다중 약물 내성을 보여<em> 결핵균</em> 증폭 마이크로 어레이
Summary
증폭 마이크로 어레이 크게 최종 사용자를위한 마이크로 어레이 플로 간소화 단일 챔버로 비대칭 PCR 증폭 및 마이크로 어레이 혼성화를 결합한다. 마이크로 어레이 워크 플로우를 간소화하는 것은 정기적으로 낮은 자원 환경에서 사용할 수있는 마이크로 어레이 기반의 진단 프로그램을 만들기위한 필요한 첫 번째 단계입니다.
Abstract
마이크로 어레이 워크 플로우를 간소화하는 것은 정기적으로 낮은 자원 환경에서 사용할 수있는 MDR-TB 마이크로 어레이 기반의 진단 프로그램을 만들기위한 필요한 첫 번째 단계입니다. 증폭 마이크로 어레이는 단일 솔루션 내의 단일 마이크로 유체 챔버로 비대칭 PCR 증폭, 타겟 사이즈 선택 대상 라벨링 및 마이크로 어레이 혼성화를 결합한다. 일괄 처리 방법은 다중 약물 내성 결핵균 (MDR-TB)을 유전형에 대한 9 복잡한 비대칭 마스터 믹스 저밀도 젤 요소 마이크로 어레이와 함께 보여줍니다. 여기에 설명 된 프로토콜은 6 시간에 완성 된 게놈 DNA의 적어도 1,000 셀 당량의 정확한 유전자형을 제공 할 수 있습니다. 온칩 세척 단계 통합하면 완전히 폐쇄 된 앰플 리콘 방법 및 시스템에 발생되는, 가능하다. 증폭 마이크로 어레이와 다중화의 범위는 궁극적으로 단일 마스터 m으로 결합 할 수있는 프라이머 쌍의 개수에 의해 제한된다IX 여전히 오히려 어레이에 고정화되는 프로브의 개수보다 원하는 민감도 및 특이도 성능 메트릭을 달성한다. 마찬가지로, 총 분석 시간은 구체적인 용도, 연구 문제 및 소망의 검출 한계에 따라 짧게 또는 길게 할 수있다. 그럼에도 불구하고, 일반적인 접근은 상당히 노동 집약적 및 시간 소모적 인 처리 단계의 수를 줄임으로써 최종 사용자에 대한 마이크로 어레이 플로를 간소화하고, 일상적인 임상 사례로 마이크로 어레이 기반 진단을 번역을 위해 단순화 된 생화학 적 및 미세 유동 경로를 제공한다.
Introduction
초기 증상 감지 및 신속한 치료가 결핵균 (MTB) 전송 1을 줄일 수있는 가장 효과적인 제어 전략으로 간주하고 치료 (POC) 또는 POC 시험 근처의 지점이 동시에 TB를 진단하는 TB 커뮤니티의 폭 넓은 합의가 지금이됩니다 및 약제 내성 (DR)가 필요합니다. 이러한 세 페이드의 GeneXpert 유용한 핵산 증폭 실험 같은 기술은 많은 TB 환자에 대한 진단 시간을 단축하고, 리팜핀 또는 다른 제 또는 제 2 라인 약물이 내성을 부여 선택된 돌연변이에 대한 내성을 나타내는 빠른 판독을 제공한다. 실시간 및 등온 핵산 증폭 검사가 MDR-TB 초래할 약물 내성 돌연변이를 식별하도록 설계되어 있지만, 그들이 검출 돌연변이 스펙트럼은, 환자의 약물 내성 프로파일에 대응하는 개별 약물 요법을 디자인하는 것이 부적절 및 관련 기술 제약광학적 크로스 토크 (cross-talk) 또는 증폭 및보고 케미스트리의 복잡성 3-7 유전자좌 또는 검출 된 돌연변이의 수를 제한 할 수있다. 따라서, 높은 다중 용량 감지 기술은 MDR-TB의 POC 진단에 알려진 격차를 해결하기 위해 필요합니다.
마이크로 어레이 및 WHO 승인 한 Hain의 라인 프로브 분석은 MDR-TB 8-29 진단의 "다중 유전자, 여러 변이"문제를 해결할 수 있습니다. 불행하게도, 이러한 하이브리드 기반의 멀티 플렉스 감지 플랫폼은 다단계, 복잡한 분자 기술에 상당한 훈련과 능력을 필요로 오픈의 증폭 프로토콜을 사용합니다. 증폭 마이크로 어레이 (30)는 이러한 마이크로 어레이 작업 흐름 및 운영 문제 중 일부를 해결하기 위해 설계되었습니다. 단순화 유체 원리는, 증폭 혼성화 및 단일 마이크로 유체 챔버 내 표적 핵산을 검출한다. 사용자는 핵산 증폭 MAS를 소개터가 피펫 유체 챔버에 혼합 및 열 순환 프로토콜을 시작합니다. 여기에 도시 된 배치 프로세싱 방법을 위해, 마이크로 어레이이어서, 벌크 용액으로 세척하고, 건조하고, 이미지화된다. 이 연구는 rpoB에 대한 MDR-TB 마이크로 어레이 검사 (30 돌연변이), katG (2 돌연변이), 인하대 (4 돌연변이), RPSL (2 돌연변이), embB (1 돌연변이), IS1245, IS6110를 사용하여 증폭 마이크로 어레이의 기능을 보여줍니다 , 및 내부 증폭 및 하이브리드 제어 할 수 있습니다. 마이크로 어레이 프로브 (야생형 (WT) 및 단일 염기 변이 (MU)) 중 적어도 하나의 일치하는 쌍은 그 각각의 돌연변이 포함되어 있습니다. 다중 약물 내성 M.보기에서 정제 된 핵산 결핵은 TDR 결핵 균주 은행 (31)이다. 그 밖에 32 바와 같이 젤 요소 마이크로 어레이 우리 polymeriz 각 프로브 4 % 단량체 및 0.05 ㎜를 사용하는 것을 제외하고, 본질적으로 공중합하여 유리 기판 상에 제조된다ATION 혼합물. 배열은 사용하기 전에 50 ㎖ 가스켓으로 둘러싸여 있습니다. 열 사이클링, 하이브리드 및 세척 단계 후, 증폭 마이크로 어레이는 Akonni 휴대용 분석기에 몇 군데 있습니다. 배경 보정, 통합 된 신호 강도가 원료에서 얻을 수 있습니다. 고정 원 알고리즘을 사용하여 TIF 이미지가. 각 겔 요소 잡음은 로컬 스폿 배경의 세 배의 표준 편차로 산출된다. 신호대 잡음비 (SNR)에 신호 ≥ 3 값 유전자 대상은 통상적으로 검출 가능한 것으로 간주된다. 각 유전자 또는 코돈에 특이적인 변이의 존재 여부를 결정하기 위해, 판별 비율 (WT-MU) / (WT + MU)로서 SNR 값으로부터 계산된다. 판별 비율 0 야생형 시퀀스를 표시한다 <비율 반면 0, 로커스에서 약물 – 내성 돌연변이를 표시한다>는.
Protocol
Representative Results
Discussion
증폭 마이크로 어레이와 다중화의 정도는 최종적으로 비대칭 멀티 플렉스 PCR의 효율 아니라 마이크로 어레이에 의해 결정된다. 우리의 경험에 의하면, 10-12 독특한 프라이머 쌍은 쉽게 증폭 마이크로 어레이 형식으로 다중화 될 수있다. 기존의 프라이머 및 프로브 설계 기준에 따라서 그 중 하나는 또한 솔루션 상 핵산과 고정 된 마이크로 어레이 프로브, PCR 버퍼에 열 열 자전거 타는 사람의 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 부여 RC3의 AI089106에서 건강 (NIH)의 국립 연구소에 의해 지원되었다.
MDR-TB 핵산은 열대 질병 (TDR), 제네바, 스위스에서 연구와 교육을위한 국제 연합 아동 기금 / 유엔 개발 계획 / 세계 은행 / 세계 보건기구 (WHO) 특별 프로그램에 의해 제공되었다.
우리는 프로토 타입 분석에 포함 할 수있는 특정 유전자 돌연변이에 대한 지침에 대한 미국 질병 통제 예방 센터의 박사 톰 Shinnick 감사합니다.
Materials
| MDR-TB amplification microarrays, with applied gasket and pre-cut cover slips | Akonni Biosystems | Inquire | |
| Multiplex PCR kit, containing 2X PCR buffer with HotStar Taq plus | Qiagen | #206143 | |
| Taq polymerase | Qiagen | #201207 | |
| RNAse-free water | Qiagen | #206143 | |
| Formamide | Thermo Fisher Scientific, Inc. | #BP227-500 | |
| 20 mg mL-1 non-acetlyated bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | #3B6917 | |
| 5X concentrated MDR-TB primer mix | Akonni Biosystems | Inquire | |
| 500 fg uL-1 amplification and inhibition control | Akonni Biosystems | Inquire | |
| 20X SSPE | Thermo Fisher Scientific, Inc. | #BP1328-4 | |
| Triton X-100 | Thermo Fisher Scientific, Inc. | #BP151-500 | |
| Disinfecting Spray | Current Technologies, Inc. | #BRSPRAY128 | |
| 70% Isopropyl Alcohol | Decon Labs, Inc. | #8416 | |
| Equipment | Company | Catalog Number | |
| Microarray imager, with automated image and data analysis software | Akonni Biosystems | 100-20011 | |
| Thermal cycler with flat block insert | Akonni Biosystems | 100-10021 | |
| High-throughput wash station and slide holder | ArrayIt | HTW | |
| Dissecting forceps | Thermo Fisher Scientific, Inc. | #10-300 | |
| Mini Vortexer | VWR | #3365040 | |
| Mini-centrifuge | VWR | #93000-196 | |
| Airbrush Compressor Kit | Central Pneumatic | #95630 |
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