Виртуальная ПЦР

Виртуальная полимеразная цепная реакция (ПЦР in silico, цифровая ПЦР, электронная ПЦР, е-ПЦР) — математический метод компьютерного анализа теоретической полимеразной цепной реакции, использующий данные о нуклеотидных последовательностях праймеров (или ДНК-зондов) для предсказания потенциальной амплификации фрагментов исследуемого генома, хромосомы, или любого другого участка ДНК[1][2][3][4][5][2].

Этот инструмент используют для оптимизации подбора праймеров или ДНК-зондов к ДНК-мишени. Праймеры анализируются на наличие участков связывания и определяется степень их комплементарности к ДНК-мишени. Некомплементарные основания в участке связывания праймера с ДНК-мишенью снижают стабильность праймера, так как снижают температуру плавления, а также некомплементарные основания в 3'-конце праймера ингибируют инициацию синтеза ДНК в ПЦР с помощью ДНК-полимеразы Taq, которая не обладает корректирующей 3',5'-экзонуклеазной активностью. Если же некомплементарные основания находятся только на 5'-конце праймера и праймер стабилен при конкретной температуре отжига, то в этом случае Taq-полимераза будет использовать данный праймер как затравку для начала синтеза ДНК, комплементарной ДНК-мишени.

Потенциально праймер с любой последовательностью нуклеотидных остатков найдёт комплементарные участки связывания на любой геномной ДНК про- или эукариот. Однако, полимеразная цепная реакция не будет проходить эффективно и синтез ПЦР-продукта будет проходить либо линейно (а не экспоненциально), либо не будет проходить вообще. Это связано, во-первых, с тем, что описано выше, для некомплементарных оснований на 3'-конце и стабильностью праймера; и во-вторых, для ПЦР необходимы два близко расположенных праймера, комплементарных обеим цепям и ориентированных 3'-концами друг к другу.

Результат ПЦР in silico с помощью программы jPCR [1][6]. Показаны места отжига праймеров и потенциальный ПЦР-продукт

Существует большое разнообразие программ для виртуальной ПЦР, различающихся по набору функций, простоте использования, эффективности и стоимости[7][8].

Вероятно, наиболее широко используемыми являются инструмент «Electronic PCR» (электронная ПЦР)[7], представленный в свободном доступе на сайте Национального центра биотехнологической информации (NCBI), а также бесплатная программа компании PrimerDigital[9].

С другой стороны, платная программа FastPCR [10] позволяет одновременно тестировать один праймер или набор праймеров (проб), предназначенных для амплификации множественных мишеней. Потенциальные ПЦР-продукты или сайты связывания праймеров могут быть предсказаны как для линейных, так и для кольцевых матриц, для стандартной, обратной или мультиплексной ПЦР. Программа вычислит температуру плавления для праймеров в участке связывания с ДНК-мишенью с некомплементарными основаниями и определит все потенциальные ПЦР-продукты. Можно также анализировать степень комплементарности и взаимодействие праймеров друг с другом.

Примечания

  1. ↑ 1 2 Kalendar R., Lee D., Schulman A. H. Java web tools for PCR, in silico PCR, and oligonucleotide assembly and analysis (англ.) // Genomics : journal. — Academic Press, 2011. — Vol. 98, no. 2. — P. 137—144. — doi:10.1016/j.ygeno.2011.04.009. — PMID 21569836.
  2. ↑ 1 2 Yu B., Zhang C. In silico PCR analysis (неопр.) // Methods Mol Biol[англ.]. — 2011. — Т. 790. — С. 91—107. — doi:10.1007/978-1-61779-176-5_6. — PMID 21779992.
  3. ↑ Schuler G. D. Sequence mapping by electronic PCR (англ.) // Genome Res : journal. — 1997. — Vol. 7. — P. 541—550. — doi:10.1101/gr.7.5.541. — PMID 9149949.
  4. ↑ Rotmistrovsky K., Jang W., Schuler G. D. A web server for performing electronic PCR (англ.) // Nucleic Acids Res : journal. — 2004. — Vol. ;32(Web Server issue). — P. W108—12. — doi:10.1093/nar/gkh450. — PMID 15215361.
  5. ↑ Bikandi J., San Millan R., Rementeria A., Garaizar J. In silico analysis of complete bacterial genomes: PCR, AFLP-PCR and endonuclease restriction (англ.) // Bioinformatics : journal. — 2004. — Vol. 20. — P. 798—790. — doi:10.1093/bioinformatics/btg491. — PMID 14752001.
  6. ↑ Kalendar R., Lee D., Schulman A. H. FastPCR software for PCR, in silico PCR, and oligonucleotide assembly and analysis. (англ.) // Methods in molecular biology (Clifton, N.J.). — 2014. — Vol. 1116. — P. 271—302. — doi:10.1007/978-1-62703-764-8_18. — PMID 24395370.
  7. ↑ 1 2 Electronic PCR. NCBI - National Center for Biotechnology Information. Дата обращения: 30 марта 2012. Архивировано 18 октября 2017 года.
  8. ↑ UCSC Genome Bioinformatics. UCSC Genome Bioinformatics Group. Дата обращения: 30 марта 2012. Архивировано 16 сентября 2012 года.
  9. ↑ jPCR. PrimerDigital. Дата обращения: 30 марта 2012. Архивировано 16 сентября 2012 года.
  10. ↑ FastPCR. PrimerDigital Ltd. Дата обращения: 30 марта 2012. Архивировано 16 сентября 2012 года.

Онлайн программы для in silico ПЦР