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.
글로벌 닭고기 생산은 개발 도상국이 선진국에서 목격 거의 4 배 확장 호스팅으로 10 배 이상 지난 50 년간 증가했다 (www.faostat.org을) . 세계 식량 안보에 닭 생산의 관련성이 성장함에 따라 너무 너무 닭에 심각한 질병을 일으킬 수있는 병원체의 프로필을 가지고있다. 하나의 좋은 예는 장 질환 콕시듐증 일이 발생할 수 있습니다 에이 메리아 종, 유비쿼터스 원생 동물 기생충이다. 닭이 사육되는 곳마다 하나 이상의 에이 메리아 종은 2-4 일반적인 될 가능성이 있습니다. 선진국 에이 메리아 주로 저항 (5)의 영향을 최소화하기 위해 셔틀을 회전하거나 프로그램을 이용, 화학 요법에 의해 제어된다. 라이브 백신은 또한 새 값 비용을 정당화하기에 충분한 시스템에 사용된다 (예를 들면, 사진, 층 및 일부 육계 사육 5). resu으로임상 콕시듐증은 종종 잘 제어 이러한 조치의 LT, 준 임상 적 감염이 5 일반적인 않는다. 개발 도상국의 예방 접종에 드문 약물 응용 프로그램은 자주 덜 알렸다. 결과적으로 서브 임상 및 임상 콕시듐증은 더 일반적이고 중요한 경제적 영향 (3)을 발휘한다.
가장 널리 사용되는 채점 시스템의 경우에도 저자가 어떤 종은 "이 같은 절차는 어떤하지만 중등도 감염을 시도할지 여부를 의심 보인다"고 댓글을 달았하지만 eimerian 감염의 진단은 전통적으로 사후 득점 병변에 의존하고있다 (6). 형태 겹치는 전문가 6,7 제외한 모든 혼동 할 수 있지만 보충 증거, 배설물이나 쓰레기 샘플 환경에 강한 oocyst 수명주기 단계의 미세한 감지를 통해 수집 할 수 있습니다. 중합 효소 연쇄 반응을 이용하여 분자 대안 (PCR), 랜덤 amplificatio다형성 DNA PCR (RAPD-PCR) 및 정량 PCR 기술의 n은 최대 20 년 8 ~ 10 사용할 수 있었지만, 지금까지 그들은 인기를 끌고 못했다. 상대 비용과 전문 실험실 장비 또는 처리에 대한 요구 사항은 종종 주관적이고 기술적으로 까다로운 이전 pathology-의 자연과 현미경 기반이 10,11 접근에도 불구하고, 자신의 흡수를 제한했다. 이러한 제한은 빈곤에 콕시듐증의 영향 (12) 비례 적으로 더 클 수있다 등 동남 아시아 등 세계의 가난한 지역의 많은 과장 될 수있다. 응답하여, 에이 메리아 종 특이 진단법 및 신규 간단 민감하지만, 비용 효과에 대한 명백한 요구되고있다.
루프 – 매개 등온 증폭 (LAMP)는 다량의 DNA를 증폭 할 수있는 DNA 폴리머 라 구동 기술을 조제 쉽다. 가장 중요한 것은, LAMP는 BST의 DNA 폴리머 a를 사용SE 대신 13,14 열 사이클에 대한 요구없이 단일의 일정한 온도에서 DNA 증폭을 용이하게 통상적으로 사용 된 PCR의 Taq DNA 중합 효소. LAMP는 가장 기본적인 실험실에서 또는 현장에서 적용 할 의무가있다. 많은 PCR 억제제, 높은 감도 및 특이성에 대하여 저항 특징 인, LAMP 세이 감염성 점액낭 질환 바이러스, 및 클로스 트리 디움 퍼프 린 젠스 15-17 포자충 등 병원균의 광범위한 개발되었다. 응답에서 닭을 감염 일곱 에이 메리아 종의 각 특정 LAMP 분석의 패널 (18)을 개발 한 새로운 비용 효율적인 에이 메리아 종 별 진단 요구하는. 새로운 분석을위한 응용 프로그램은 가난한 경제 PE와 에이 메리아의 최대 또는 메리아의 necatrix으로 종의 관계를 주어진 특정 값의 모니터링 기생충 발생을 포함3,4 rformance. 다른 응용 프로그램은 농장의 항 콕시듐 전략, 준 임상 적 감염이나 임상 적 질환과 농장에 메리아로 인한 위험의 평가 진단의 효능을 평가하는 것을 포함한다.
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 |