CN104131089A - 用于检测军团菌的引物组合及试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于检测临床和环境标本中军团菌的引物组合,所述引物组合包括用于PCR特异性扩增mip基因的引物对(Seq ID No.1-2)以及用于PCR特异性扩增16S rRNA的引物对(Seq ID No.3-4)。本发明还提供含有上述引物组合的检测试剂盒。通过对320份临床肺炎患者的痰和肺泡灌洗液及210份环境水标本的验证,本发明的引物组合特异性达到100%,最低检出限为2×101cfu/ml。该双重PCR系统在菌株的鉴定,临床和环境标本的检测中得到了成功的应用,基于该双重PCR系统建立的PCR检测方法,具有简便、快速、可靠的特点,有望在流行病学的初步调查,环境水监测,临床标本的检测中得到更广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及军团菌的分子生物学检测,具体地说,涉及一种用于检测临床和环境标本中军团菌的引物组合及试剂盒。
背景技术
军团菌(Legionella)是一种普通存在于各种人工和自然水环境中的细菌,它是引起军团菌病(Legionellosis)的病原体,能够在阿米巴和人单核细胞,主要是肺泡巨噬细胞中生长繁殖,引起肺炎和庞提阿克热。通常肺炎发病急,死亡率高。而庞提阿克热发病似感冒,主要症状为发热,感染率高,但预后比肺炎型好,无死亡。流行病学调查证实,军团菌通过气溶胶经空气传播给人,常见于冷却塔、热水供应系统、蒸汽浓缩器、矿泉疗养浴池、临床呼吸装置的加湿器、超级市场蔬菜喷雾器、喷泉等。个别报道,饮用被军团菌污染的水和接触被军团菌污染的土壤也能引起军团病。目前为止,人与人之间的传播尚未得到证实。
自从1976年美国费城爆发军团病以来,军团菌属已有48个军团菌种70个血清型被发现,其中19个种被认为与人类呼吸道感染有关。嗜肺军团菌(Legionella pneumophila,简写Lp)是引起军团菌病最常见的种,也是人工环境中最常见的种,据报道,军团病中80-85%是由嗜肺军团菌引起的。嗜肺军团菌有15个血清型,最常见的为1型。据美国CDC报告,在美国每年约有10,000到15,000人感染军团菌病,爆发通常发生在夏季和初秋,但全年均有病例出现,约5-10%的军团病病人死亡。军团菌在西方国家引起的肺炎占社区获得性肺炎的2-10.6%,一些地区军团菌病在医源性肺炎中至少占10%。我国自1982年首次从肺炎病人体内分离到一株嗜肺军团菌以来,已相继从病人和环境中分 离到多种型别的军团菌,并且先后报道了数起军团病的爆发流行,散发病例不断有报道。任何年龄段的人都可发病,但中年和老年人,尤其是吸烟者或有慢性肺部疾患的人,发病率较高。因此,对于病人做出早期诊断,比较从临床标本和环境中分离到的军团菌,查找传染源,从而采取有效的控制措施是非常重要的。
检测军团菌最经典的方法是通过培养分离军团菌和免疫荧光抗体的检测。但是,这存在很多问题:首先,军团菌培养要求严格,培养时间长,且由于其他杂菌的过分生长难以从临床和环境标本中分离出来。据报道,从呼吸道分泌物中培养军团菌的灵敏度是30-70%,此外,在一些标本中,存在活的非可培养状态的军团菌,因此,仅靠培养来检测临床和环境标本是不利于军团菌的快速检测和诊断的。其次,直接荧光抗体(DFA)检测尽管快速,但灵敏度低,约25-75%,特异度依赖于工作人员的经验。第三,间接荧光抗体(IFA)或凝集实验检测抗体时,由于患者抗体水平在感染该病一周后,才能被检出,故不适用于早期诊断,检测灵敏度约为75%。此外,军团菌与其他细菌存在抗体交叉反应性。国内外学者们一直致力于寻找军团菌的快速,可靠的检测手段。近年来随着分子生物学的飞速发展,研究者们认识到从基因水平上检测军团菌将克服上述方法的缺陷。
基因探针和PCR方法已被广泛应用于检测军团菌,而由于PCR能够百万倍地扩增相当少量的细菌DNA,且省时,省力,有着较高的敏感性和特异性而得到了广泛应用。目前,用于PCR检测军团菌特异性的基因片段,包括5S rRNA、16S rRNA、870bp基因片段和编码嗜肺军团菌特异性独立因子mip基因(macrophage infectivity potentiator)。对5S rRNA、16S rRNA基因片段的扩增可以检测军团菌属,即包括所有的嗜肺军团菌和非嗜肺军团菌。对870bp基因片段的扩增只能检测嗜肺军团菌。而mip基因的PCR扩增根据设计的引物序列不同,可以检测嗜肺军团菌和部分非嗜肺军团菌。由于5srRNA和16srRNA基因在 染色体上是以多拷贝形式存在,因此对它们进行PCR扩增检测的敏感性高于对单拷贝基因,如870bp基因片段和mip基因片段的PCR扩增。
发明内容
本发明的目的是提供用于检测临床和环境标本中军团菌的引物组合及试剂盒。
为了实现本发明目的,本发明提供的用于检测军团菌的引物组合,包括用于PCR特异性扩增mip基因的引物对I以及用于PCR特异性扩增16S rRNA的引物对II。引物序列如下:
引物对I:
上游引物QT1 5′-GCAATGGCTAAAGGCATG-3′
下游引物QT2 5′-AATACAACAACGCCTGGCTTG-3′
引物对II:
上游引物16sQ-F 5′-AGGGTTGATAGGTTAAGAGC-3′
下游引物16sQ-R 5′-CCAACAGCTAGTTGACATCG-3′
本发明还提供含有上述引物组合的用于检测军团菌的试剂盒。优选地,所述试剂盒还包括dNTPs、Taq DNA聚合酶、PCR反应缓冲液等中的一种或多种。更优选地,所述试剂盒还包括标准阳性模板。
本发明进一步提供上述引物组合或试剂盒在检测环境样本中军团菌污染中的应用。包括以下步骤:
1)提取环境样品中的DNA;
2)以步骤1)中提取的DNA为模板,利用引物对I和II进行PCR扩增反应;
3)分析PCR产物。
对PCR扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳检测,若出现206bp和386bp两条带,则环境样品受到嗜肺军团菌污染;若仅出现386bp一条带,则环境样品受到非嗜肺军团菌的污染。
PCR反应体系以30μl计为:
PCR反应条件为:94℃2分钟,61℃45秒,72℃45秒,1个循环;94℃45秒,61℃45秒,72℃45秒,共33个循环。
本发明根据军团菌mip基因序列设计了一对嗜肺军团菌种特异性PCR引物,可扩增出206bp大小的mip基因片段。将这对引物与另一对特异性扩增16S rRNA基因的引物联用建立双重PCR检测方法,对临床和环境标本进行检测,不仅提高了单一引物应用时检测的敏感性、特异性,而且避免了单一引物应用时的缺陷,如仅扩增16S rRNA基因,则无法判断是嗜肺军团菌还是非嗜肺军团菌;仅扩增mip基因,则只能检测嗜肺军团菌,而非嗜肺的军团菌则无法检测到。
通过对320份临床肺炎患者的痰和肺泡灌洗液及210份环境水标本的验证,本发明的引物组合及检测方法特异性达到100%,该方法的最低检出限为2×101cfu/ml。该双重PCR系统在菌株的鉴定,临床和环境标本的检测中得到了成功的应用,为首个对临床标本进行检测的PCR方法。该方法简便、快速、可靠,有望在流行病学的初步调查,环境水监测,临床标本的检测中得到更广泛的应用。
附图说明
图1为本发明实施例2中对不同浓度的1型嗜肺军团菌DNA进行双重PCR扩增的结果;其中,M为DNA分子量标准,1-8泳道分别表示 DNA浓度为108、107、106、105、104、103、102和101。
图2为本发明实施例2中对国际参考菌株的嗜肺军团菌1-14血清型进行双重PCR扩增的结果;其中,M为DNA分子量标准,1-14泳道分别表示1-14血清型的嗜肺军团菌。
图3为本发明实施例2中对国际参考的5株非嗜肺军团菌进行双重PCR扩增的结果;其中,M为DNA分子量标准,1-7泳道分别表示嗜肺军团菌legionella pneumophila ATCC33152、非嗜肺军团菌Legionalla dumoffii ATCC33343、非嗜肺军团菌Legionella bozemanii ATCC33217、非嗜肺军团菌Legionella longbeachae ATCC33462、非嗜肺军团菌Legionella micdadei ATCC33218、非嗜肺军团菌Legionella feeleii ATCC35072及不添加模板的阴性对照。
图4为本发明实施例2中对8株阴性对照菌株进行双重PCR扩增的结果;其中,M为DNA分子量标准,1-10泳道分别表示阳性对照株Legionall pneumophila philadelphil-1、Klebsiella pneumoniae、mycoplasma pneumoniae、Pseudomonas aureus、Salmonella typhimurium、Neisseria meningitides、Bordetella pertussis、Staphylococcus aureus、Haemophilus influenzae及不添加模板的阴性对照。
图5为本发明实施例3中对7株从环境中分离的军团菌和5株从临床病人体内分离的军团菌株进行双重PCR扩增的结果;其中,M为DNA分子量标准,1-7泳道分别从环境中分离的军团菌,8-12泳道表示从肺炎患者肺泡灌洗液中分离出的军团菌。
图6为本发明实施例4中对12份疑似军团菌污染水标本进行双重PCR扩增的结果;其中,M为DNA分子量标准,1泳道为阳性对照嗜肺军团菌,2-13泳道表示从12份疑似军团菌污染水标本中分离出的军团菌。
图7为本发明实施例5中对12份重症肺炎病人肺泡灌洗液进行双重PCR扩增的结果;其中,M为DNA分子量标准,1泳道为阳性对照 嗜肺军团菌,2-13泳道表示从12份重症肺炎病人肺泡灌洗液中分离出的军团菌。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。若未特别指明,实施例均按照常规实验条件,如Sambrook等分子克隆实验手册(Sambrook J&Russell DW,Molecular cloning:a laboratory manual,2001),或按照制造厂商说明书建议的条件。
实施例1 用于检测军团菌的PCR引物组合
所述引物组合包括用于PCR特异性扩增mip基因的引物对I以及用于PCR特异性扩增16S rRNA的引物对II。引物序列如下:
引物对I:
上游引物QT1 5′-GCAATGGCTAAAGGCATG-3′
下游引物QT2 5′-AATACAACAACGCCTGGCTTG-3′
引物对II:
上游引物16sQ-F 5′-AGGGTTGATAGGTTAAGAGC-3′
下游引物16sQ-R 5′-CCAACAGCTAGTTGACATCG-3′
实施例2 用于检测军团菌的PCR引物组合的特异性及灵敏度分析
采用以下PCR反应体系及反应条件,对实施例1的PCR引物组合进行特异性及灵敏度检测。
PCR反应体系以30μl计为:
PCR反应条件为:94℃2分钟,61℃45秒,72℃45秒,1个循环;94℃45秒,61℃45秒,72℃45秒,共33个循环。
1、对不同浓度的1型嗜肺军团菌(Lp1)DNA进行双重PCR扩增,以检测该方法的灵敏度。结果如图1所示,产生清晰可见的两条带(206bp和386bp),最低检出限为2×101cfu/ml。
2、对国际参考菌株的嗜肺军团菌1-14血清型(表1)进行双重PCR扩增,结果如图2所示,嗜肺军团菌1-14血清型均能扩增出206bp和386bp的片段。
表1 国际参考菌株的嗜肺军团菌1-14血清型
嗜肺军团菌血清型 | 代表菌株 | 文献 |
1型 | ATCC33152 | Int.J.Syst.Bacteriol.1979,29:436 |
2型 | ATCC33154 | N.Engl.J.Med.1977,297:1197-1203. |
3型 | ATCC33155 | Appl/Environ Microbiol.1985,49(2):305-309. |
4型 | ATCC33156 | J.Clin.Microbiol.1998,36(6):1560-1567. |
5型 | ATCC33216 | Ann Intern Med1980,93(1):58-59. |
6型 | ATCC33215 | Can Med Assoc J.1981;124(7):849-850 |
7型 | ATCC33823 | J.Clin.Microbiol.1998,36(6):1560-1567 |
8型 | ATCC35096 | J.Clin.Microbiol.1983,17(5):887-891. |
9型 | ATCC35289 | Ann InternMed.1984,101:196-198. |
10型 | ATCC43283 | J.Clin.Microbiol.1994,32(11):2692-2697. |
11型 | ATCC43130 | J.Clin.Microbiol.1986,23(6):1146-1147. |
12型 | ATCC43290 | J.Clin.Microbiol.1987,25(3):569-570. |
13型 | ATCC43736 | J.Clin.Microbiol.1988,26(3):586-587. |
14型 | ATCC43703 | J.Clin.Microbiol.1988,26(2):282. |
3、对国际参考的5株非嗜肺军团菌(表2)进行双重PCR扩增,结果如图3所示,非嗜肺军团菌只能扩增出386bp的16S rRNA片段。
表2 国际参考的5株非嗜肺军团菌
非嗜肺军团菌 | 代表菌株 | 文献 |
Legionella bozemanii, | ATCC33217 | Int.J.Syst.Bacteriol.30:609-614. |
Legionella longbeachae | ATCC33462 | Int.J.Syst.Bacteriol.1982,32:266-268. |
Legionella micdadei | ATCC33218 | Int.J.Syst.Bacteriol.1980,30:609-614. |
Legionella feeleii | ATCC35072 | Int.J.Syst.Bacteriol.1984,34:355-357. |
Legionalla dumoffii | ATCC33343 | Int.J.Syst.Bacteriol.1981,31:111-115. |
4、对8株阴性对照菌株进行双重PCR扩增,结果如图4所示,全部呈阴性。
实施例3 双重PCR法检测军团菌
利用实施例1的引物组合及实施例2的PCR反应体系及反应条件,对7株从环境中分离的军团菌和从临床病人体内分离的军团菌株进行双重PCR扩增。结果如图5所示,均扩增出206bp和386bp的片段。
实施例4 双重PCR法检测军团菌
利用实施例1的引物组合及实施例2的PCR反应体系及反应条件,对12份疑似军团菌污染水标本进行双重PCR扩增,结果如图6所示,均扩增出386bp的16S rRNA片段和部分206bp的mip基因片段。实验结果表明,第10号水样标本只扩增出386bp的16S rRNA片段。分离培养的结果为:从这份水样中,分离出了legionella micdadei非嗜肺军团菌。双重PCR扩增结果与分离培养的结果相符合。
实施例5 双重PCR法检测军团菌
利用实施例1的引物组合及实施例2的PCR反应体系及反应条件,对12份重症肺炎病人肺泡灌洗液进行双重PCR扩增,结果如图7所示,均扩增出386bp的16S rRNA片段和部分206bp的mip基因片段。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
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5.Kwaik TA,Eisenstein BI and Engleberg NC.Phenotypic modulation by Legionalla pneumophila upon infection of macrophages.Infect Immun,1993,61:1320。
Claims (8)
1.用于检测军团菌的引物组合,其特征在于,所述引物组合包括用于PCR特异性扩增mip基因的引物对I以及用于PCR特异性扩增16S rRNA的引物对II;引物序列如下:
引物对I:
上游引物QT1 5′-GCAATGGCTAAAGGCATG-3′
下游引物QT2 5′-AATACAACAACGCCTGGCTTG-3′
引物对II:
上游引物16sQ-F 5′-AGGGTTGATAGGTTAAGAGC-3′
下游引物16sQ-R 5′-CCAACAGCTAGTTGACATCG-3′。
2.含有权利要求1所述引物组合的用于检测军团菌的试剂盒。
3.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒还包括dNTPs、Taq DNA聚合酶、PCR反应缓冲液中的一种或多种。
4.根据权利要求2或3所述的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒还包括标准阳性模板。
5.权利要求1所述引物组合或权利要求2-4任一项所述试剂盒在检测环境样本中军团菌污染中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,包括以下步骤:
1)提取环境样品中的DNA;
2)以步骤1)中提取的DNA为模板,利用引物对I和II进行PCR扩增反应;
3)分析PCR产物。
7.根据权利要求5或6所述的应用,其特征在于,PCR反应体系以30μl计为:
8.根据权利要求5或6所述的应用,其特征在于,PCR反应条件为:94℃2分钟,61℃45秒,72℃45秒,1个循环;94℃45秒,61℃45秒,72℃45秒,共33个循环。
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