ניתוח תגובת שרשרת פולימראז כמותיים בזמן אמת בשילוב עם שעתוק במהופך (RT-qPCR) כבר בשימוש נרחב כדי למדוד את רמת זיהומים וירוס RNA. כאן אנו מציגים assay RT-qPCR ישיר, אשר אינה דורשת שלב טיהור RNA, שפותחה עבור כימות של כמה וירוסים RNA, כולל וירוס דנגה.
כיום, הטכנולוגיה תגובת שרשרת (PCR) פולימראז בזמן אמת הוא כלי חיוני של זיהוי, כימות של הגנום הנגיפי במעבדות מחקר, כמו גם לאבחון מולקולרי, בגלל הרגישות שלה, ירידה לפרטים, ו מלון מקסים זה. עם זאת, ברוב המקרים, כמותיים וזמינותו PCR (qPCR) משמש בדרך כלל כדי לזהות זיהום בנגיף הסתמכה על הטיהור של חומצת גרעין נגיפיות לפני השלב ה-PCR. במחקר זה, וזמינותו qPCR (RT-qPCR) מבוסס על-ידי קרינה פלואורסצנטית שעתוק במהופך מפותחת באמצעות שילוב מאגר עיבוד עם ריאגנט RT-PCR בשלב אחד כך לעבד כל, מן הקציר של תגובת שיקוע תרבות של הנגועים בנגיף תאים עד זיהוי בזמן אמת, יכולה להתבצע ללא טיהור RNA נגיפי. פרוטוקול הוקמה מאפשר כימות של ריכוזים טווח רחב של RNA של וירוס דנגה (DENV) בתוך 90 דקות. בנוסף, יכולת ההתאמה של וזמינותו RT-qPCR ישיר על הערכת סוכן אנטי ויראליים מומחש הניסוי במבחנה באמצעות מעכב DENV שדווחה בעבר, חומצה mycophenolic (MPA). יתר על כן, ניתן לכמת וירוסים אחרים, ה-RNA, לרבות נגיף קדחת צהובה (YFV), וירוס Chikungunya (CHIKV) וירוס חצבת (תהליך), מאת RT-qPCR ישיר באותו הפרוטוקול. לכן, וזמינותו RT-qPCR ישירה שתוארו בדו ח זה שימושי עבור ניטור וירוס רנ א שכפול בצורה פשוטה ומהירה, אשר יתפתחו בהמשך לתוך פלטפורמת מבטיח תפוקה גבוהה ההקרנה מחקר, אבחון קליני.
הסוג של Flavivirus של משפחת Flaviviridae כוללת יותר מ 70 אפוף, וירוסי RNA גדילי חיובי המועברות על ידי יתושים וקרציות. חשוב לציין, זיהום flavivirus בבני לעיתים קרובות מוביל מחלה קלינית חמורה, כגון חום, דלקת קרום המוח מדממת1. אכן, התפרצות האחרונים של הנגיף Zika (ZIKV), flavivirus, מטען התפשט בכל רחבי אמריקה, הוכח לשייכו סיבוכים נוירולוגיים, כולל microcephaly2,3. Flaviviruses, לכן, השפעה משמעותית קלינית וכלכלית על החברה המודרנית.
Flavivirus חשוב הוא וירוס דנגה (DENV), וירוס בעקיצות יתוש לתפוצה רחבה באזורים טרופיים וסובטרופיים של העולם. DENV מועברת על ידי יתושי אאדס יתושים, לרבות אדס Aedes aegypti, וכתוצאה מכך מהפכת דנגה התפרצויות4. כיום, ארגון הבריאות העולמי (WHO) מסווג את מחלת דנגי כמו לשלוש קטגוריות: קדחת דנגה ללא סימני אזהרה, קדחת דנגה עם סימני אזהרה, דנגי חמור4. למרות זיהום ראשי עם אחד ארבע אשר נגרמו מהזנים אליהם של DENV (DENV-1 ל-4) הוא לעיתים קרובות ללא תסמינים או מגבילה את עצמה, אפידמיולוגי מחקרים הראו כי זיהום משני של שונים אשר נגרמו מהזנים אליהם מגביר את הסיכון של צורות חמורות יותר של קדחת דנגה. ראוי לציין כי שיפור נוגדנים תלויי DENV דלקת הנגרמת על ידי הלא – או subneutralizing נוגדנים המיוצרים במהלך הזיהום העיקרי הוצע כמנגנון פוטנציאלי של קדחת דנגה חמור שאירע הזיהום המשני. עם זאת, אין תרופה קוטלת נגיפים מסוימים זמין עבור זיהום DENV5.
הפיתוח של סוכנים אנטי נגד DENV, השגרתי, מבחני חזקים, אשר נתונות להגדרת תפוקה גבוהה, חיוניים עבור מזהה שכפול הוירוס באופן כמותי. כמקובל, מבחני ביולוגי (למשל, פלאק assay) עבור לכימות וירוסים זיהומיות, מבחני אימונולוגי (למשל, מקושרים-אנזים immunosorbent assay [אליסה]) לזיהוי אנטיגנים ויראלי שימשו כדי לפקח על DENV שכפול במבחנה , ויוו6,7. אולם, אלה מבחני לעיתים מייגעת, דורשת מספר ימים כדי להשיג, אשר פוגעת הטיפול מספר גדול של דוגמאות. בהקשר זה, RT-qPCR הוא וזמינותו אמינה לגילוי זיהום DENV: זה ספציפית, רגיש, יחסית מהירה7. בנוסף, הטכניקה RT-qPCR יש יתרונות רבים יותר בתבנית תפוקה גבוהה. למרות זאת, ההליך טיפוסי של RT-PCR של וירוסי RNA תובע את ההתאוששות של חומצות גרעין נגיפיות מן הדוגמאות שנאספו. אמנם יכול להיות מועסק בשיטות חילוץ שונות עבור RT-qPCR, מספר השלבים נדרשים עדיין להשיג RNA נגיפי מטוהרים. בנוסף, מבחני RT-qPCR דורשות בדרך כלל יקר ספין עמודות או מסוכנים ממיסים אורגניים, ובכך תהליך הכנה יותר מסורבלת. מאז הימנעות הנזק ו/או זיהום צולב בין דגימות הוא גורם קריטי עבור כימות מוצלחת של הגנום הנגיפי, שיטה מייגעת פחות זמן רב היא המועדפת, במיוחד אם RT-qPCR לא יוחל על תבנית תפוקה גבוהה.
כאן, אנו מדווחים על הליך RT-qPCR פשוט למדידת DENV RNA ב תרבות תגובת שיקוע של תאים נגועים שאינה מערבת טיהור RNA נגיפי. פרוטוקול RT-qPCR אופטימיזציה זה מורכב משני שלבים: i) דגירה של תגובת שיקוע של תרבית תאים נגועים DENV עם עיבוד המאגר וחדר ii) צעד אחד RT-qPCR על מכשיר PCR בזמן אמת. בהתאם לכך, ניתן להבחין DENV RNA בתרבות supernatant בתוך 90 דקות (איור 1). אנו מתארים גם היישום של RT-qPCR ישיר זיהומים וירוס רנ א אחרים.
היום, חומצת גרעין נגיפיות זיהוי על ידי מבוססי פלורסנט PCR בזמן אמת הופך להיות תקן הזהב לאבחון מולקולרי של וירוסים אנושיים פתוגניים, עקב שלה-רגישות, במהירות7. זה חשוב במיוחד עבור המאשר בנגיף בשלב מוקדם של מחלות זיהומיות חריפה כגון קדחת דנגה17. גם, בתחום של מחקר בסיסי DNEV, RT-qPCR assay הוא כלי חיוני עבור ניטור וירוס שכפול בתרבות במבחנה , אשר יוביל להבנה של הביולוגיה שכפול של DENV ושל הגילוי של מעכבי אנטי ויראליים. במחקר זה, PCR וזמינותו בזמן אמת מבוססת פלורסנט נוספת פותחה על ידי שילוב של מאגר עיבוד ריאגנט RT-PCR בשלב אחד כך DENV RNA, תגובת שיקוע התרבות של תאים נגועים הצליח ניתן לכמת מאת RT-qPCR ללא טיהור הגנום RNA נגיפי. כאשר לעומת מבחני שגרתיות לגילוי וירוס שכפול, כגון רובד assay, אליסה או קונבנציונלי RT-qPCR המעסיקים RNA טיהור6,7, פרוטוקול מפושטת של וזמינותו RT-qPCR גרמו לירידה הגדולה של הזמן, השלבים הנחוצים לכמת DENV RNA. זו גם תכונה חשובה כי יש יתרונות למזער את הזיהום ואת אובדן של חומר גנטי. עם זאת, יש לציין כי השימוש ברדס נקי חיונית ההקמה של IVT (שלב 2.1), תגובות RT-qPCR (שלבים 4.1-4.4) כדי למנוע את זיהום צולב של כל המוצרים הקשורים לאמפליקון או RNase. חשוב גם להתמודד עם התרבות supernatant, כולל וירוסים זיהומיות, בפנים אבטחה cabinet (שלב 3.3) כדי להפחית את הסיכון של זיהום מעבדה.
עוד משמעות וזמינותו RT-qPCR ישירה היא כי ניתן לנתח מגוון רחב של נגיפי RNA עותקים באותו זמן ללא דילול או ריכוז של המדגם. כאשר שימש באופן סדרתי מדולל DENV 3′ UTR RNA תקן, פרוטוקול RT-qPCR ישירה המיוצר עיקול רגיל לינארית מעל שבע סדרי גודל, הגבול התחתון של כימות היה RNA 500 עותקים (איור 2). איתור DENV ב תגובת שיקוע התרבות של תאים נגועים, 8 x 103 עד 8 x 10-2 PFU וירוסים μL 10 RT-qPCR היו בתוך טווח של DENV 3′ UTR RNA התקן, הגבול התחתון זיהוי (8 x 10-2 PFU) חושבה להכיל 11 , ± 7,077 400 RNA עותקים (איור 3B). ראוי לציין, כפי שדווח ב-19,18,מחקרים flavivirus מספר20, יחס גדול של עותקים RNA נגיפי וירוסים זיהומיות כייל נוגדנים (קרי, PFU) בדגימות DENV נצפתה גם במחקר זה. מופרזת זו ההנחה תהיה בעיקר בשל נוכחותם של תקינה (כלומר, שאינן זיהומיות) וירוסים או חינם RNA נגיפי שוחררו תאים נגועים ומתה. למרות היחס של RNA עותקים: PFU שהושגו במחקר זה (1.1 x 105 ל 1.3 x 105 RNA עותקים/PFU) עלתה בקנה אחד עם הנתונים המוצגים בעבר (יחסי בטווח של 1 עד 3 יומן)21,20, זה יכול להיות לייחס ההבדל בין זני וירוס, תאים או תנאים תרבות המועסקים. הסבר סביר אחר הפער הוא, מאז שום תהליך טיהור RNA היה מעורב וזמינותו RT-qPCR ישירה כפי שיתואר בהמשך, יותר DENV RNA, תגובת שיקוע תרבות יכול יזוהו על-ידי ניתוח PCR בזמן אמת ללא אובדן ויראלי חומרים גנטיים.
הפשטות של RT-qPCR ישירה מגבירה את היכולת להתמודד עם מספר רב של דוגמאות בתבניות רב טוב, כגון צלחת 96-ובכן. לכן, מאפיין זה יסייע היישום העתידי של וזמינותו RT-qPCR ישירה ממחקר תפוקה גבוהה הקרנה על הגילוי של תרופות אנטי-DENV. אכן, בדו ח זה, היישום של וזמינותו RT-qPCR ישירה ןיבל מעכב anti-DENV, MPA, נבחנה, התוצאה הראתה כי ערך50 IC של MPA מתקבל על ידי וזמינותו RT-qPCR ישירה (איור 4) היה להשוות את זה דווח במחקרים קודמים באמצעות שלט assay12,13. מדגים כי RT-qPCR ישיר assay שימושי להערכת כראוי את ההשפעה המעכבת של סוכנים אנטי ויראליים, יכול להיות מאומץ לתוך תרופה הקרנת מחקר בעתיד.
במחקר זה, נעשו ניסיונות כדי להחיל את RT-qPCR ישירה זיהוי וירוסים אחרים, ה-RNA. כמוצג באיור 5, כאשר דילולים 10-fold שלושה וירוסים אחרים של RNA (YFV, CHIKV ותהליך) לסווג סוגים שונים (Flaviviridae, Togaviridaeו- Paramyxoviridae, בהתאמה) נבחנו באמצעות בעבר תחל שדווחה, fluorogenic רגשים ספיציפית רצפי RNA נגיפי בהתאמה. טוב מתאמים בין titers זיהומיות וערכים Ct התקבלו על ידי מבחני RT-qPCR ישיר, ולא מתאמים 4-6 ליניארי סדרי גודל. הדבר מצביע על כי הפרוטוקול RT-qPCR ישירה לסגלה סוגים שונים של וירוסים RNA פשוט על ידי שינוי תחל את וירוס ספציפיים, רגשים fluorogenic.
למרות זאת, הרגישות של זיהוי מגוונות בין וירוסים שנבדקו במחקר זה (איור 5). שינוי אחד של פרוטוקול זה יכול לשפר את הגילוי של היעד וירוס רנ א צריך להיות לשימוש ערכה חדשה של רצפי פריימר/בדיקה. בנוסף, צעד מפתח עבור וזמינותו RT-qPCR ישירה מוצלח הוא חשב להיות שחרור יעיל של הגנום הנגיפי במהלך המדגם עיבוד לשלב (צעדים 3.1 – 3.4). זו תהיה חשיבות מיוחדת לאיתור וירוסים יציב כמו וירוס שאינו אפוף כמותית. למרות בתור ניסוי ראשוני, Coxsackievirus B3 (CVB3), נגיף RNA שאינו אפוף השייכים Picornaviridae, היה נתון וזמינותו RT-qPCR ישירה באמצעות תחל CVB3 הספציפי שתואר לעיל ובדיקה פלורסנט22, אמפליקון אות שאין אפשרות לזהות אפילו עם מלאי וירוס (1 x 105 PFU/mL) גבוהה-כייל חיובי. זה נחשב ניתן לייחס בעיקר על הווירוס שאינו אפוף שלמות גופנית גבוהה. עד כה, כמה מבחני ה-RT-PCR שאינם מצריכים הטיהור של חומצת גרעין פותחו כדי לזהות כמה וירוסים RNA, שמעסיקים פרוטוקולים שונים במהדורת ה-RNA שלב23,24,25, 26. לכן, השימוש טיפולים אלטרנטיביים (או נוספים), כגון דגירה של מדגם וירוס בטמפרטורה גבוהה, פוטנציאל מגביר את הרגישות של זיהוי.
לסיכום, פרוטוקול ה-RT-qPCR ישירה שפותחו במחקר זה הייתה שיטה פשוטה, מהירה אך אמין לכימות RNA נגיפי ב תגובת שיקוע התרבות של תאים נגועים. בשל הפשטות, וזמינותו RT-qPCR ישיר יכול לעבד מספר דגימות תוך זמן קצר, אשר טומן בחובו הבטחה לניתוח תפוקה גבוהה של וירוס שכפול. יתר על כן, היישום של פרוטוקול RT-qPCR ישירה וירוסים אחרים, ה-RNA הודגם גם. גישה זו, לכן, להיות כלי שימושי עבור יעילות פיקוח על זיהומים וירוס רנ א במסגרת מחקר מעבדה ואולי אף באיבחונים קליניים.
The authors have nothing to disclose.
המחברים תודה סובהאש ג’י Vasudevan (דיוק-NUS בוגר לרפואה, סינגפור) עבור ה-DENV-2 לבודד EDEN2 3295 ו- Shunro Imura (תחנת ההסגר קובה, יפן) עבור YFV זן החיסון 17D. המחברים מודים גם לחברים של המחלקה של מיקרוביולוגיה, בקרת זיהום לסיוע שלהם. עבודה זו נתמכת על ידי MEXT KAKENHI גרנט מספר JP16737900.
PrimeSTAR Max DNA Polymerase | Takara Bio. Inc | R045A | Comparable PCR reagent kit can be used. |
SimpliAmp Thermal Cycler | Thermo Fisher Scientific | A24811 | Comparable thermal cycler instrument, but PCR cycle condition needs to be optimized. |
6x Gel Loading Dye | New England BioLabs | B7024S | Comparable gel loading dye can be used. |
2-Log DNA Ladder | New England BioLabs | N3200 | 0.1-10.0 kilobase pairs. Comparable DNA molecular ladder can be used. |
Gel Scene Tablet | Astec | GST-33 | Comparable gel imaging system can be used. |
illustra GFX PCR Purification Kit | GE Healthcare Life Sciences | 28-9034-70 | Comparable gel extraction kit can be used. |
BioSpectrometer | Eppendorf | 6135000905 | Comparable spectrophotometer can be used. |
MEGAscrip T7 Transcription Kit | Thermo Fisher Scientific | AM1334 | |
TURBO DNase | Thermo Fisher Scientific | AM2238 | Included in MEGAscrip T7 Transcription Kit. |
Recombinant RNase Inhibitor | Takara Bio. Inc | 2313A | 40 units/μL |
RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74104 | Comparable RNA purification kit can be used. |
CellAmp Direct RNA Prep Kit | Takara Bio. Inc | 3733Q | |
Proteinase K | Nacalai Tesque | 15679-06 | > 600 units/mL. Comparable reagent can be used. |
iTaq Universal Probes One-Step Kit | Bio-Rad | 1725141 | |
MicroAmp Fast Optical 96-Well Reaction Plate, 0.1 mL | Thermo Fisher Scientific | 4346907 | Comparable plate or tube can be used dependent on the real-time PCR instrument, but PCR cycle condition needs to be optimized. |
MicroAmp Optical Adhesive Film | Thermo Fisher Scientific | 4311971 | Comparable film or optical cap can be used dependent on the real-time PCR plate or tube. |
StepOnePlus Real-Time PCR System | Thermo Fisher Scientific | StepOnePlus-01 | Comparable real-time PCR instrument, but PCR cycle condition needs to be optimized. |