Bien que l'analyse haute résolution de fusion offre la possibilité de différencier les polymorphismes nucléotidiques simples dans une population hétérogène, biais d'amplification allèle mutant peut augmenter sa capacité à détecter les allèles présents à des pourcentages relativement faibles dans un échantillon. Ce protocole décrit des améliorations qui permettent d'améliorer la sensibilité de l'analyse de fusion de haute résolution.
Malgré des décennies d'efforts d'éradication, le paludisme demeure un fardeau mondial. Un regain d'intérêt récent dans l'élimination régionale et l'éradication mondiale a été accompagnée par une augmentation de l'information génomique sur les espèces parasite Plasmodium responsables du paludisme, y compris les caractéristiques des populations géographiques ainsi que les variations associées à une sensibilité réduite aux médicaments anti-paludéens.
Une variation génétique commune, polymorphismes d'un seul nucléotide (SNP), offre des cibles attrayantes pour génotypage du parasite. Ces marqueurs sont utiles non seulement pour le suivi des marqueurs de résistance aux médicaments, mais aussi pour le suivi des populations de parasites en utilisant des marqueurs ne relevant pas de la drogue ou d'autres pressions sélectives.
Méthodes de génotypage SNP offrent la possibilité de suivre la résistance aux médicaments ainsi que relever les empreintes digitales des parasites individuels pour la surveillance de la population, en particulier en réponse aux efforts de lutte contre le paludisme dans les régions en voie d'éliminal'état ionique.
Alors que SNP informatifs ont été identifiés qui sont agnostiques aux technologies de génotypage spécifiques, à haute résolution de fusion (GRH) analyse est particulièrement adapté études basées champ à. Comparé aux méthodes standards fluorescente-Probe qui nécessitent SNP individuels dans une sonde marquée seule et offrent, au mieux, 10% de sensibilité pour détecter les SNP dans les échantillons qui contiennent plusieurs génomes (polygenomic), GRH propose 2-5% de sensibilité. Modifications à la GRH, tels que des sondes bloqués et les concentrations d'amorces asymétriques ainsi que l'optimisation de l'amplification des températures de recuit biais PCR vers l'amplification de l'allèle mineur, augmentent encore la sensibilité de la GRH. Bien que l'amélioration de la sensibilité dépend de la dosage spécifique, nous avons augmenté la sensibilité de détection à moins de 1% de l'allèle minoritaire.
Dans les régions qui approchent l'éradication du paludisme, la détection précoce de l'émergence ou la résistance aux médicaments importés est essentiel pour prOmpT réponse. De même, la capacité de détecter et de différencier les infections polygenomic types de parasites importés de réservoirs locaux cryptiques peut informer les programmes de contrôle.
Ce manuscrit décrit les modifications à la technologie de fusion haute résolution qui augmentent encore sa sensibilité pour identifier les infections polygenomic dans les échantillons de patients.
Malgré un regain d'intérêt dans le contrôle du paludisme et de l'éradication, le paludisme demeure un fardeau dans le monde, avec près de la moitié de la population mondiale au risque d'infection et plus de 550.000 décès par an, en particulier les enfants en Afrique sub-saharienne 1.
Ces nouveaux programmes de lutte et d'éradication ont été soutenus par la renaissance génomique, avec un grand nombre de parasites du paludisme séquencé et analysé des mutations associées à une sensibilité réduite de drogue, une virulence accrue, et pour les caractéristiques de la population 2,3. Polymorphismes d'un seul nucléotide (SNP) sont parmi les variantes génétiques les plus couramment identifiés 4-7.
Méthodes de génotypage SNP portables offrent sur place et la surveillance de la population en temps réel et de suivi 8. En plus d'empreintes digitales individuelles parasites, le «code à barres moléculaire» est également utilisé pour détecter des décalages temporels spectaculaires de fréquence alléliqueainsi que la variance taille effective de la population et de la complexité de l'infection 9.
Bien que cet ensemble de informative SNP est facilement adaptable à de nombreuses plateformes de génotypage à haute résolution fusion (GRH) analyse est particulièrement bien adapté à sur le terrain des études, où le fonctionnement et la détection de nouvelles mutations à faible coût sensible et simple par rapport au séquençage et d'autres les approches sont attrayants dans les milieux pauvres en ressources.
HRM commence par réaction en chaîne par polymérase standard (PCR) qui incorpore un colorant fluorescent. Post-PCR analyse fusion détermine la température maximale amplicon de fusion; une seule différence SNP dans un court amplicon peut entraîner une importante température pic de fusion (Tm) des différences.
Plusieurs améliorations apportées à cette méthode offrent une meilleure résolution pour différencier génotypage SNP y compris la classe IV (AT) SNP, et de détecter les allèles mutants mineures dans les échantillons avec de multiples allèles présents (polyGinfections enomic). Tout d'abord, les tests incluent des sondes courtes centrés sur la région SNP en plus des amorces sens et antisens qui sont présents à des concentrations différentes. Ces sondes ne sont pas bloqués pendant la PCR amplifiés, mais se lient au brin produite au-delà du fait de concentrations d'amorces asymétriques qui augmentent la production du produit sonde-modèle. Ces amplicons double brin distincts constitués de sonde liée à l'excès de brin matrice sont ~ 20-30 pb; leur diminution significative longueur par rapport à l'ensemble du amplicon (80-150 pb) conduisent à des différences beaucoup plus importantes Tm associés à une base unique ou multiple sonde modèle mal assortit 10.
Deuxièmement, le biais de l'amplification de l'allèle mutant (MAAB) abaisse la température de recuit de réaction pour solliciter la réaction vers alleles mutants présents à de faibles taux dans les infections polygenomic. La température de recuit est fixé entre les Tm de (type sauvage) parfaitement adapté et dépareillés sonde (mutant)s. A cette température, la fixation de l'allèle de type sauvage est suffisamment stable que l'amplification est entravée par rapport à son équivalent de décalage, sollicitant ainsi l'amplification vers l'allèle mutant lorsque les deux sont présents dans un seul échantillon de 10.
Avec ces améliorations en matière de GRH, cette technologie a permis le suivi des origines et de l'identité des parasites associés à des infections épidémiques en Amérique du Sud 11 et la détection de nouvelles mutations, la différenciation de plusieurs SNP situés juste à côté de l'autre dans l'ordre, et les mutations présentes dans moins de 1 % des alleles dans les échantillons polygenomic 10.
Augmentation de la sensibilité est particulièrement important dans les régions qui approchent le statut de pré-élimination et ceux à risque de résistance aux médicaments émergents. La capacité d'identifier rapidement et facilement les parasites et les SNP importés associés à la sensibilité réduite sur site informe les efforts de surveillance et des programmes de contrôle au sujet del'efficacité de leur mise en œuvre et identifie les points chauds pour l'augmentation éradication du paludisme et d'élimination efforts. Ce protocole décrit les méthodes de sonde bloquée repose-et MAAB pour une sensibilité accrue GRH de génotypage.
Continu GRH est une étape d'analyse post-PCR; par conséquent, l'échantillon et de la configuration de test est similaire à des protocoles de PCR standard, avec l'incorporation supplémentaire d'un colorant fluorescent intercalant utilisé pour suivre le passage de la double-brin de l'ADN simple brin pendant l'étape de fusion de haute résolution. Le facteur le plus important pour l'analyse de la GRH réussie est un produit de PCR robuste. Essai conception est la clé, et plusieurs outils optimisés pour la conception de l'essai de la GRH sont disponibles dans le commerce et en ligne 13. Longueurs de amplicon de 80-150 paires de bases avec accompagnement ~ 20 paires de base bloqués sondes centrée sur le SNP ou SNP de travail de l'intérêt supérieur de différencier SNP ainsi que haplotypes de multiples SNP dans la région de la sonde. Les sondes peuvent être bloquées en utilisant soit une terminaison 3 'C3 espaceur ou une paire mésappariement de base 2 à l'extrémité 3', qui empêchent l'extension au cours de l'amplification. Les sondes peuvent être conçus pour correspondre le brin Watson Crick ou modèle; le choixdépend de tests empiriques pour déterminer qui sonde la conception produit des pics de fusion acceptables. Excédent avant ou arrière amorces sont utilisées pour produire des produits d'amplification simple brin qui apparie les sondes bloqués. Si la sonde contient la séquence du brin avant, puis amorce inverse est utilisé en excès, généralement dans un rapport de 1: 5, et vice-versa pour les sondes qui correspondent le brin inverse.
De même, la GRH fonctionne mieux avec produit de PCR suffisante et robuste. PCR optimisation de la réaction nécessite des gels de gradient de PCR et agarose ou analyse Bioanalyzer pour déterminer les températures de recuit optimales. Modèle de concentration peut être augmentée en utilisant des procédés tels que la pré-amplification, amplification multiplexée biaisée de toutes les cibles à l'aide de la concentration de l'amorce et à faible nombre de cycles d'augmenter la concentration de matrice 13.
Seule une poignée d'instruments sont compatibles avec MAAB. Les propriétés thermiques des tubes capillaires de verre i utilisésn ces systèmes facilitent cette méthode. Le petit diamètre intérieur des capillaires ainsi que le transfert rapide de la chaleur à travers le verre offrent un contrôle de température plus rigoureuses que plasticware PCR standard, qui a plus lents taux de transition entre les cycles de recuit et de dénaturation en raison des propriétés d'isolation thermique des matières plastiques. Avec cette méthode, la sensibilité de détection peut être réduite de 2 à 5% à moins de 1% d'un allèle mutant dans un mélange de type sauvage et mutantes 10 allèles.
GRH est un outil facile, efficace et économique pour génotypage des SNP dans une variété de paramètres et de nombreuses applications, la surveillance des maladies infectieuses à la numérisation pour les variantes de gènes du cancer. Plusieurs autres instruments, comme la Roche Nano et systèmes LightCycler (480 et 96) ainsi que l'Eco en temps réel offre système PCR GRH, en plus de l'amplification standard, en temps réel, et la fonctionnalité du nombre de copies. Utilisant des machines plus débit, GRH codes-barres coûte less à 0,50 $ par test dans nos mains, y compris tous les réactifs et consommables.
Dans le contexte décrit ici, les applications sur le terrain permettent la surveillance de la population en temps réel pour des changements associés aux efforts de lutte contre le paludisme, y compris réduction de la diversité de la population, la détection de types de parasites importés, et l'apparition et la propagation de SNPs associés à la sensibilité de la drogue réduite. Améliorations à la méthode offrent une sensibilité supplémentaire utile pour informer les progrès vers l'élimination du paludisme et de l'éradication.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs remercient la Fondation Bill et Melinda Gates pour son appui au développement de la technologie et de la formation.
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 |