CN102002528A

CN102002528A - 一种抗生素耐药ndm-1基因的荧光检测试剂盒及检测方法

Info

Publication number: CN102002528A
Application number: CN2010105546907A
Authority: CN
Inventors: 金大智; 张政; 罗芸; 程苏云
Original assignee: Zhejiang Center for Disease Control and Prevention
Current assignee: Hangzhou based Biotechnology Co. Ltd.
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-11-22
Also published as: CN102002528B

Abstract

本发明提供了一种抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测试剂盒及检测方法。所述试剂盒中特异性引物和荧光探针序列如下：上游引物：5′-CAG CCA CCA AAA GCG ATG T-3′，下游引物：5′-CGG CCACAC CAG TGA CAA TA-3′，荧光探针：5′-FAM-TGC CGT CGA TCCCAA CGG TG-TAMRA-3′，其中FAM为荧光报告基团，TAMRA为荧光淬灭基团。本发明的有益效果主要体现在：使用本发明检测试剂盒，抗生素耐药NDM-1基因的检测敏感性高，特异性好，降低了常规PCR扩增的假阳性率；可实现对抗生素耐药NDM-1基因的快速、准确、特异检测。

Description

一种抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测试剂盒及检测方法

(一)技术领域

本发明涉及一种抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测试剂盒及检测方法。

(二)背景技术

NDM-1全称New Delhi metallo-β-lactamase 1(新德里金属-β-内酰胺分解酶)，因为最初发现在印度和巴基斯坦等南亚地区，NDM-1的名称里包含它的发现地。这种酶可分解β-内酰胺环结构，因此可使任何含β-内酰胺环结构的蛋白质失效。近期一种可抗绝大多数抗生素的耐药性超级细菌NDM-1在英美印度等国家小规模爆发，这种细菌其实是一种特殊的酶，它能够进入大多数细菌的DNA线粒体中存活，从而使细菌产生广泛的耐药性。由于目前为止临床最常用的抗生素，包括青霉素与头孢菌素，以及新发展的头霉素类、硫霉素类、单环β-内酰胺类等其他非典型β-内酰胺类抗生素，都含有β-内酰胺环结构，因此携带这种酶的细菌可以使几乎所有抗生素失效。超级细菌是指携带编写NDM-1酶基因的细菌。大多数NDM-1超级病菌出现在大肠杆菌和肺炎克雷伯菌中。NDM-1基因存在于DNA的结构中，被称为质体。研究人员称，质体可以在细菌中自由复制和移动，从而使“超级细菌”的菌种有多种可能，具有传播和变异的惊人潜能。

目前，NDM-1基因已经从南亚扩散到欧美等国家，如英国、美国、加拿大、澳大利亚、荷兰等，全球已经报道有170多人被感染，光是英国就已经有超过50例患者；而8月14日比利时一名男子的死亡，则成为世界上首例由它引起的死亡病例。科研工作者在印度、巴基斯坦、英国等开展了较大范围的流行病学调查，产NDM-1肠杆菌科细菌占所监测细菌的1.2％-13％，主要菌种为大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌，其他细菌还有阴沟肠杆菌、变形杆菌、弗劳地枸橼酸菌、产酸克雷伯菌、摩根摩根菌、普罗威登菌等。这些细菌主要引起尿路、血流、伤口、肺部和导管相关感染等。在美国、加拿大、日本、韩国、澳大利亚、比利时以及我国香港、台湾地区等都已经有感染病例报道。

(三)发明内容

本发明目的是根据抗生素耐药NDM-1基因设计引物和TaqMan探针，提供一种检测抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测试剂盒及其检测方法，可实现对细菌体内携带的NDM-1基因进行快速、准确、特异检测。

本发明采用的技术方案是：

一种抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测试剂盒，所述试剂盒主要包括特异性引物和荧光探针、PCR缓冲液、脱氧三磷酸核苷混合物和DNA聚合酶，所述特异性引物和荧光探针序列如下：

上游引物：5′-CAGCCACCAAAAGCGATGT-3′

下游引物：5′-CGGCCACACCAGTGACAATA-3′

荧光探针：5′-FAM-TGCCGTCGATCCCAACGGTG-TAMRA-3′

其中FAM为荧光报告基团，TAMRA为荧光淬灭基团。

本发明关键在于特异性引物和荧光探针序列的设计，试剂盒中其他组成，可按本领域常规进行选择，该试剂盒可用作抗生素耐药NDM-1基因的定性检测，也可加入标准品进行定量检测。

优选的，所述试剂盒中还可包括抗生素耐药NDM-1基因标准品，所述标准品序列如下：agc gac ttg gcc ttg ctg tcc ttg atc agg cag cca cca aaa gcgatg tcg gtg ccg tcg atc cca acg gtg ata ttg tca ctg gtg tgg ccg ggg ccg ggg taaaat acc ttg agc ggg cca。以标准品的梯度浓度的DNA溶液进行荧光PCR检测，根据拷贝浓度的对数值与标准品Ct值的关系可绘制得到标准曲线，测得样品DNA的Ct值后，对照标准曲线即可获得样品DNA的拷贝浓度。

本发明还涉及一种抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测方法，所述方法包括：

(1)提取待测样本DNA；

(2)取特异性扩增引物及特异性探针、PCR缓冲液、脱氧三磷酸核苷混合物和DNA聚合酶，分别加入阴性对照品或待测样品DNA配成PCR反应体系，于同等条件下进行PCR扩增反应，反应管置于定量荧光PCR仪进行荧光检测；

所述特异性引物和荧光探针序列如下：

上游引物：5′-CAGCCACCAAAAGCGATGT-3′

下游引物：5′-CGGCCACACCAGTGACAATA-3′

荧光探针：5′-FAM-TGCCGTCGATCCCAACGGTG-TAMRA-3′

其中FAM为荧光报告基团，TAMRA为荧光淬灭基团；

所述阴性对照品可按本领域常规方法选择，通常选择不含靶基因(NDM-1)和对多种抗生素敏感的非靶细菌，如副溶血性弧菌、志贺菌、沙门菌等。

(3)选择荧光检测模式FAM荧光，基线调整取3～15个循环的荧光信号，以阈值线刚好超过正常阴性对照的最高点设定阈值线；若待测样品荧光增长曲线超过阈值线，并呈良好的对数增长，

则判断为阳性。

为达到定量检测的要求，所述方法同时以梯度浓度的标准品DNA溶液在与样品DNA相同条件下进行PCR扩增反应，以标准品DNA溶液拷贝浓度的对数值为横坐标、标准品Ct值为纵坐标绘制标准曲线；根据样品DNA测得的Ct值，对照标准曲线，获得样品DNA的拷贝浓度；所述标准品序列如下：agc gac ttg gcc ttg ctg tcc ttg atc agg cag cca cca aaa gcgatg tcg gtg ccg tcg atc cca acg gtg ata ttg tca ctg gtg tgg ccg ggg ccg ggg taaaat acc ttg agc ggg cca。

所述PCR反应条件可按参照本领域常规荧光定量PCR方法，优选的，所述PCR扩增反应条件如下：95℃变性2分钟，95℃15秒、60℃30秒进行40个循环扩增。

PCR反应液通常按如下组成配制(终浓度)：PCR buffer终浓度为1×、0.3～0.5μM的引物、0.1～0.3μM的荧光探针、1～2.5U的DNA聚合酶、0.2～0.4mM的dNTPs，通常取2μL(约50ng/μl)的模板，反应总体积通常为20～50μL。PCR buffer终浓度为1×，是指缓冲液中各组分终浓度与1×PCR buffer相同，通常采用市购2×PCR buffer，体积用量为PCR反应液体系总体积的1/2。1×PCR buffer组成如下：KCl 50mM，Tris-HCl 10mM，TritonX-1000.1％，MgCl2 1.5mM。

本发明建立了利用TaqMan荧光定量PCR技术检测抗生素耐药NDM-1基因的方法，并经检测人工全基因合成的标本，表明该方法切实可行。由于本方法采用了PCR扩增技术，使得抗生素耐药NDM-1基因的检测敏感性大大提高，而且由于荧光探针的应用，使得其特异性亦大大提高，降低了常规PCR扩增的假阳性率，使得我们可以在极少的标本中获得足够的监测信息。

本发明采用了目前较先进的特异性荧光探针杂交定量PCR检测技术，在保持高敏感性的前提下尽量减少假阳性干扰。在实时荧光定量PCR检测技术出现之前，人们对PCR模板的定量不论是直接PCR还是竞争性PCR，基本上都要通过PCR产物电泳，再将电泳结果经计算机图像处理，根据电泳条带的亮度来确定最终PCR产物量的多少，或将带标记的PCR产物以ELISA的方式进行检测，再由此推测起始模板的量，但这些方法实际上都属于半定量水平，因为即使PCR条件已优化到最佳程度，电泳及后续步骤的操作的不稳定性仍会给结果分析带来影响，从而影响定量这的结果。随着实时荧光定量PCR技术的出现，人们可以真正地做到对PCR模板的精确定量，这种定量不仅保持了常规PCR的高灵敏性，而且由于特异性荧光探针杂交技术的应用，使得被检测基因的特异性大大提高。

本发明的有益效果主要体现在：使用本发明检测试剂盒，抗生素耐药NDM-1基因的检测敏感性高，特异性好，降低了常规PCR扩增的假阳性率；可实现对抗生素耐药NDM-1基因快速、准确、特异检测。

(四)附图说明

图1为实时荧光定量PCR标准品检测：抗生素耐药NDM-1基因实时荧光定量PCR标准品检测结果，从左至右分别为10⁷、10⁶、10⁵、10⁴、10³、10²、10¹copies/μL标准品。

图2为实时荧光定量PCR标准曲线。标准曲线为Y＝-3.559×lgX+36.34；Y：对应的CT值；X：抗生素耐药NDM-1基因的copies。

图3为不同浓度的5例人工合成全基因标本荧光定量PCR检测结果，CT值分别为24.78、25.90、27.26、27.29和28.05，拷贝数分别为1.307×10⁵copies/μL、4.72×10⁴copies/μL、1.17×10⁴copies/μL、1.13×10⁴copies/μL和4.70×10³copies/μL。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

特异性引物、荧光探针和标准品的获得

1、材料：

细菌基因组DNA提取试剂购自大连宝生物工程有限公司；限制性内切酶购自美国LTI/Gibco公司，pGEM-T-Easy克隆系统、Taq DNA聚合酶购自美国Promega公司，测序试剂、377型测序仪、Bio-Rad icycler PCR仪、Rotor Gene Q 5-plex型定量PCR仪(Qiagen公司)。

2、引物及探针设计与合成：

以抗生素耐药NDM-1基因序列(注册号为AB571289)为模板，使用Primer Express^TM(V2.0，美国ABI公司)软件分析TaqMan引物和探针位点，从中选择最佳组合。

标准品PCR序列：

上游引物：5’-TGGCCTTGCTGTCCTTGATC-3’，

下游引物：5’-TGGCCCGCTCAAGGTATTTT-3’，

检测用PCR序列为：

上游引物：5′-CAGCCACCAAAAGCGATGT-3′

下游引物：5′-CGGCCACACCAGTGACAATA-3′

荧光探针：5′-FAM-TGCCGTCGATCCCAACGGTG-TAMRA-3′

其中FAM为荧光报告基团，TAMRA为荧光淬灭基团。

均由上海辉睿生物科技有限公司合成。

3、检测标准品制备：

采用ABI394寡核苷酸合成仪根据抗生素耐药NDM-1基因序列中标准品PCR序列的位置，全基因合成123bp的寡核苷酸片段。用标准品上下游引物在Bio-Rad icycler PCR仪上进行PCR扩增：

PCR反应液组成如下：

2×PCR buffer 10.0μL

标准品上游引物(10μM) 1μL

标准品下游引物(10μM) 1μL

DNA聚合酶(5U/μL) 0.2μL

dNTPs(各250mM) 1.6μL

(dATP、dTTP、dCTP、dGTP物质的量比1∶1∶1∶1)

模板DNA(50ng/μL) 1μL

水补足至20μL。

PCR条件为：94℃5分钟变性，94℃20秒、55℃20秒、72℃20秒进行35个循环扩增，最后于72℃延伸5分钟后置4℃。

PCR产物经电泳检测后即用克隆系统插入pGEM-T-Easy克隆载体，并将阳性克隆经测序验证。回收123bp片段，即为标准品，测定浓度并换算成(拷贝数/体积)。

4、结果：

经测序，上述设计标准品完全与预期相符，回收的标准品片段序列如下：agc gac ttg gcc ttg ctg tcc ttg atc agg cag cca cca aaa gcg atg tcg gtg ccgtcg atc cca acg gtg ata ttg tca ctg gtg tgg ccg ggg ccg ggg taa aat acc ttg agcggg cca(SEQ ID No.4)。

实施例2：荧光定量PCR法检测人工模拟样本

1、标本检测：

5例人工模拟标本，采用基因组DNA提取试剂提取基因组DNA，分别取1.0μL做模板，用检测用上下游引物在Rotor Gene Q 5-plex型定量PCR仪(Qiagen公司)上进行PCR扩增。

PCR反应液组成如下：

2×PCR buffer 10.0μL

检测用上游引物(10μM) 1μL

检测用下游引物(10μM) 1μL

检测用荧光探针(10μM) 0.5μL

DNA聚合酶(5U/μL) 0.2μL

dNTPs(各250mM) 1.60μL

(dATP、dTTP、dCTP、dGTP物质的量比1∶1∶1∶1)

模板DNA(50ng/μL) 1μL

水补足至20μL。

PCR反应条件为：95℃预变性2分钟，95℃15秒、60℃30秒进行40个循环扩增。

以非靶细菌肺炎克雷伯氏菌(ATCC 700603)为阴性对照于相同条件下进行PCR检测，以阈值线刚好超过正常阴性对照的最高点设定阈值线；若待测样品荧光增长曲线超过阈值线，并呈良好的对数增长，则判断为阳性。

同时在相同条件下以不同浓度标准品进行检测，并绘制标准曲线。

待测样本的测定结果经仪器处理根据标准曲线计算出检测样本中的抗生素耐药NDM-1基因的数量。

以副溶血性弧菌(ATCC 17802)、志贺菌(ATCC 12022)、沙门菌(ATCC 50035)、金黄色葡萄球菌(ATCC 25933)、鲍曼不动杆菌(ATCC25004)和空肠弯曲菌(ATCC 33560)菌株按照上述方法进行PCR检测，检测结果均呈阴性，说明本发明方法特异性好。

2、样品检测结果

标准品检测结果参见图1，标准曲线参见图2。

5例人工模拟标本检出抗生素耐药NDM-1基因阳性，检测结果参见图3：5例阳性标本荧光定量PCR检测结果，CT值分别为24.78、25.90、27.26、27.29和28.05，拷贝数分别为1.307×10⁵copies/μL、4.72×10⁴copies/μL、1.17×10⁴copies/μL、1.13×10⁴copies/μL和4.70×10³copies/μL。

本发明是结合最佳实施例进行描述的，然而在阅读了本发明的上述内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测试剂盒，所述试剂盒主要包括特异性引物和荧光探针、PCR缓冲液、脱氧三磷酸核苷混合物和DNA聚合酶，其特征在于所述特异性引物和荧光探针序列如下：

上游引物：5′-CAGCCACCAAAAGCGATGT-3′

下游引物：5′-CGGCCACACCAGTGACAATA-3′

荧光探针：5′-FAM-TGCCGTCGATCCCAACGGTG-TAMRA-3′

其中FAM为荧光报告基团，TAMRA为荧光淬灭基团。

2.如权利要求1所述的试剂盒，其特征在于所述试剂盒中还包括抗生素耐药NDM-1基因标准品，所述标准品序列如下：agc gac ttg gcc ttg ctgtcc ttg atc agg cag cca cca aaa gcg atg tcg gtg ccg tcg atc cca acg gtg ata ttgtca ctg gtg tgg ccg ggg ccg ggg taa aat acc ttg agc ggg cca。

3.一种抗生素耐药NDM-1基因的荧光检测方法，所述方法包括：

(1)提取待测样本DNA；

所述特异性引物和荧光探针序列如下：

上游引物：5′-CAGCCACCAAAAGCGATGT-3′

下游引物：5′-CGGCCACACCAGTGACAATA-3′

荧光探针：5′-FAM-TGCCGTCGATCCCAACGGTG-TAMRA-3′

其中FAM为荧光报告基团，TAMRA为荧光淬灭基团；

(3)选择荧光检测模式FAM荧光，基线调整取3～15个循环的荧光信号，以阈值线刚好超过正常阴性对照的最高点设定阈值线；若待测样品荧光增长曲线超过阈值线，并呈良好的对数增长，则判断为阳性。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法同时以梯度浓度的标准品DNA溶液在与样品DNA相同条件下进行PCR扩增反应，以标准品DNA溶液拷贝浓度的对数值为横坐标、标准品Ct值为纵坐标绘制标准曲线；根据样品DNA测得的Ct值，对照标准曲线，获得样品DNA的拷贝浓度；所述标准品序列如下：agc gac ttg gcc ttg ctg tcc ttg atcagg cag cca cca aaa gcg atg tcg gtg ccg tcg atc cca acg gtg ata ttg tca ctg gtgtgg ccg ggg ccg ggg taa aat acc ttg agc ggg cca。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于所述PCR扩增反应条件如下：95℃变性2分钟，95℃15秒、60℃30秒进行40个循环扩增。