Diagnosis of Eimeria infection in chickens remains demanding. Parasite morphology- and host pathology-led approaches are commonly inconclusive, while molecular approaches based on PCR have proven demanding in cost and expertise. The aim of this protocol is to establish loop-mediated isothermal amplification (LAMP) as a straightforward molecular diagnostic for eimerian infection.
Eimeria species parasites, protozoa which cause the enteric disease coccidiosis, pose a serious threat to the production and welfare of chickens. In the absence of effective control clinical coccidiosis can be devastating. Resistance to the chemoprophylactics frequently used to control Eimeria is common and sub-clinical infection is widespread, influencing feed conversion ratios and susceptibility to other pathogens such as Clostridium perfringens. Despite the availability of polymerase chain reaction (PCR)-based tools, diagnosis of Eimeria infection still relies almost entirely on traditional approaches such as lesion scoring and oocyst morphology, but neither is straightforward. Limitations of the existing molecular tools include the requirement for specialist equipment and difficulties accessing DNA as template. In response a simple field DNA preparation protocol and a panel of species-specific loop-mediated isothermal amplification (LAMP) assays have been developed for the seven Eimeria recognised to infect the chicken. We now provide a detailed protocol describing the preparation of genomic DNA from intestinal tissue collected post-mortem, followed by setup and readout of the LAMP assays. Eimeria species-specific LAMP can be used to monitor parasite occurrence, assessing the efficacy of a farm’s anticoccidial strategy, and to diagnose sub-clinical infection or clinical disease with particular value when expert surveillance is unavailable.
グローバル鶏の生産は、発展途上国は、先進国で目撃4倍近く拡大ホスティングで最後の50年間で10倍に増加している(www.faostat.orgを) 。世界の食料安全保障への鶏肉生産の関連性もそう成長したようにニワトリで重大な病気を引き起こす可能性が病原体のプロフィールを有する。一典型的な例アイメリア種 、腸疾患のコクシジウム症1を引き起こす可能性がありますユビキタス寄生原虫である。どこ鶏は、一つ以上のアイメリア種が共通2-4である可能性が高いで飼育されている。開発された世界ではアイメリアは、主に抵抗5の影響を最小限に抑えるために、シャトルや回転プログラムを採用し、予防的化学療法によって制御されます。生ワクチンはまた、鳥の値がコストを正当化するのに十分なシステムで使用される( 例えば、株式、層、およびいくつかのブロイラー5繁殖 )。 RESUとしてサブ臨床感染は5一般的ですが、これらの措置のLT臨床コクシジウム症は、多くの場合、十分に制御される。発展途上国のワクチン接種ではまれであり、薬物のアプリケーションが頻繁にあまり知らさ。その結果、サブ臨床および臨床のコクシジウム症は、より一般的であり、重大な経済的影響3を発揮する。
最も広く使用されているスコアリングシステムのさえ著者はいくつかの種のために「それはそのような手順は、任意のが、適度に重篤な感染で試みすべきかどうかは疑わしいようだ」とコメントしたがeimerian感染の診断は、伝統的に、死後に得点病変に依存してきた6。形態をオーバーラップすると、すべてが、専門家6,7を混乱することができますが、補足的証拠は、糞便やごみのサンプルで耐環境性オーシストのライフサイクルステージの顕微鏡検出を通じて収集することができます。ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、ランダムamplificatioを用いた分子の代替多型DNA PCR(RAPD-PCR)および定量PCR技術のnは最大20年8月10日のために利用されているが、現在までに、彼らは一般的になってすることができなかった。相対費用と専門実験装置や処理のための要件は、古いpathology-と顕微鏡ベースの、多くの場合、主観的かつ技術的に要求の厳しい自然が10,11に近づくにもかかわらず、それらの取り込みを制限している。このような制限は、貧困にコクシジウム症の影響は12比例して大きくすることができるような東南アジアなど世界の貧困地域の多くでは誇張することができます。これに応答して、 アイメリア種特異的診断アッセイ新しい簡単で敏感が、コスト効果の明確な要求がある。
LAMP法(LAMP)は、大量のDNAを増幅することができるDNAポリメラーゼドリブン技術を準備することは容易である。最も重要なのは、LAMP BST は DNA polymeraを使用していますそれに代えて、熱サイクル13,14を必要とすることなく、単一の一定温度でDNA増幅を促 進する一般的PCRで使用したTaq DNAポリメラーゼ。 LAMPは、最も初歩的な実験室でするか、フィールドにアプリケーションに適用可能であり得る。多くのPCR阻害物質、高い感度と特異性に対する抵抗性に特徴、LAMPアッセイは、伝染性ファブリキウス嚢病ウイルス、 ウェルシュ菌及びクリプトスポリジウム 15-17を含む病原体の広い範囲のために開発されている。応答では、鶏に感染する7 アイメリア種のそれぞれに固有のLAMPアッセイのパネルが18を開発された新たな費用対効果のアイメリア種固有の診断のために要求する。新しいアッセイのためのアプリケーションは、そのような貧しい経済のPEとのEimeriaマキシマやアイメリア·ネカトリックスとして種の関連付けを与えられた特定の値の監視寄生虫の発生を含み、rformance 3,4。他のアプリケーションは、ファームの抗コクシジウム戦略、サブ臨床感染または臨床疾患の診断とファームにアイメリアによるリスクの評価の有効性を評価する含まれています。
The Eimeria species-specific LAMP assays described in this paper offer a new diagnostic tool kit in support of effective control of coccidia and the disease coccidiosis. The outcomes of eimerian infection can include severe economic loss as well as seriously compromised bird welfare and increased susceptibility to colonisation by zoonotic pathogens21. Opportunities to monitor flocks for the occurrence of some, or all Eimeria species can provide early warning of a breakdown in anticoccidial control efficacy. Key advantages of LAMP include robust target specificity, resulting from the requirement for six different DNA sequence targets, as well as high sensitivity, boosted by the inclusion of loop primers13, although the qualitative, not quantitative nature of LAMP may be considered a limitation. It is not currently possible to discriminate low level parasite escape from routine chemoprophylaxis or live vaccine replication from unchecked eimerian replication. Nonetheless, the technical ease of the protocol and definitive readout offers considerable improvement over the existing specialist and frequently subjective pathology- and morphology-led approaches6,7. Each assay may be completed at a cost of ~£0.75 per sample, independent of labour and equipment set up expenses. Thus, LAMP assays are also more cost effective than other molecular diagnostics such as PCR, since they require an isothermal incubation with no need for specialist equipment.
For many years access to Eimeria genomic DNA as template has limited the development and application of molecular field diagnostics. The oocyst is the most readily accessible phase of the eimerian lifecycle, but routine DNA extraction requires laboratory facilities22. Other, more labile intestinal lifecycle stages require purification prior to DNA preparation to prevent PCR inhibition and a consequent loss of sensitivity23,24. The ability to extract eimerian DNA of a quality suitable for LAMP using equipment no more specialised than a microcentrifuge and a water bath, supplemented by inhibitor adsorption using chelex resin, now promotes the wider use of molecular biology in eimerian diagnostics. Intriguingly, the reported detection of quantitative PCR-measurable Eimeria DNA in intestinal tissue 20 days after the initiation of parasite infection, 11 days after the last detectable oocyst output, raises the suggestion that LAMP may be used to detect resolved parasite exposure as well as ongoing infection, even after any visible lesions may have been resolved25.
The relatively low cost and low technical requirements of LAMP Eimeria diagnostics can promote their application in the developing world where other more established approaches may not be available or appropriate. For this to be applicable each assay must be capable of detecting all strains which may be circulating within each region. While understanding of the genetic diversity prevailing among Eimeria species is limited26, the use of target sequences previously validated for use in quantitative PCR with strains from Africa, Asia, Europe and South America provides some evidence of conservation, supporting the utility of these LAMP assays around the world10.
The authors have nothing to disclose.
The work carried out in this study was supported in part by the Royal Veterinary College through the student research projects fund, as well as the Biotechnology and Biological Sciences Research Council and the Department for International Development (grant number BB/H009337/2). This manuscript has been assigned the reference PPB_00795 by the RVC.
Name | Company | Catalogue number | Comments |
RNAlater | Ambion | AM7024 | |
Ethanol | VWR Chemicals | 20821.321 | Caution, highly flammable |
100 x Tris-EDTA (TE) buffer concentrate | Sigma-Aldrich | T9285 | |
Chelex 100 resin | Bio-Rad | 142-1253 | |
Molecular grade water | Invitrogen | 10977035 | |
E. acervulina F3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CCTAACATTTCGCTTCACGGAC |
E. acervulina B3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *ATGAGCAAGTGGAACACCTTG |
E. acervulina FIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *AGAGCACAGTGGCAGTGC-AGCAGACAGCATGGCTTACCT |
E. acervulina BIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GAAGACCCTCTGAAGAACGGA-CCTTCTCACCGCTTACCGG |
E. acervulina LB | Sigma-Aldrich | VC00021 | *TAAGGTTACACCCGTGGAGG |
E. acervulina LF | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GCCATGCACAAAGCGACTT |
E. brunetti F3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GGCCATCAAGTTCCATGAGC |
E. brunetti B3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *TCAACCTCCTGAGTGTGGTT |
E. brunetti FIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GAAAATGCCTTCGTAGCTGCT-GCTGGGTACGGAGCGTCTT |
E. brunetti BIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *TACTTCCTAGGATCCATCCTCGC-AGTTTCGCTGCCGCCTC |
E. brunetti LB | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GAAACGCTCGAACATGGC |
E. brunetti LF | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CTTCTCCACAGACCCAGAGGT |
E. maxima F3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *ACTACGGAAAAGTGCGTAGCT |
E. maxima B3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CCTTCCTCCCTTCTGAAAACTG |
E. maxima FIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GAGTCACTGCTGATGTACCAAA AG-GAACTATGCCGCTTTCCCCTG |
E. maxima BIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *AGAATGCGGATTTGTTAGCAGC-AGCAAGTCCAAGGTGTGTGTA |
E. maxima LB | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CAAGCCTACGCGGACATC |
E. maxima LF | Sigma-Aldrich | VC00021 | *TTATGCAGCTGGGTCAACG |
E. mitis F3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *ACGATAGCCAAGACACGTAAGG |
E. mitis B3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CCCCGTGATAAGAGTAGGAACA |
E. mitis FIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CGCGGGTCGTGAGATTTAAATT AT-GGAAGATCAGGACGGGCACT |
E. mitis BIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GTTTCAGTTGATGAACAAGCGA GA-TGCGCCTCTAGAATCAAGACG |
E. mitis LB | Sigma-Aldrich | VC00021 | *TCCATGCATCCCCTTGTT |
E. mitis LF | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CGTGGGCACAGATTGATTC |
E. necatrix F3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *TGGCTTTCCCGCGTACC |
E. necatrix B3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CGGCCCAACACAAAGACTG |
E. necatrix FIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CGCTTGAGTTTTAAGCTATGCA CA-GACCCAAGCAGCTCACCAA |
E. necatrix BIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CGCCATGCCATTCAATGAACG-*GAGGCATACCGGCGTTGTC |
E. necatrix LB | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GTCTGTAACTTGGGACGTTGT |
E. necatrix LF | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GAACAGCCGGAGCCTCTC |
E. praecox F3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GCCCTTGTATGTTGCTGTTTCT |
E. praecox B3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GCGCACGAATCTGAATCACAC |
E. praecox FIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *ATCTCCTCAAAGACTTTCGCGT A-GCGCTTGGCTATATCCATAGG |
E. praecox BIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GCTCTCGTGGCATACTTGC-GCCAGGAGCCACTGATTGT |
E. praecox LB | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GAATAGCATTGCCAGGTGG |
E. praecox LF | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GTCCACTGTCATTAATATTGC TGC |
E. tenella F3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GCTTGTGAAGGTCAGCGTG |
E. tenella B3 | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GCTGAGTCCATACGTACTTCCT |
E. tenella FIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GCCACTGCTATGGAAAGTCAC AC-CATAACTGGCATGCAGGGGT |
E. tenella BIP | Sigma-Aldrich | VC00021 | *GTTTGGCCCGAAAGTTGTGAA GA-CGTCAGAAATTGCTGCCCAAT |
E. tenella LB | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CGCATGTGCAGTTGAAGACA |
E. tenella LF | Sigma-Aldrich | VC00021 | *CCAAATGTATCTGCTAGTTATA TTAACAAG |
10 x ThermoPol reaction buffer | New England Biolabs | B9004S | |
MgSO4 | Sigma-Aldrich | M7506 | |
dNTPs | Promega | U1330 | |
Betaine solution (5 M) | Sigma-Aldrich | B0300 | |
Bst polymerase | New England Biolabs | M0275S | |
Hydroxynaphthol blue | Sigma-Aldrich | 33936 | Dissolved in molecular grade water. |
UltraPure agarose | Invitrogen | 16500-500 | |
10 x Tris/Borate/EDTA (TBE) buffer | Invitrogen | AM9863 | |
Blue/Orange DNA loading dye (x6) | Promega | G1881 | |
GeneRuler 1Kb DNA ladder | Thermo Scientific | SM0313 | |
SafeView nucleic acid stain | NBS Biologicals | NBS-SV |