$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Metody ilościowego PCR (qPCR) są szeroko stosowane do monitorowania jakości wody rekreacyjnej i śledzenia źródeł mikrobiologicznych, ponieważ są szybsze, bardziej elastyczne i specyficzne w porównaniu do tradycyjnych metod opartych na kulturach. W związku z tym qPCR jest zalecany do uzyskania szybkich wyników monitorowania wody pod kątem ogólnych wskaźników kałowych, takich jak Enterococcus spp., w zmienionych kryteriach jakości wody rekreacyjnej USEPA1. Opracowano również i zwalidowano wiele testów qPCR w celu identyfikacji źródeł zanieczyszczenia kałem w wodach środowiskowych2. Wśród nich testy markerów HF183 są jednymi z najczęściej stosowanych do identyfikacji zanieczyszczenia kałem związanego z człowiekiem3.
Jednak wyniki qPCR często mogą być stronnicze, ponieważ opierają się na standardowych krzywych do kwantyfikacji. qPCR określa ilościowo nieznane stężenia celu w próbkach poprzez interpolację ich cyklu kwantyfikacji (Cq) od krzywej standardowej, która opisuje liniową zależność między Cq a wielkością logarytmiczną zestawu seryjnie rozcieńczonych wzorców. Brak wiarygodnego i spójnego wzorcowego materiału referencyjnego może zatem znacznie zniekształcić wyniki qPCR. Badania wykazały, że wyniki qPCR różniły się o około pół logarytmu przy użyciu wzorców od różnych dostawców4 i 2-krotnie przy użyciu różnych partii wzorców od tego samego dostawcy5.
Technologia Digital PCR (dPCR) kwantyfikuje nieznaną próbkę, zliczając częstość dodatnich wyników w dużej liczbie miniaturowych reakcji PCR, które są generowane przez podzielenie masowego qPCR na tysiące lub miliony jednolitych reakcji nanolitrowych lub pikolitrowych6. Jest on określany odpowiednio jako kropelkowy cyfrowy PCR (tj. ten artykuł) lub cyfrowy PCR komorowy, jeśli przegrodami są kropelki wody w oleju (tj. ten artykuł) lub małe komory na chipie. Wyższe stężenie próbki spowoduje obecność docelowego DNA (stąd dodatni PCR) w większym odsetku partycji, zależność przybliżoną przez rozkład Poissona. W związku z tym rejestrowane są wyniki binarne (dodatni lub ujemny PCR), a częstotliwość dodatnich kropel jest wykorzystywana do obliczania nieznanych stężeń próbek bezpośrednio za pomocą przybliżenia Poissona, eliminując potrzebę stosowania krzywej wzorcowej, jak w qPCR.
Ta binarna natura cyfrowej kwantyfikacji PCR zapewnia dodatkowe zalety w porównaniu z qPCR7. Ponieważ opóźniona amplifikacja może nadal dawać dodatni wynik PCR, kwantyfikacja dPCR jest bardziej odporna na inhibicję, która zmniejsza wydajność amplifikacji. Podobnie, na kwantyfikację dPCR nie ma wpływu zmienność wartości Cq, tak jak w przypadku qPCR, co prowadzi do większej precyzji dPCR w porównaniu z qPCR8-10.
Ponadto, proces partycjonowania zapewnia bardzo małą ilość docelowego DNA obecnego w każdej kropli, skutecznie minimalizując konkurencję substratów (podczas amplifikacji różnych celów DNA), które są częstymi przeszkodami w osiągnięciu dupleksowania (tj. test jednocześnie mierzy dwa cele DNA) w qPCR. W związku z tym, niezależnie od tego, czy jest prowadzony w trybie dupleksowym, czy jednostronnym (tj. jeden cel jest mierzony w jednym teście), dPCR daje prawie nierozróżnialną kwantyfikację obu celów7,11.
Celem cyfrowego testu PCR (EntHF183 dPCR) opisanego w tym artykule jest uzyskanie jednoczesnej bezpośredniej kwantyfikacji ogólnego wskaźnika kału Enterococcus spp. i ludzko-kałowego markera HF183 z większą precyzją, powtarzalnością i odpornością na inhibicję w porównaniu do jego odpowiedników qPCR. Test ten został z powodzeniem wykorzystany do ilościowego określenia zanieczyszczenia kałem w środowisku słodkiej wody, wodzie morskiej i różnych materiałach kałowych7, ale może być również stosowany do wszelkich innych rodzajów wód i ścieków. Test ten jest bardzo obiecujący do analizy osadów lub gleb ze względu na wysoką tolerancję na inhibicję, ale wymagane są dalsze badania ze względu na złożoność mieszanin inhibitorów w tego typu próbkach.