牛血清白蛋白增强口腔拭子PCR稳定性：百万样本验证的抑制消除策略

《BMC Genomics》：PCR optimization for buccal swab-derived samples: overcoming sporadic inhibition with bovine serum albumin

本研究针对口腔拭子DNA样本中偶发性PCR抑制导致高通量HLA分型失败率升高的问题，通过引入牛血清白蛋白（BSA）作为PCR添加剂，系统评估其抑制消除效果。结果表明，BSA的加入使百万样本级别的检测失败率从2.14%显著降至0.1%，且无需降低DNA模板浓度，为大规模分子诊断提供了经济高效的优化方案。

　　

在基因组学研究和临床诊断中，口腔拭子因其无创、易操作的特点，成为大规模DNA样本采集的重要工具。然而，来自口腔黏膜的DNA样本中可能混入化妆品残留（如唇膏、唇彩中的聚阴离子聚合物），这些物质在DNA提取过程中难以彻底清除，进而抑制PCR（聚合酶链式反应）中Taq DNA聚合酶的活性，导致扩增失败。在高通量HLA（人类白细胞抗原）分型平台中，即使仅1%~2%的样本出现抑制，也会造成显著的检测延迟和经济损失。

自2022年10月起，DKMS生命科学实验室在处理全球百万例样本时发现，德国来源的口腔拭子DNA出现异常PCR失败率升高（最高达2.14%），而其他地区样本未受影响。通过稀释实验证实抑制物存在后，研究团队引入牛血清白蛋白（BSA）作为PCR反应添加剂。BSA能通过疏水作用和离子交互非特异性结合抑制物，保护酶活性。在优化液体处理程序解决BSA引起的泡沫问题后，该策略在2023年5月至2024年12月期间应用于百万样本，使失败率稳定降至0.1%以下，且成本每样本不足0.01欧元。

关键技术方法

研究采用磁珠法（chemagic? DNA Buccal Swab Kit special）提取口腔拭子DNA，使用SYBR Green I荧光定量法测定浓度。针对HLA-A、-B、-C、-DPA1、-DPB1、-DQA1、-DQB1、-DRB1等基因座设计引物，通过两轮PCR（初级扩增+索引添加）构建测序文库，Illumina NovaSeq 6000平台进行高通量测序，并通过自有软件neXtype完成基因分型。

研究结果

PCR抑制与地理分布特征

2021年5月至2023年4月的数据显示，PCR失败率从0.2%骤升至2.14%，且集中发生于德国样本（图1a）。

DNA浓度分布稳定（图2a），且失败率与浓度无相关性（图2b），表明抑制物独立于DNA总量存在。

抑制机制验证与干预策略

重复PCR与凝胶电泳确认扩增失败源于初级PCR步骤（图3a）。

DNA稀释至1:40~1:80可恢复扩增（图3b），但低浓度样本适用性有限；而添加0.1 μg/μL BSA可完全消除抑制（图3c）。

高通量应用效果

BSA引入后，失败率降至0.1%（图4a），且全球样本均受益（图4b）。

结论与讨论

本研究通过百万样本规模验证了BSA在克服口腔拭子DNA中PCR抑制物的高效性与普适性。其作用机制可能源于BSA对多类抑制物的广谱吸附能力，且最佳浓度（0.05~0.1 μg/μL）范围内效果无显著差异。尽管BSA可能引发液相处理泡沫问题，但通过自动化流程优化即可解决。该策略不仅显著提升HLA分型可靠性，也为其他易受抑制的样本类型（如环境微生物、法医检材）的PCR优化提供参考。研究结果发表于《BMC Genomics》，强调BSA作为经济、高效的PCR增强剂在大规模分子诊断中的核心价值。