遺傳檢測101

基因檢測方法學 Part 1:傳統PCR與即時定量PCR


如果想知道是否具有一個已知的DNA變異,最直接的做法之一,就是把那一小段DNA「放大」後進行分析。為達目的,聚合酶連鎖反應(polymerase chain reaction, PCR)是當前最廣泛使用、方便且快速的技術。

PCR的放大以2的對數(2N)增加。每多一次PCR反應,目標DNA片段的數量就會翻倍;經過多次循環,原本微量的目標DNA便能被大量複製(舉例:30次PCR反應後就會有2的30次方數量的DNA片段,也就是10億)。若是傳統PCR,在反應完成後,會利用膠體電泳(gel electrophoresis)觀察DNA片段的大小與有無。若增幅產物的大小符合預期,便會進一步利用限制酶切割或桑格氏定序的方法確認基因型別。

另一項常見技術是即時定量PCRreal-time quantitative PCR, qPCR)。它與傳統PCR最大的差異,是在DNA擴增的同時利用螢光訊號即時追蹤產物的增幅狀況。當目的為基因型別判定(genotyping),qPCR會使用針對兩種等位基因(如分別針對正常與變異)所設計帶有不同螢光訊號的探針(probe)進行基因型的區別。檢測人員可以根據樣本出現哪一種訊號,判別個體是兩份正常等位基因、異型合子,或兩份變異等位基因。至於定量是怎麼一回事呢?當樣品的起始目標DNA越多,螢光訊號會越早超過設定的閾值(threshold),即判讀門檻,而超過閾值當下的PCR循環數會以CqCt值表示。疫情期間常聽到防疫指揮官提的Ct值,就是利用qPCR進行新冠病毒核酸定量所得到的。

PCR最大的特色是專一性高。只要知道目標區域的序列,就能以相對簡單且低成本的方式檢測大量樣本。不過,它通常只能檢查「已知」的區域,如果疾病是由未知的變異造成,目標PCR結果正常並不代表整個基因都沒有問題。

結論以上說明:不論傳統PCRqPCR,檢測前都必須先知道自己要看什麼。它們非常適合檢測已知的變異,但難以用來探索未知的變異(不是不能做,但那已經是上世紀耗錢耗時又耗力的做法囉)。如果問題要從「這個位點是什麼?」擴大為「整個基因組有哪些差異?」,就需要使用其他篇介紹的微晶片與大規模定序技術。