Полимеразная цепная реакция (ПЦР диагностика)

ПЦР изобрели в 1983 году, и она быстро зарекомендовала себя как революционная технология в биологии. Эксперты Roche одними из первых заметили диагностический потенциал этого метода, и уже в 1989–1991 гг. компания получила эксклюзивные права на ПЦР-технологию у калифорнийской фирмы Cetus ¹.

Рассказываем, как Roche развивала технологию и какие исследования продолжает проводить сейчас.

От открытия ПЦР к ее внедрению в клиническую практику

В 1990-х Roche вывела на рынок первые диагностические тесты на основе ПЦР, а в 1995-ом запустила продажи автоматизированной ПЦР-платформы для клинической лаборатории COBAS AMPLICOR. На старте устройство могло выявить вирус гепатита C, Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoeae и микобактерии туберкулеза¹.

Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) разработал американский биохимик Кэри Муллис в биотехнологической компании Cetus Corporation (США) в 1983 году. Именно там были сформулированы ключевые принципы, проведены первые эксперименты и поданы патенты. Позднее права на ПЦР были приобретены Hoffmann-La Roche (Roche), которая внедрила метод в клиническую практику и выпустила первые серийные термоциклеры.

Постепенно появились анализаторы, работающие в режиме реального времени и полностью автоматизированные системы для массового тестирования. К 2010-м годам Roche представила устройства следующего поколения, ставшие основой современной молекулярной диагностики в крупных лабораториях.

Как распространение ПЦР изменило клиническую практику

Два главных преимущества метода — чувствительность и оперативность.

С помощью ПЦР инфекционисты могут обнаружить даже следовые концентрации возбудителя, а результаты теста будут готовы за несколько часов вместо дней и недель при традиционных посевах². Совокупность этих факторов позволяет раньше установить диагноз и начать лечение. Исследования показывают, что использование ПЦР-тестов дает возможность своевременно перейти на адресную антибиотикотерапию и улучшить исходы³.

Онкологи с появлением ПЦР-тестов получили инструменты для выявления генетических мутаций опухолей, определяющих выбор терапии. Молекулярные анализы позволяют прямо в образце опухолевой ткани или крови обнаруживать мутации генов EGFR, BRAF, KRAS и других и подбирать таргетные препараты для конкретного пациента. Яркий пример — рак легкого: у пациентов с мутацией в гене EGFR назначение ингибиторов EGFR заметно повысило продолжительность жизни: медиана выживаемости увеличилась с одного года до 3–4 лет^1,4.

В гематологии ПЦР используют для детекции минимальной остаточной болезни, например транскрипта BCR-ABL при лейкозе. Это позволяет вовремя скорректировать лечение. В медицинской генетике технология ПЦР ускорила диагностику наследственных заболеваний — специалисты стали быстрее выявлять мутации CFTR при кистозном фиброзе, генетические дефекты при спинальной мышечной атрофии и другие маркеры.

ПЦР у постели пациента: мобильные системы

Бывают ситуации, когда результат исследования нужен немедленно — в реанимации или приемном отделении. Современные мобильные ПЦР-системы выполняют полный цикл анализа в одноразовых картриджах прямо у постели пациента (point-of-care) и выдают высокоточный результат ориентировочно за 15–30 минут — то есть в сроки, сопоставимые с длительностью осмотра⁵.

На таких платформах доступны экспресс-тесты на частые респираторные патогены: грипп A/B, респираторно-синцитиальный вирус, Streptococcus группы A, SARS-CoV-2 и другие. Это повышает доступность молекулярной диагностики и ускоряет принятие клинических решений: врач может оперативно уточнить этиологию (вирусную или бактериальную, при наличии соответствующих целевых тестов) и назначить необходимое лечение без ожидания результатов из центральной лаборатории. Во время сезонных вспышек и чрезвычайных ситуаций такие решения позволяют быстро проводить тестирование на местах.

Цифровая ПЦР

Новейшее направление разработок — цифровая ПЦР, обеспечивающая предельную чувствительность анализа. В 2022 году появилась  цифровая система, предназначенная для прецизионного анализа ДНК/РНК⁶. В цифровой ПЦР образец делится на тысячи микрореакций, в каждой происходит амплификация, что позволяет квантитативно определить абсолютное число копий мишени без калибровки. Это особенно важно в онкологии и вирусологии: платформа позволяет выявлять редкие мутации в циркулирующей ДНК опухоли и минимальные остаточные количества опухолевых генов, то есть фактически проводить высокоточную жидкостную биопсию для мониторинга лечения^2,6.

Такая система может идентифицировать сверхнизкие вирусные нагрузки при хронических инфекциях, например следы вируса гепатита B или ВИЧ у пациента на терапии⁶. Цифровая ПЦР выводит молекулярную диагностику на новый уровень, приближая наступление эпохи действительно персонализированной медицины.

Мультиплексные ПЦР-панели

Мультиплексные ПЦР-панели позволяют одновременно выявлять множество возбудителей инфекций в одной реакции. Это значительно ускоряет постановку диагноза и помогает врачу быстрее подобрать оптимальную терапию. По сравнению с культуральными исследованиями мультиплексный ПЦР демонстрирует более высокую чувствительность и сокращает период эмпирического лечения.

Существуют панели, ориентированные на разные клинические ситуации: респираторные и кишечные инфекции, сепсис, менингит или энцефалит. Они способны в рамках одного анализа выявлять широкий спектр мишеней: вирусы, бактерии, паразиты, грибы и даже гены резистентности⁷.

Панель для диагностики респираторных инфекций позволяет примерно за 45 минут одновременно определять до 22 возбудителей⁸.

Панель для идентификации возбудителей при подозрении на сепсис анализирует одну пробу крови на 43 мишени. Результат готов примерно через час. Такая скорость значительно превышает традиционные методы и позволяет раньше начать адекватную терапию. В нескольких исследованиях показано, что использование таких панелей сокращает время до назначения оптимальной антимикробной терапии примерно на 39 часов и уменьшает длительность эмпирического лечения и пребывания в стационаре на два дня⁷.

Панель для диагностики кишечных инфекций  позволяет выявить возбудителей острых кишечных инфекций за час. Возможно провести тестирование на 22 патогена: 11 бактерий, два бактериальных токсина, пять вирусов и четыре простейших из образца кала. В крупном многоцентровом исследовании при помощи такой панели удавалось обнаружить хотя бы один патоген у 54% пациентов с диареей, тогда как традиционные посев и иные методы выявляли возбудитель лишь в 18% случаев⁹.

Панель для диагностики менингита и энцефалита дает возможность одновременно тестировать образец на 14 распространенных возбудителей  инфекций центральной нервной системы и выдает результат примерно за час. Мультиплексный ПЦР существенно превосходит культуральные исследования по скорости и чувствительности. В одном исследовании такая панель выявила бактериальных возбудителей в 24,5% образцов с отрицательной культурой¹⁰.

Развитие ПЦР-технологий, огромный вклад в которое сделала компания Рош, за последние десятилетия сделало их важнейшей частью клинической практики. От первых тестов на ВИЧ и туберкулез до современных автоматизированных платформ — ПЦР ускорила диагностику, повысила ее точность и открыла возможности для более персонализированного подхода к лечению.

Источники:

1. Rabinow P. The effects of business practices, licensing, and intellectual property on development and dissemination of the polymerase chain reaction: case study. 2006. [Электронный ресурс]. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC1523369/ (дата доступа: 18.04.2025).
2. Singh P., Jain S., Kushwaha R. Is PCR better than culture in TB diagnosis: myth or reality? 2014. [Электронный ресурс]. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4080138/ (дата доступа: 18.04.2025).
3. Kumar A., Srinivasan S. Clinical utility of PCR compared to conventional culture and sensitivity testing for management of complicated urinary tract infections in adults: Part II. Evaluation of diagnostic concordance, discordant results, and antimicrobial selection efficacy. 2024. [Электронный ресурс]. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39671979/ (дата доступа: 18.04.2025).
4. Nishikawa M., Suzuki S., Sato K. Clinical influence of switching companion diagnostic tests for EGFR‐TKs from Therascreen to COBAS v2. 2021. [Электронный ресурс]. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7952781/ (дата доступа: 18.04.2025).
5. cobas® Liat System. 2024. [Электронный ресурс]. URL: https://diagnostics.roche.com/global/en/products/instruments/cobas-liat-ins-6050.html (дата доступа: 18.04.2025).
6. Digital LightCycler® System. 2024. [Электронный ресурс]. URL: https://diagnostics.roche.com/us/en/products/systems/digital-lightcycler-system-sys-362.html (дата доступа: 18.04.2025).
7. BioFire Diagnostics. Official website. 2024. [Электронный ресурс]. URL: http://biofiredx.com (дата доступа: 18.04.2025).
8. Poritz M.A., Blaschke A.J. FilmArray respiratory panel: accuracy and potential clinical utility in children and adults. 2020. [Электронный ресурс]. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7103684/ (дата доступа: 18.04.2025).
9. FDA clears FilmArray® 2.0 system. 2015. [Электронный ресурс]. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4652086/ (дата доступа: 18.04.2025).
10. Jat M.Y., Amjad A., Fayyaz J. The BioFire® ME panel demonstrates higher sensitivity than culture in detecting ABM and identifies viral pathogens missed by conventional methods. 2023. [Электронный ресурс]. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37784010/ (дата доступа: 18.04.2025).