的DNA和RNA基于病原体由纳米级的PCR的高通量的检测是使用综合征犬和马呼吸PCR面板说明。
纳升规模实时PCR使用空间复用,以允许多个测定以平行于单个板而不结合反应在一起的典型缺点运行。我们设计和评估基于这个原理,以迅速识别常见病剂在狗和马的急性呼吸系统疾病的存在的面板。这份手稿描述了样品制备,放大和目标病原体序列分析纳米级PCR诊断工作流程,重点放在从微升规模的反应不同的程序。在介绍了呼吸面板,18测定分别设立了一式三份,可容纳高达每板48样本。通用提取和前置放大工作流程用于高通量样品制备优化,以适应多个矩阵和DNA和RNA基于病原体。代表性的数据提出了一种RNA的目标(甲型矩阵)和一个DNA目标(马疱疹病毒1)。对病原体的全面,基于校正子组,以快速,准确地进行测试的能力,为提高效率和诊断测试的人体工程学和急性呼吸道疾病的诊断和管理的重要工具。
随着对快速全面检测在临床诊断为人类和动物多个代理的需求,除非用于大量样品被测试为单一疾病的病原体检测单生物体分子诊断方法是沉重的负担。在兽医方面,高通量的诊断方法是特别重要的,由于用于从各种各样的物种的覆盖病原体的额外需要。 OneHealth方法对食源性疾病的管理和新兴病原体监测的测试需求,包括一些细菌的例子,病毒(DNA或RNA为基础),寄生虫和真菌。以,为了提高测试效率结合为多种分析物一起(复用)的测试的挑战是灵敏的一个可能发生的损失,并用于优化和测定法的验证一个很大的负担。
纳升规模的实时聚合酶链反应(PCR)是一个ALTER原产于多路复用的实践中,它允许许多不同的反应,在同一样品1同时运行。该OpenArray平台是这一原则2的申请;它结合芯片技术与实时PCR。基于空间复用的概念,每个样本为通孔中分离大量的目标测试。这个平台最初用于基于花青双链DNA结合化学2和使用暗猝灭探针3现在可用于基于探测的化学。这个平台已主要被用于遗传分析人类4和动物5。它最近被适于通过Grigorenko 等检测血源性DNA和RNA 的病原体。6使用两步逆转录/扩增前(前级)的程序。
我们在这里描述的一步基于前置过程,用于在呼吸秒检测两种类型的病原体retions以及各种能够完全在标准工作日执行的其他类型的样品。在一步法前置放大器完成后,样品被转移到384孔平板,它是通过附带此纳米的PCR平台的自动化液体处理系统所接受的格式。系统绘制在多达4板(192样品和对照)的表面的主混合物和样品一次。在此之后加载过程中,我们描述的样本是如何放大和使用总结了适合一张打印页面上的表3技术复制每个样品/目标组合的平均宏电子表格进行分析。
建立了分析使用该平台的样本中提取的DNA和/或RNA的统一方法。多种样品中提取,逆转录,和预扩增在96孔格式中,最大限度地减少发生错误的可能性。测试的呼吸道样本包括鼻拭子,深咽拭子,反式气管洗涤,支气管肺泡灌洗,和肺组织。由于一些测试还可以存在于末梢血或粪便的试剂中,我们引入这些类型的样品的入过程。这种简化的工作流程有助于节省相比,通过实现通过基于面板病原体和毒素基因检测效率检测到位单独测试运行在多个板块的实验时间和资源。这里展示的呼吸面板有18测定每个印在通孔一式三份,可容纳高达每板48样本。检测出的马病原体包括马腺病毒1和2,马动脉炎病毒,马鼻炎病毒A和B,马疱疹病毒(EHV)类型1和4,和马链球菌 。犬病原体包括犬呼吸道冠状病毒(betacoronavirus),犬瘟热病毒,犬腺病毒,犬副流感病毒,犬肺病毒, 支气管炎博德特和 支原体cynos。一个通用流感也包括一个分析和内部控制(MS2噬菌体RNA)。
这个程序已被用于在我们的实验室超过六个月(每周2-3次)的过程中的呼吸道病原体例行测试。我们使用相同的过程粪便样本和细菌分离株在肠道病原体分析上单独定制的板块也取得了成功。一旦板生产的,经验丰富的员工可以完成一个标准工作日之内2-7步骤。最重要的步骤是前置放大器板的适当的密封,前置放大样品板之间的传输(其必须迅速完成,以避免蒸发),和放大板的最终覆盖物。宏电子表格作为结果分析(检查样品和对照曲线)指导的使用也是很关键的,因为它大大减少了所需的这一过程的时间和文书工作的数量。所提供的电子表格宏是一个例子;这将需要修改或重新创建为不同配置平板。这很容易PE有人用电子表格的基本知识rformed。
由于加载到放大板(33 NL)样品的非常少量的,需要预扩增。在这个协议中(未示出)的优化,我们比较了一些预扩增参数,包括主混合物,加入随机引物,周期数,退火时间,和稀释扩增前。每个目标都有自己的最佳条件,而这里描述的那些代表那些得到全面检测的最佳极限为我们的面板。此面板涵盖了广泛的病原性的目标,并且在常规兽医诊断测试中遇到的样品类型,但修改到预扩增程序可以针对不同的面板是必要的。生产商优化扩增条件是基于一个标准的基于探针的实时PCR用10分钟在95℃下酶激活协议接着变性在95℃和安伊令/延伸60℃。引物和探针是预先印刷在平板上也使用制造商优化条件,因此不需要滴定。结合逆转录和预扩增步骤对于所有样品(无论目标的类型的),以便在工作流以保持效率是必要的。拥有所有样品反转录也是最大限度地提高灵敏度有利。此外,使用预混因为这是最小化抑制剂优化前置放大器的多功能性可以在同一个板结合不同类型的样品。
该疾病预防中心(CDC)舒等 7纳升规模的反应说明,并适应这里流感矩阵法是一种通用流感检测适合于从人类和伴侣动物测试样本。它是用微升规模REA设计的所有甲型流感病毒的M基因的通用检测ctions。它已在世界各地用作CDC人流感病毒面板和CDC猪流感面板的一部分。超高压-1试验8在这里适应检测的马,可能会导致流产和神经系统疾病(由Pusterla和赫西10综述)的重要病原菌呼吸。适应这些测试的高通量平台与物种无关内部控制的意义在于它们可以掺入一个OneHealth监视的方法。拥有对高通量检测平台这些分析将有助于临床设施,候车亭和性能事件应急准备。
上述结果代表支原体cynos例外,这表明在分析性能相当多的变异板所有目标。这可能是由于引物的亚最佳熔融温度(T M),其理想情况下应58-60° C(理想的探头Tm为68-70°C)。这个平台的一个限制是,它需要的时间比用于订购个别探针,这限制了快速修改序列的能力的设计和制造的板。在一般的实时PCR的另一个限制是无法检测新颖的或意外的病原体。这可以通过设计在多个物种匹配这样的序列测定法可以克服在一定程度上,但偏全基因组测序基础的方法更适合于新的药剂的发现。11,12
纳米实时PCR允许一个新的范例为综合征基于而非基于物种测试,这是用于减少在高通量分子诊断试剂和劳动力成本是有用的。通过这种方法大规模面板检测可以促进OneHealth监视努力,例如那些由邓恩和Gurfield 13和Moutailler 等人 14所述。拭子样本收集年初,一般在临床发作的3天,提供了识别的呼吸道病原体的存在的最佳机会。传染病的出现通常是不可预测的,并且可以在不同的物种,而不需要试剂的修改来进行的试验是理想的防备。这种技术的未来应用很可能是在pathotyping,耐药性分析,并进一步基于综合症临床诊断面板。纳米级的实时PCR是用于多个样品和病原体的类型的快速,高通量筛选最有用的,并且将通过无偏见地或部分地偏置的基于测序的方法,用于识别新和紧急病原体来补充。
The authors have nothing to disclose.
在这里描述呼吸道病原体检测的工作是由美国康奈尔动物健康诊断中心内部开发的资金支持。纳米级PCR工作流程和相关的质量保证体系的发展是部分资金(FOA PA-13-244),并协同下,批准号1U18FD005144-美国食品和药物管理局的兽医实验室调查和反应网络(FDA兽医-LIRN)执行01。该刊物的费用由VWR和广达生物科学赞助。我们感谢加布里埃尔尼克森,Roopa Venugopalan,Veldina迷彩秀林张钰晋职,卫华王,和卡特里娜·沃克为他们写与和审查协议的援助。我们感谢迈克卡罗尔的拍摄笔者的采访。最后,我们感谢他们的有益的评论编辑器和三个匿名审稿。
Zap-OGlobin II lytic reagent | Beckman Coulter | 7546138 | Optional reagent for preparing blood samples. |
Extraction kit (MagMAX Total Nucleic Acid Isolation Kit) | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | AM1840 | Other extraction kits appropriate for the desired sample types may be substituted. This kit comes with PBS, lysis buffer, and wash buffer. |
2X One-Step RT-qPCR mix (qScript XLT One-Step RT-qPCR ToughMix ) | Quanta Biosciences | 95134-500 | |
Gene-specific primer pool | IDT | custom order | Can be generated by the user or purchased with the amplification plates. |
Random primer mix | New England Biolabs | S1330S | |
Standard 96-well plate | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | N8010560 | This can be any plate that fits into the conventional PCR machine used. |
Amplification master mix (OpenArray master mix) | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4462164 | |
Clear adhesive seal | Thermo-Fisher | 430611 | |
Foil seal | Excel Scientific | AF-100 | |
384-well plate | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4406947 | |
Amplification plate (QuantStudio 12K Flex OpenArray plate) | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4470813 | Can be customized with any assays conforming to standard TaqMan conditions. |
Accessories kit | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4469576 | Contains the case lids, plugs, and immersion fluid. |
AccuFill tips | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4457246 | |
Amplification machine (QuantStudio 12K Flex Real-Time PCR System) | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4471090 | |
Liquid handler (OpenArray AccuFill System) | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4457243 | This is purchased with the amplification machine. |
Primer design software (Primer Express) | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4363991 | See manufacturer's instructions for detailed primer and probe specifications. |
Image analysis program (ImageJ) | NIH | Available at http://imagej.nih.gov/ij/ | |
Spreadsheet program (Excel) | Microsoft | Available at https://products.office.com/en-us/excel | |
PCR plate spinner | VWR | 89184-608 | This device has only one speed (2500 rpm); the rotor starts when the lid is closed and stops when the button is pushed. |
TE buffer | Millipore | 8890-100ML | 10mM Tris(hydroxymethyl)aminomethane hydrochloride, 1mM Ethylenediaminetetraacetic acid, pH 8.0 |
DMEM | Thermo-Fisher/Gibco | 11965-092 | |
Tissue disruptor (TissueLyser II) | Qiagen | 85300 | |
Conventional thermal cycler (Veriti) | Thermo-Fisher/Applied Biosystems | 4375786 | Any conventional thermal cycler with a heated lid can be used. |