Xét nghiệm PCR là gì? Ứng dụng của xét nghiệm PCR trong bệnh truyền nhiễm

Xét nghiệm PCR (Polymerase Chain Reaction) là một kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại, cho phép khuếch đại một đoạn ADN đặc hiệu trong phòng thí nghiệm. Từ khi được phát minh, PCR đã trở thành công cụ thiết yếu trong nhiều lĩnh vực như y học chẩn đoán, nghiên cứu di truyền và phát hiện tác nhân gây bệnh. Việc tìm hiểu xét nghiệm PCR không chỉ giúp nâng cao nhận thức cộng đồng về y học hiện đại, mà còn cung cấp nền tảng kiến thức hữu ích trong bối cảnh nhiều dịch bệnh mới nổi hiện nay.

Xét nghiệm PCR là gì?

Xét nghiệm PCR, viết tắt của Polymerase Chain Reaction (phản ứng chuỗi polymerase), là một kỹ thuật sinh học giúp "phóng to" những đoạn DNA cực nhỏ mà mắt thường không thể thấy được. Tưởng tượng DNA giống như một sợi dây dài chứa thông tin di truyền, PCR giống như một chiếc máy photocopy siêu nhỏ trong phòng thí nghiệm, có thể nhân bản hàng triệu lần một đoạn DNA nhất định chỉ trong vài giờ.

Phương pháp này ra đời vào năm 1985 bởi nhà khoa học Kary Mullis, người sau đó đã nhận giải Nobel nhờ phát minh mang tính cách mạng này. PCR hoạt động bằng cách sử dụng một loại enzyme đặc biệt tên là Taq polymerase, chiết xuất từ một loài vi khuẩn sống ở suối nước nóng. Nhờ khả năng chịu nhiệt cao, enzyme này có thể làm việc hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt của PCR, nơi các chu kỳ nóng-lạnh được lặp đi lặp lại để “cắt, dán, nhân bản” DNA.

Ngày nay, nhờ độ chính xác và nhạy cao, PCR đã trở thành một trong những kỹ thuật xét nghiệm tiêu chuẩn vàng trong y học hiện đại.

Quy trình thực hiện xét nghiệm PCR

Quy trình PCR bắt đầu bằng việc lấy một mẫu DNA nhỏ, thường từ máu, nước bọt hay dịch bệnh phẩm, và đưa vào ống nghiệm. Mục tiêu chính là “phóng to” đoạn DNA cần kiểm tra để có thể phát hiện rõ ràng hơn bằng máy móc. PCR diễn ra qua 3 bước chính, được lặp đi lặp lại nhiều lần: Biến tính, gắn mồi và kéo dài.

• Biến tính: Mẫu DNA được làm nóng đến khoảng 95°C, khiến hai sợi xoắn kép của DNA tách rời ra, giống như việc tách hai nửa của một khóa kéo.
• Gắn mồi (ủ/lai hóa): Sau khi tách đôi, mẫu được làm nguội xuống khoảng 55 - 72°C. Ở giai đoạn này, các đoạn mồi (những chuỗi ngắn đặc biệt được thiết kế để tìm đúng vị trí trên DNA) sẽ bám vào các đoạn tương ứng của DNA sợi đơn.
• Kéo dài (khuếch đại): Sau khi đoạn mồi gắn vào vị trí, nhiệt độ được nâng lên khoảng 72°C để enzyme Taq polymerase bắt đầu tổng hợp chuỗi DNA mới. Enzyme này sẽ “đọc” sợi DNA gốc và tạo ra một bản sao mới theo hướng 5’ đến 3’. Như vậy, sau mỗi chu kỳ, số lượng DNA mục tiêu sẽ tăng gấp đôi.

Chu trình này được lặp lại khoảng 30 - 40 lần trong một máy gọi là máy chu trình nhiệt. Máy này tự động điều chỉnh nhiệt độ phù hợp cho từng bước, giúp quá trình khuếch đại DNA diễn ra liên tục và chính xác.

Tuy nhiên, sau nhiều chu kỳ, quá trình có thể chậm lại do các yếu tố như cạn thuốc thử, tích tụ các sản phẩm phụ như pyrophosphate, hay sự hiện diện của các chất ức chế như proteinase K, EDTA, hoặc hemoglobin, là những chất có thể ảnh hưởng đến hoạt động của Taq polymerase. Để khắc phục, mẫu DNA thường được làm sạch trước bằng các kỹ thuật như thẩm phân, kết tủa bằng ethanol, hay chiết xuất bằng cloroform.

Sau khi PCR hoàn tất, kết quả thường được kiểm tra bằng cách chạy điện di gel agarose, nhuộm DNA bằng thuốc nhuộm đặc biệt (ethidium bromide) và soi dưới ánh sáng cực tím. Để xác nhận sản phẩm PCR, thường sử dụng điện di gel agarose kết hợp với nhuộm DNA để kiểm tra kích thước và đặc hiệu của sản phẩm.

Ứng dụng của xét nghiệm PCR trong bệnh truyền nhiễm

Xét nghiệm PCR là một công cụ mạnh mẽ và được sử dụng rộng rãi trong y học hiện đại, đặc biệt là trong chẩn đoán các bệnh truyền nhiễm. Nhờ vào độ nhạy và độ đặc hiệu rất cao, cùng với khả năng cho kết quả nhanh chóng, PCR trở thành phương pháp xét nghiệm “chuẩn vàng” trong nhiều tình huống khẩn cấp và bệnh lý phức tạp.

Một trong những ứng dụng nổi bật nhất của PCR là phát hiện virus gây bệnh. PCR có thể tìm ra các loại virus nguy hiểm chỉ từ một lượng mẫu rất nhỏ, bao gồm:

• HIV, virus viêm gan B, viêm gan C.
• SARS-CoV-2 (gây bệnh COVID-19).
• Herpes simplex, HPV (virus gây ung thư cổ tử cung).
• Cytomegalovirus, virus zona (varicella-zoster virus) và nhiều loại virus khác.

Không chỉ phát hiện virus, PCR còn xác định sự hiện diện của vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng – những tác nhân gây bệnh mà đôi khi các phương pháp xét nghiệm truyền thống khó phát hiện được. Nhờ vậy, PCR giúp bác sĩ chẩn đoán chính xác và nhanh chóng hơn, đặc biệt trong những bệnh lý như viêm màng não, nhiễm trùng huyết hoặc nhiễm trùng đường ruột cấp tính.

Đặc biệt, kỹ thuật PCR thời gian thực (Real-time) PCR cho phép phát hiện nhanh các gen kháng kháng sinh trong các vi khuẩn như Staphylococcus aureus, Helicobacter pylori và Enterococcus, hỗ trợ trong việc lựa chọn liệu pháp điều trị phù hợp. Điều này rất quan trọng trong việc lựa chọn đúng loại kháng sinh điều trị, từ đó hạn chế lạm dụng thuốc và giảm nguy cơ kháng thuốc.

Bên cạnh đó, PCR còn là công cụ đắc lực trong truy vết các đợt bùng phát bệnh liên quan đến thực phẩm. Các vi khuẩn như Escherichia coli, Streptococcus nhóm B hay Bacteroides có thể được phát hiện sớm, giúp kiểm soát dịch bệnh kịp thời.

Xét nghiệm PCR không chỉ là một bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực sinh học phân tử mà còn đóng vai trò then chốt trong việc phát hiện sớm và chính xác các tác nhân gây bệnh. Hiểu rõ về nguyên lý và ứng dụng của kỹ thuật này giúp chúng ta thêm trân trọng những thành tựu khoa học, đồng thời nâng cao ý thức trong việc bảo vệ sức khỏe cá nhân và cộng đồng.