Возможности ПЦР в увеличении малого количества ДНК до уровня, на котором его можно визуализировать и осуществить генетический анализ, делает этот метод приоритетным для ДНК-диагностики. Применение ПЦР дли анализа единственной клетки является трудной, но реально осуществляемой задачей и остается методом выбора для определения специфических генных мутаций у эмбрионов человека перед имплантацией.
Основным ограничивающим фактором при проведении ПГД является малое количество ДНК, используемое в качестве матрицы для ПЦР - примерно 7 пг (7*10-12), что соответствует количеству ДНК одной диплоидной клетки, тогда как предел чувствительности метода ПЦР равен примерно 10 нг ДНК (1*10-9).
В связи с этим основными проблемами протокола ПЦР для анализа единственной клетки являются:
1) увеличение количества ДНК до величины, необходимой для анализа;
2) предупреждение и исключение контаминации;
3) преимущественная амплификация или выпадение одного аллеля в гетерозиготных образцах.
Характеристика ПЦР единственной клетки. Эффективность амплификации
Эффективность ПЦР единственной клетки значительно ниже, чем обычной ПЦР, в которой количество ДНК-матрицы может быть в несколько раз больше. Снижение эффективности метода может происходить в результате разнообразных причин, касающихся как образца, так и самой процедуры ПЦР. К операционным проблемам относят потерю материала во время переноса клетки в пробирку или внезапный лизис до помещения клетки в пробирку, что снижает эффективность амплификации или приводит к ее отсутствию. Внутренние факторы заключаются в отсутствии ядра, дегенерации клетки с потерей или деградацией ДНК. Эти факторы контролировать значительно сложнее. На эффективность ПЦР, кроме процедуры переноса высококачественной ядросодержащей клетки, также влияет качественный лизис клетки с целью получения ДНК-матрицы.
Контаминация
Одна молекула ДНК на гаплоидный геном (вторичное полярное тело, ооцит или спермий) или две молекулы на диплоидный геном (бластомер или первое полярное тело) при таком малом количестве исследуемого материала любая примесь, случайно попавшая в пробирку для анализа, приводит к ошибкам клинической ПГД. Большое количество циклов для усиления сигнала и наличие только одной молекулы ДНК в анализируемом образце делают эту проблему наиболее значимой в ПГД. К сожалению, не существует единой стратегии, эффективно гарантирующей полное исключение контаминации, но ее уровень можно снизить, осуществляя регулярное тестирование всех ПЦР-реагентов, растворов для промывки и лизиса клеток на загрязнение перед процедурами ПГД.
Во избежание контаминации ДНК из сперматозоидов и яйцеклеток, которые могут присутствовать в "zona pellucida" человеческого эмбриона, бластомеры должны быть тщательно отобраны под микроскопом и отмыты холодной стерильной средой перед переносом в пробирку для ПЦР-анализа.
Преимущественная амплификация одного аллеля
Другая проблема, характерная для ПЦР-анализа одной клетки - преимущественная амплификация одного из аллелей (ПАОА), при этом один из двух присутствующих в гетерозиготном состоянии аллелей амплифицируется более успешно, чем другой. Для аутосомно-рецессивных заболеваний, при которых оба родителя могут нести разные мутации одного гена, такое явление может приводить к ошибочной диагностике. Частота ПАОА может быть довольно высокой и составлять до 25% случаев клинической ПГД. Причины ПАОА остаются невыясненными, но экспериментальные данные свидетельствуют о том, что к ним могут относиться условия проведения ПЦР, неполный клеточный лизис, неполная денатурация ДНК, которая необходима для амплификации обоих аллелей и др. ПАОА может выявляться при анализе ПЦР-продукта в геле с использованием окраски бромидом этидия. В то же время применение флюоресцентно-меченных праймеров для выявления продукта ПЦР с использованием автоматического генетического анализатора значительно снижает опасность ПАОА.