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PCR原理分类应用及国内外主要品牌汇总

2020.2.05

PCR概念

PCR,中文名是聚合酶链反应(基因扩增)

基本原理 

类似于DNA的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR是模拟体内DNA复制过程,在体外特异性扩增DNA片段的一种技术。

PCR的应用领域:

1、遗传病和某些疑难病的诊断

2、病原体的检测。某些恶性疾病一般用微生物学、生化和免疫 学技术无法查出病原体时,可用PCR来检查。

3、法医和刑侦鉴定。

4、癌基因的检查。

5、基因探针的制备。

6、基因组测序、染色体巡视。

7、cDNA库的构建。

8、基因突变的分析和定位诱变。

9、DNA重组。

10、基因的分享和克隆。

标准的PCR过程分为三步:

DNA变性

(90℃-96℃):双链DNA模板在热作用下,氢键断裂,形成单链DNA

退火

(60℃-65℃):系统温度降低,引物与DNA模板结合,形成局部双链。

延伸

(70℃-75℃):在Taq酶(在72℃左右,活性最佳)的作用下,以dNTP为原料,从引物的3′端开始以从5′→3′端的方向延伸,合成与模板互补的DNA链。

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PCR仪的分类

根据DNA扩增的目的和检测的标准可以将PCR仪分为普通PCR仪,梯度PCR仪,原位PCR,实时荧光定量PCR仪等几类。

普通PCR仪

一般把一次PCR扩增只能运行一个特定退火温度的PCR仪,称之为普通PCR仪。如果要用它做不同的退火温度则需要多次运行。主要是用作简单的,对目的基因退火温度的扩增。

梯度PCR仪

一次性PCR扩增可以设置一系列不同的退火温度条件(通常12种温度梯度)的称之为梯度PCR仪。因为被扩增的不同的DNA片段其最适合的退火温度不同,通过设置一系列的梯度退火温度进行扩增,从而一次性PCR扩增就可以筛选出表达量高的最适合退火温度进行有效的扩增。主要用于研究未知DNA退火温度的扩增,这样既节约时间,也节约经费。在不设置梯度的情况下亦可当做普通的PCR用。

原位PCR仪

是用于从细胞内靶DNA的定位分析的细胞内基因扩增仪。如病原基因在细胞的位置或目的基因在细胞内的作用位置等。可保持细胞或组织的完整性,使PCR反应体系渗透到组织和细胞中,在细胞的靶DNA所在的位置进行基因扩增。不但可以检测到靶DNA,还能标出靶序列在细胞内的位置。于分子和细胞水平上研究疾病的发病机理和临床过程及病理的转变有着重大的实用价值。

实时荧光定量PCR仪

在普通PCR仪基础上增加一个荧光信号采集系统和计算机分析处理系统,就成了荧光定量PCR。其PCR扩增原理和普通PCR扩增原理相同,只是在PCR扩增时加入的引物是利用同位素、荧光素等进行标记,使用引物和荧光探针同时与模板特异性结合扩增。扩增的结果通过荧光信号采集系统实时采集信号连接输送到计算机分析处理系统,得出量化的实时结果输出。

荧光定量PCR仪有单通道,双通道和多通道之分。当只用一种荧光探针标记的时候,选用单通道;有多种荧光标记的时候使用多通道。单通道也可以检测多荧光的标记和目的基因表达产物,因为一次只能检测一种目的基因的扩增量,需多次扩增才能检测完不同的目的基因片段的量。

数字PCR

数字PCR即Digital PCR(dPCR),它是一种核酸分子绝对定量技术。相较于qPCR(实时荧光定量PCR),数字PCR能够直接数出DNA分子的个数,是对起始样品的绝对定量。


PCR的各个品牌

国产品牌:

上海领成、西安天隆、杭州郎基、珠海黑马、杭州博日、上海宏石、厦门安普利、杭州晶格、北京亚力恩、北京东胜、上海枫岭。

目前国内市场主要被:上海领成,西安天隆,杭州郞基,珠海黑马,杭州博日五大品牌所占有。

普通PCR仪价格在18000-20000元左右,梯度PCR仪价格在26000-28000元左右,实时荧光定量PCR仪价格在130000-150000元左右。

国内目前也有几家公司推出了数字PCR,比如:永诺生物,领航基因,小海龟科技,锐讯生物,新羿,诺禾致源。


进口品牌:

美国ABI(现已被赛默飞收购)、美国Labnet莱伯特、美国Bio-rad伯乐、英国Genetech、英国Techne、德国Eppendorf艾本德、新加坡Esco艺思高、日本TaKaRa、日本ASTEC、澳大利亚Corbett柯柏特、德国Jena耶拿、德国biometra、德国BOECO、英国CLEAVER科丽沃、瑞士ROCHE罗氏、英国Quanta、德国PEQLAB、荷兰Creacon、美国Cepheid、美国Thermo热电。

目前进口品牌中美国ABI,美国labnet,美国Bio-rad,日本TaKaRa,英国Techne,德国Eppendorf六大品牌占有率比较高。

根据近年来销量分析,其中美国ABI除了9700型普通PCR基因扩增仪和2720型基因扩增仪外,新推出的高精确性的Veriti梯度PCR仪,也是所有进口品牌梯度PCR仪中最受客户认可的一款,是近两年来销量较高一款PCR仪;其次是美国Bio-rad;

日本TaKaRa和美国Labnet梯度PCR仪,价格相对进口品牌中比较便宜,质量和性能也比较稳定,从而深广大客户的认可,他们的销售成交价在45000-50000左右,而其它同性能价格的仪器价格在,60000-80000元,所以近年来市场的占有率呈上升的趋势;

德国Eppendorf和美国Bio-rad是以直销的模式销售,因其垄断直销方式,外面的经销商或者当地的经销商无法进去竞争,所以相同性能的产品价格相对其他品牌要高很多,成交价格一般在7-9万元左右,市场占有率相对有所下降;

英国Techne在国内生产,价格相对进口品牌中要低很多,销量有所上升,市场占有率也上升,价格在35000-40000元左右。

实时荧光定量PCR方面,重要的品牌包括:赛默飞(已收购ABI、Life Technologies),罗氏,伯乐,德国耶拿,安捷伦,QIAGEN,罗氏,鲁美科思等,价格在250000-800000元左右。

数字PCR技术不断发展,Bio-Rad、LIFE Technologies及RainDance等厂家相继推出技术较为成熟的数字PCR产品,伯乐后来收购了RainDance;还有法国STILLA,德国QIAGEN,美国富鲁达Fluidigm等。数字PCR的价格一般要高于100万。


分子诊断对PCR市场的作用

   近年来,尽管受到欧美经济低迷和货币紧缩政策影响,来自生物、医疗、科研等行业的需求有所回落。但分子诊断行业和以转基因技术为核心的生物育种行业迎来了大发展,据统计,分子诊断是全球体外诊断市场中发展较为迅速的一部分,2014年全球分子诊断市场的总需求达到了70亿美元,其占体外诊断的比例已经从1995年的2%增长到了14%,市场增长率将达11%,占各类细分市场之首。我国的分子诊断市场发展更为迅猛。年均增长速度是全球的2倍。而在我国发改委编制的《国家战略性新兴产业发展“十二五”规划》中,生物育种产业被列为七大国家战略性新兴产业之一。转基因技术更是关系到国家核心竞争力的和国家长远发展的战略性新兴产业。  

  荧光定量PCR仪是分子诊断,生物育种领域不可缺少的研究工具,在未来的一两年内,荧光定量PCR仪市场在全球将有6%左右的增长,市场规模将在2016年节节攀升至29.5亿美元。在我国,荧光定量PCR仪市场的增量预计可达到10%左右。如遇流行病等突发事件,采购需求可进一步增大。例如,针对2014年西非埃博拉病毒疫情,国家卫生和计划生育委员会办公厅印发了《埃博拉出血热相关病例诊断和处置路径》的通知,该通知要求,使用qPCR进行留观或疑似病例的血液样本检测。由此激发了一轮荧光定量PCR仪的采购需求。  

  值得注意的是,未来随着分子诊断业的发展,荧光定量PCR仪无疑将更加重视满足临床诊断实验室的特定需求,并且用户将会更加关注于产品是否取得体外诊断(IVD)医疗器械认证。

  

  同荧光定量PCR仪一样,2014年,普通PCR仪市场同样存在利好政策。3月28日,国家药典委员会发布关于《中国药典》2015年版通则(草案)公开征求意见的通知。2015版《中国药典》通则目录及增修订征求意见稿增订了多种仪器和方法,如中药材DNA条形码分子鉴定法、核酸分子鉴定法等,规定PCR仪作为检定仪器。  

  食品安全方面,91项食品检测标准于8月1日起实施,包括作物转基因成分检测,水产品病毒检测,水果品种鉴定等标准,规定了PCR作为检测设备。2014年,以上一些政策和相关标准的实施对于PCR仪的需求均起到一定的拉动作用。  

  中国荧光定量PCR仪市场中,长期呈现Life Technologies,Bio-Rad,Roche三足鼎立局面。三大品牌年销量之和约为市场总年销量的六成左右。而国产荧光PCR仪经过长期积累,也基本达到或接近国际主流水平,但要被市场广泛认可仍需较长的时间,针对这种市场情况,杭州博日等国产荧光定量PCR仪厂商目前主要把目光着眼于出口。  

  普通PCR仪主流市场主要被Bio-rad,Eppendrof,Life technologies和analytik-jena等品牌占据。近两年,杭州博日,杭州朗基等国产厂商销量增长较快,目前普通PCR仪国产品牌占有率基本能够与进口品牌占有率持平。

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