzić, czy w określonych genach w organizmie występują istotne zmiany.

Większość z nas poznała pojęcie „test PCR” w kontekście diagnostyki COVID-19, jednak metoda ta jest stosowana w medycynie od dawna i ma wiele innych zastosowań.

Co oznacza skrót DNA?

DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy, to „instrukcja obsługi” organizmu. Zawiera zapisane w formie kodu genetycznego informacje potrzebne do powstania, rozwoju i prawidłowego funkcjonowania człowieka oraz większości innych organizmów żywych. To właśnie DNA decyduje o takich cechach jak kolor oczu, grupę krwi czy indywidualne predyspozycje zdrowotne.

Materiał genetyczny zawarty w DNA jest przekazywany z pokolenia na pokolenie, dzięki czemu dziedziczymy cechy po rodzicach i przekazujemy je swoim dzieciom. Choć struktura DNA jest niezwykle skomplikowana, składa się z powtarzających się elementów – nukleotydów – które tworzą charakterystyczną podwójną helisę. Sekwencja tych nukleotydów działa jak biologiczny alfabet, a jej odczytanie pozwala naukowcom poznać unikalne informacje o danym organizmie.

Co oznacza skrót RNA?

RNA, czyli kwas rybonukleinowy, to cząsteczka przenosząca kopię informacji zapisanych w DNA. Dzięki RNA komórki mogą wytwarzać białka, które są niezbędne do życia i prawidłowego funkcjonowania organizmu.

Istnieje kilka rodzajów RNA – jedne przekazują instrukcje potrzebne do produkcji białek, inne uczestniczą w samym procesie ich wytwarzania, a niektóre regulują pracę komórek.

PCR – jakie próbki można zbadać?

Rodzaje testu PCR różnią się w zależności od rodzaju pobranej próbki. Najczęściej spotykane to:

• Wymaz z nosa i gardła – pobranie materiału z tylnej części nosa i gardła przy pomocy wymazówki.
• Wymaz z nosa typu NMT – pobranie próbki z głębszej części jamy nosowej.
• Ślina – oddanie próbki poprzez naplucie śliny do specjalnej probówki.
• Krew – w niektórych rodzajach testów PCR konieczne jest pobranie próbki krwi z żyły.
• Amniopunkcja – pobranie próbki płynu owodniowego w celu wykonania badań prenatalnych.
• Biopsja – analiza fragmentu guza lub szpiku kostnego w celu wykrycia mutacji genetycznych w komórkach nowotworowych (badania molekularne).

– Aby wynik badania PCR był wiarygodny, pacjent powinien odpowiednio się przygotować. Na około 30 minut przed pobraniem wymazu z nosa lub gardła nie należy jeść, pić, żuć gumy ani płukać jamy ustnej. W przypadku badania śliny obowiązują podobne zasady – najlepiej unikać również mycia zębów tuż przed pobraniem próbki. Jeśli badanie polega na pobraniu krwi, w niektórych sytuacjach lekarz może zalecić bycie na czczo i poinformowanie o wszystkich przyjmowanych lekach. –

PCR – rodzaje i zastosowania metody w diagnostyce

Metoda PCR jest na tyle uniwersalna, że z czasem doczekała się wielu modyfikacji. Klasyczny schemat reakcji został dostosowany do różnych potrzeb – od badań naukowych po rutynową diagnostykę w laboratoriach medycznych.

1. Ilościowy PCR w czasie rzeczywistym (real-time PCR, qPCR)
   W tej metodzie, oprócz wykrycia określonej sekwencji DNA, można też określić jej ilość w badanej próbce. Umożliwia to zarówno analizę jakościową (czy materiał genetyczny jest obecny), jak i ilościową (ile kopii DNA zawiera próbka). Reakcję obserwuje się „na żywo” dzięki barwnikom fluorescencyjnym, które świecą po połączeniu z powielanym DNA.
2. PCR z odwrotną transkryptazą (reverse transcription PCR, RT-PCR)
   Stosowany do analizy RNA, np. materiału genetycznego wirusów. Najpierw enzym odwrotna transkryptaza przepisuje RNA na DNA (cDNA), a następnie to DNA jest powielane klasyczną metodą PCR. Wymaga to wysokiej jakości RNA, ponieważ uszkodzony materiał może zaburzyć wynik.
3. Multipleks PCR
   Odmiana PCR, w której jednocześnie używa się kilku par starterów. Pozwala to w jednej reakcji powielić różne fragmenty DNA lub cDNA, oszczędzając czas, próbkę i koszty. Wykorzystywany m.in. w testach na ojcostwo oraz w diagnostyce niektórych nowotworów.
4. Nested PCR (PCR wewnętrzny)
   Technika zwiększająca czułość i specyficzność badania. Wykonuje się dwa kolejne etapy PCR, stosując różne pary starterów, co pozwala wyeliminować niespecyficzne produkty reakcji.
5. PCR zdegradowanych starterów oligonukleotydowych
   Metoda stosowana wtedy, gdy ilość materiału genetycznego jest bardzo mała – pozwala powielić nawet nanogramowe ilości DNA.
6. Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych (restriction fragment length polymorphism, RFLP) Technika umożliwiająca identyfikację określonych mutacji lub wariantów DNA. Stosowana m.in. w ustalaniu pokrewieństwa, identyfikacji osób na podstawie materiału biologicznego czy w ocenie ryzyka wystąpienia chorób genetycznych.

PCR – główne zastosowania w medycynie

Najważniejsze zastosowania PCR to:

• Diagnostyka chorób zakaźnych – wykrywanie materiału genetycznego wirusów (np. SARS-CoV-2, HIV, HPV), bakterii (np. gruźlica, borelioza) i grzybów, nawet przy minimalnej ilości patogenu.
• Wykrywanie zakażeń oportunistycznych – u pacjentów z osłabionym układem odpornościowym (np. osoby po przeszczepach, pacjenci onkologiczni, osoby z HIV/AIDS), narażonych na infekcje oportunistyczne, które mogą być trudne do wykrycia tradycyjnymi metodami.
• Onkologia – identyfikacja mutacji genetycznych związanych z nowotworami, co pomaga w dokładnej diagnostyce podtypu nowotworu i doborze terapii celowanej.
• Choroby dziedziczne – wykrywanie mutacji odpowiedzialnych za wrodzone schorzenia genetyczne.
• Diagnostyka prenatalna – analiza DNA płodu w celu wykrycia wad genetycznych na wczesnym etapie ciąży.
• Medycyna sądowa – identyfikacja osób na podstawie analizy DNA oraz określenie pokrewieństwa.
• Kontrola terapii i monitorowanie leczenia – ocena skuteczności leczenia, np. w zakażeniach wirusowych i chorobach nowotworowych; wykrywanie minimalnej choroby resztkowej (MRD) za pomocą modyfikacji PCR – real-time PCR (qPCR), co pozwala na precyzyjną ocenę ilości pozostałych komórek nowotworowych, prognozowanie nawrotu i dostosowanie terapii.
• Ocena skuteczności przeszczepów – w monitorowaniu reakcji organizmu na przeszczepione narządy i wczesnym wykrywaniu odrzutu.
• Identyfikacja lekooporności – wykrywanie mutacji odpowiedzialnych za oporność patogenów na antybiotyki czy leki przeciwwirusowe.

PCR – jakie nowotwory można wykryć dzięki badaniu?

PCR pozwala wykryć zmiany w genach związane z powstawaniem nowotworów, monitorować przebieg choroby oraz określić ryzyko jej rozwoju.

• Nowotwory krwi – w przypadku białaczek i chłoniaków PCR pozwala wykryć specyficzne mutacje genetyczne lub zmiany w strukturze genów.
• Rak piersi – badanie mutacji w genach BRCA1 i BRCA2 za pomocą PCR pozwala określić ryzyko zachorowania na raka piersi i jajnika.
• Rak jelita grubego – analiza mutacji w genach KRAS, NRAS i BRAF pomaga w doborze odpowiedniego leczenia, zwłaszcza w kontekście terapii celowanych. PCR pozwala też potwierdzić obecność zmian charakterystycznych dla tego nowotworu.
• Rak płuca – wykrywa mutacje w genach EGFR i KRAS, które wpływają na wybór skutecznych terapii celowanych. Dzięki temu leczenie można dopasować indywidualnie do pacjenta, zwiększając jego skuteczność.
• Nowotwory trzustki – wykrywanie mutacji w genach KRAS, NRAS i TP53 za pomocą PCR wspomaga wczesną diagnostykę i ocenę agresywności choroby, co ma znaczenie przy wyborze schematu leczenia.
• Czerniak – mutacje w genach BRAF i NRAS są charakterystyczne dla czerniaka. Dzięki PCR można je szybko zidentyfikować.

PCR – jak działa badanie?

Badanie PCR umożliwia powielenie fragmentu materiału genetycznego tak, aby można go było wykryć i dokładnie zbadać. Próbka — np. wymaz z nosa lub krew — trafia do urządzenia, które na zmianę podgrzewa i schładza materiał. Dzięki temu nici DNA rozdzielają się, dołączają do nich specjalne startery, a enzym polimeraza Taq (enzym odporny na wysoką temperaturę, pozyskany z bakterii żyjących w gorących źródłach) tworzy nowe kopie.

Proces powtarza się wiele razy, aż powstanie wystarczająca liczba identycznych fragmentów do analizy. W przypadku wirusów RNA, takich jak SARS-CoV-2, stosuje się odmianę RT-PCR, w której RNA najpierw zamieniane jest na DNA. Wynik można uzyskać w kilkanaście minut w laboratorium na miejscu lub po kilku dniach, gdy próbka trafia do ośrodka zewnętrznego.

PCR – co oznaczają wyniki?

Sformułowania w wynikach testu PCR mogą się różnić w zależności od rodzaju wykonywanego badania.

• „Wykryto” / „Obecny” – oznacza, że w próbce znaleziono materiał genetyczny (DNA lub RNA) szukanego patogenu lub zmianę w genie, której dotyczyło badanie.
• „Nie wykryto” – oznacza, że w badanym materiale nie stwierdzono obecności poszukiwanego DNA lub RNA. W przypadku diagnostyki infekcji może to też oznaczać, że badanie wykonano zbyt wcześnie – patogen mógł być już w organizmie, ale w ilości zbyt małej, by PCR mógł go wykryć.

Metoda PCR na stałe zmieniła oblicze diagnostyki. Jej precyzja pozwala na wczesne wykrywanie chorób, a różnorodność modyfikacji umożliwia dostosowanie badania do konkretnego celu. W dobie medycyny spersonalizowanej i szybkiej diagnostyki PCR pozostaje jednym z najważniejszych narzędzi wspierających lekarzy w podejmowaniu trafnych decyzji terapeutycznych, a dla pacjentów – szansą na skuteczniejsze leczenie i lepsze rokowania.

Źródła:

• https://diag.pl/pacjent/artykuly/badanie-pcr-co-to-jest-jak-przebiega-badanie-met-pcr/
• Państwowa Inspekcja Sanitarna / gov.pl. (2021, 28 września). Testy na obecność wirusa SARS-CoV-2 metodą real time RT-PCR.