Enquanto a análise de alta resolução de fusão oferece a capacidade de diferenciar entre polimorfismos de nucleotídeo único em uma população heterogênea, viés amplificação alelo mutante pode aumentar a sua capacidade para detectar alelos presentes em percentagens relativamente baixas dentro de uma amostra. Este protocolo descreve melhorias que melhoram a sensibilidade da análise de fusão de alta resolução.
Apesar de décadas de esforços de erradicação, a malária continua a ser um fardo global. Renovou o interesse recente na eliminação regional e erradicação global tem sido acompanhado pelo aumento da informação genômica sobre Plasmodium espécies de parasitas responsáveis pela malária, incluindo características das populações geográficas, bem como variações associadas com sensibilidade reduzida às drogas anti-malária.
Uma variação genética comum, polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs), oferece alvos atraentes para parasita genotipagem. Estes marcadores são úteis não só para o rastreamento de marcadores de resistência a drogas, mas também para rastrear populações de parasitas por meio de marcadores que não estão sob drogas ou outras pressões seletivas.
Métodos de genotipagem SNP oferecer a capacidade de controlar a resistência aos medicamentos, bem como a impressão digital parasitas individuais para a vigilância da população, particularmente em resposta aos esforços de controlo da malária em regiões que se aproximam eliminatestado de iões.
Enquanto SNPs informativos foram identificados que são agnósticos às tecnologias de genotipagem específicas, de alta resolução derretendo análise (HRM) é particularmente adequado estudos com base em campo para. Comparado com métodos padrão fluorescente-sonda baseada que requerem SNPs individuais numa única sonda marcada e oferecem sensibilidade na melhor das hipóteses 10% para detectar SNPs em amostras que contêm múltiplos genomas (polygenomic), GRH oferece uma sensibilidade 2-5%. Modificações GRH, tais como sondas bloqueados e concentração de iniciador, assimétricos, bem como a optimização de temperaturas de recozimento para a amplificação por PCR no sentido de polarização de amplificação do alelo menor, pode ainda aumentar a sensibilidade da ARH. Embora a melhoria da sensibilidade depende do ensaio específico, que têm aumentado as sensibilidades de detecção para menos de 1% do alelo menor.
Em regiões que se aproximam de erradicação da malária, a detecção precoce de emergentes ou resistência aos medicamentos importados é essencial para a prompT resposta. Da mesma forma, a capacidade de detectar infecções polygenomic e diferenciar os tipos de parasitas importados a partir de reservatórios locais enigmáticas pode informar programas de controle.
Este manuscrito descreve modificações a tecnologia de fusão de alta resolução, que aumentam ainda mais a sua sensibilidade para identificar as infecções polygenomic em amostras de doentes.
Apesar do renovado interesse no controle da malária e da erradicação, a malária continua a ser um fardo em todo o mundo, com quase metade da população do mundo em risco de infecção e mais de 550.000 mortes por ano, especialmente crianças na África sub-saariana 1.
Estes novos programas de controlo e erradicação têm sido apoiados pelo renascimento genômica, com grande número de parasitas da malária sequenciados e analisados para mutações associadas a sensibilidade reduzida de drogas, aumento da virulência, e para as características da população 2,3. Polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) estão entre as variantes genéticas mais comumente identificados 4-7.
Métodos de genotipagem SNP portáteis oferecem no local e vigilância da população em tempo real e monitoramento 8. Além fingerprinting parasitas individuais, o "código de barras molecular" também é usado para detectar deslocamentos temporais dramáticas na frequência do alelobem como variância tamanho e complexidade de infecção 9 população efetiva.
Embora este conjunto de informativo SNPs é facilmente adaptado para muitas plataformas de genotipagem, de alta resolução fusão (HRM) análise é particularmente adequado para estudos, onde a operação e detecção de mutações novas a baixo custo sensível e simples em comparação com a sequência eo outro campo baseada em abordagens são atraentes em ambientes pobres em recursos.
HRM começa com reacção em cadeia de polimerase padrão (PCR) que incorpora um corante fluorescente. Pós-PCR análise de fusão determina a temperatura de pico amplicon de fusão; uma única diferença de SNP num curto amplicão pode resultar em substancial pico de temperatura de fusão (Tm) diferenças.
Vários refinamentos a este método oferece melhor resolução genotipagem para diferenciar SNPs incluindo SNPs classe IV (AT), e detectar menores alelos mutantes em amostras com vários alelos presentes (poliGinfecções enomic). Em primeiro lugar, os ensaios de incorporar sondas curtas centradas sobre a região do SNP, além de transmitir e iniciadores que estão presentes em diferentes concentrações reversa. Estas sondas não bloqueados são amplificados durante a PCR, mas ligam-se ao fio produzido em excesso devido a concentrações de iniciadores assimétricos que aumentam a produção do produto sonda-molde. Estes produtos de amplificação de cadeia dupla separados constituídos por sonda ligada ao excesso de fita molde são ~ 20-30 pb; seu comprimento diminuiu significativamente em comparação com todo o amplicon (80-150 bp) levam a diferenças muito maiores Tm associados com a base única ou múltipla sonda-modelo não corresponde 10.
Em segundo lugar, o alelo mutante viés amplificação (Maab) reduz a temperatura de recozimento da reacção para a reacção de polarização no sentido de alelos mutantes presentes em baixas proporções em infecções polygenomic. A temperatura de recozimento é definida entre as Tms de perfeitamente compatíveis (tipo selvagem) e descasados sonda (mutante)s. A esta temperatura, a ligação do alelo de tipo selvagem é bastante estável que é impedida a amplificação em comparação com o seu equivalente incompatibilidade, por conseguinte, induzam a amplificação para o alelo mutante, quando ambos estão presentes numa única amostra de 10.
Com esses refinamentos GRH, esta tecnologia tem permitido o rastreamento de origens e identidade de parasitas associados com infecções epidêmicas na América do Sul 11 e detecção de novas mutações, a diferenciação de vários SNPs localizados imediatamente ao lado do outro em seqüência, e mutações presentes em menos de 1 % dos alelos em amostras polygenomic 10.
Aumento da sensibilidade é particularmente importante nas regiões que se aproximam status de pré-eliminação e aqueles em risco para o surgimento de resistência aos medicamentos. A capacidade de identificar rapidamente e facilmente parasitas importados e SNPs associados à redução da sensibilidade no local informa os esforços de vigilância e programas de controle sobrea eficácia das suas implementações e identifica hotspots para o aumento dos esforços de erradicação da malária e de eliminação. Este protocolo descreve os métodos para a sonda-bloqueado à base e para um aumento da sensibilidade Maab GRH genotipagem.
Continous HRM é um passo a análise pós-PCR; por conseguinte, a amostra de ensaio e a configuração é similar com protocolos padrão de PCR, com a incorporação adicional de um corante fluorescente intercalante usado para controlar a transição da cadeia dupla de ADN de cadeia simples durante o passo de fusão de alta resolução. O fator mais importante para a análise HRM bem sucedida é um produto robusto PCR. Desenho do ensaio é a chave, e várias ferramentas otimizadas para o projeto ensaio HRM estão disponíveis comercialmente e em linha 13. Comprimentos AMPLICON de 80-150 pares de bases com acompanhamento ~ 20 pares de bases bloqueado sondas centradas sobre o SNP ou SNPs de trabalho melhor interesse para diferenciar SNPs, bem como haplótipos de múltiplos SNPs na região da sonda. As sondas podem ser bloqueadas utilizando uma 3 'espaçador C3 ou um par incompatibilidade 2 de base na extremidade 3', o que impede a extensão durante a amplificação. As sondas podem ser concebidas para combinar com a cadeia de Watson Crick ou molde; a escolhadepende de testes empíricos para determinar qual projeto sonda produz picos de fusão aceitáveis. O excesso de avanço ou retrocesso iniciadores são utilizados para a produção de produto de amplificação de cadeia simples que hibrida com as sondas bloqueados. Se a sonda contém a sequência da cadeia para a frente, em seguida, o iniciador inverso é utilizado em excesso, normalmente numa proporção de 1: 5, e vice-versa para as sondas que correspondem a cadeia inversa.
Da mesma forma, GRH funciona melhor com o produto de PCR suficientes e robusta. Reacção de PCR requer optimização de PCR e de gradiente de agarose ou géis de análise Bioanalyzer para determinar as temperaturas de recozimento óptimas. Concentração do molde pode ser aumentada usando métodos como a pré-amplificação, a amplificação multiplexada tendenciosa de todos os alvos utilizando baixa concentração do primário e o número de ciclos para aumentar a concentração de molde 13.
Apenas um punhado de instrumentos são compatíveis com Maab. As propriedades térmicas dos tubos capilares de vidro usado iN estes sistemas facilitar este método. O pequeno diâmetro interior dos capilares bem como a rápida transferência de calor através do vidro proporcionam um controlo de temperatura mais severas do que utensílios de plástico de PCR padrão, que tem mais lentas taxas de transição entre o recozimento e de desnaturação ciclos devido às propriedades isolantes térmicas dos plásticos. Com este método, as sensibilidades de detecção pode ser reduzido de 2-5% a menos de 1% de um alelo mutante em uma mistura de tipo selvagem e alelos mutantes 10.
HRM é uma ferramenta fácil, eficiente e econômica para genotipagem SNP em uma variedade de configurações e inúmeras aplicações, desde a vigilância das doenças infecciosas para a digitalização para as variantes do gene do cancro. Vários outros instrumentos, tais como o Roche Nano e sistemas LightCycler (480 e 96), bem como o de Eco em tempo real do sistema de PCR oferta GRH além de amplificação padrão, em tempo real, e a funcionalidade de número de cópias. Usando máquinas de maior rendimento, custa HRM barcoding less de US $ 0,50 por ensaio em nossas mãos, incluindo todos os reagentes e consumíveis.
No contexto descrito aqui, os aplicativos baseados em campo permitir a vigilância da população em tempo real para mudanças associadas com os esforços de controle da malária, incluindo a redução da diversidade da população, a detecção de tipos de parasitas importados, e o aparecimento ea propagação de SNPs associados à droga sensibilidade reduzida. Refinamentos ao método oferecer sensibilidade adicional útil para informar o progresso da eliminação da malária e de erradicação.
The authors have nothing to disclose.
Os autores agradecem a Fundação Bill e Melinda Gates para seu apoio de desenvolvimento de tecnologia e treinamento.
LightScanner Master Mix | BioFire Defense | HRLS-ASY-0003 | |
Light mineral oil | Sigma | M5904 | for BioFire Defense plate-based HRM systems |
TE | Teknova | T0226 | |
Te | Teknova | T0221 | TE buffer with reduced EDTA |
PCR grade water | Teknova | W3330 | |
Plasmodium falciparum standards | MR4 | MRA-151, 156, 205, 330 | MR4.org offers free genomic DNA |
Light Scanner Primer Design Software | BioFire Defense | commercial sofware for HRM assay design | |
LightCycler 480 High Resolution Melting Master Mix | Roche | 4909631001 | For use in LightCycler-480, -96, and nano. 2x concentration |
Bioanalyzer | Agilent | G2938A | Agilent 2100 bioanalyzer |
LightCycler 2.0 | Roche | 3531414001 | Capillary-based system for MAAB |
LightCycler Nano | Roche | 6407773001 | Strip tube-based HRM and amplification |
LightCycler 96 | Roche | 5815916001 | Strip-tube and plate-based HRM and amplification |
LightCycler 480 | Roche | 5015278001 | plate-based HRM (96 and 384-well plates) and amplification |
LightScanner-96 | BioFire Defense | LSCN-ASY-0011 | plate-based HRM (96-well) |
LightScanner-384 | BioFire Defense | LSCN-ASY-0001 | plate-based HRM (96-well) |
96-well plates | Roche | 4729692001 | 96-well plates for HRM (LightCycler |
384-well plates | Roche | 4729749001 | 384-well plates for HRM (LightCycler) |
96-well plates | Bio-Rad | HSP-9665 | 96-well plates for HRM (LightScanner) |
384-well plates | Bio-Rad | HSP-3865 | 384-well plates for HRM (LightScanner) |
LightCycler 8-Tube Strips (clear) | Roche | 6327672001 | strip tubes for HRM (Light Cycler 96 and Light Cycler Nano) |
LightCycler Capillaries (20 μl) | Roche | 4929292001 | capillaries for HRM |
Optical plate seals | Roche | 4729757001 | other brands also work |