CN105368980A - 基于滚环复制放大法检测鼠伤寒沙门氏菌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于滚环复制法检测鼠伤寒沙门氏菌的方法。本发明采用的滚环复制放大RCA这一技术,在短时间形成大量可以结合Ag?Clusters的序列,在G-rich辅助连的作用下,使Ag?clusters更牢固的被包裹在DNA链内,产生荧光信号;本发明对RCA和Ag?clusters进行结合应用,使信号检测更为灵敏和快速,使得制备的生物传感器具有操作简单、快速、灵敏度高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及基于核酸适配体及RCA技术对鼠伤寒沙门氏菌的检测方法。
背景技术
鼠伤寒沙门氏菌,Salmonellatyphimurium是引起急性胃肠炎的主要病原菌之一。是微生物遗传学发展的一种非常重要的细菌。鼠伤寒沙门氏菌是一群非适应性或泛嗜性的沙门氏菌,具有广泛的宿主,是目前世界各国分离率最高的菌型之一。鼠伤寒沙门氏菌可以通过多种途径侵入人体,但主要是通过污染食物、水,经口传播,也可通过直接接触或间接传播。如医院内感染主要是通过医护人员的手、医疗用具、尿布及尿垫等间接传播。病原体污染的空气也可经呼吸道传播。普遍易感,婴幼儿多为显性感染,成人多为隐性感染。年龄愈小,易感性愈高。
传统的检测鼠伤寒沙门氏菌的方法有:核酸法、PCR检测方法和酶联免疫检测等方法。这些方法有耗时、仪器操作复杂等缺点。聚合酶链反应(PCR),和酶联免疫吸附测定(ELISA)已被用作快速检测替代传统的方法,寡核苷酸探针或特定的目标抗体病原体DNA或抗原已被用于在两种方法中。然而,这些方法的主要缺点是无法从死细胞活区分开来。此外,ELISA被认为是针对不足的工具灵敏度和特异性,因为它需要大量的细菌细胞为可靠信号,并具有用于交叉反应性的潜在用密切相关的细菌。
发明内容
尽管有多种检测鼠伤寒沙门氏菌的方法,但是各种方法都有不可避免的技术问题,为了解决以上技术问题,本发明提供一种高特异性和灵敏性、成本低、高效快速的基于滚环复制法检测鼠伤寒沙门氏菌的方法。
本发明提供了基于核酸适配体检测鼠伤寒沙门氏菌的方法。
本发明是通过以下步骤得到的:
本发明中一共用到了2条DNA链:
①一发卡结构(hairpin,HP),其作用一部分是鼠伤寒沙门氏菌的适配体供特异性识别并捕获鼠伤寒沙门氏菌;另一部分的作用是作为滚环放大的引物。
②一条挂锁探针(padlock,PL),3’端修饰羟基(—OH),5’端修饰磷酸基团(—PO4),有多个银纳米簇结合位点,用来滚环复制。
两条链的序列
HP:5’-TCTTTTCCTACTCATCTACAGTAATGCCCGGTAGTTATTCAAAGATGAGTAGGAAAAGA-3’(SEQIDNO:1);
PL:3’OH-GCAGGCGGATCCAGAC-PO45’(SEQIDNO:2);
发卡结构HP3’端可以与鼠伤寒沙门氏菌特异性识别并紧密结合,发卡构象发生变化;其部分序列则为挂锁探针的引物,可以与PL互补配对结合。
PL部分序列是与HP结合部位,部分序列是进行RCA后产生的序列作为银纳米簇的结合位点,最终检测银纳米簇荧光信号来检测鼠伤寒沙门氏菌。
本发明中用到了四种核酸酶:T4DNA连接酶,phi29,ExoI,ExoⅢ。
T4DNA连接酶的作用是,在HP引物的作用下使PL连接成环,成环后由ExoI和ExoⅢ将环之外的其他序列都降解掉。Phi29的作用是与dNTP作用下,滚环放大。
本发明中需要合成银纳米簇,用于荧光信号检测。
银纳米簇Agclusters的制备方法:15μL,100μMAg-RCA核酸序列与73μL的20mM磷酸盐缓冲溶液(pH=7.0)混合,然后将6μL,1.5mMAgNO3溶液加入体系中,Ag+:DNA=6:1,在4℃下冷却15min后,加入6μL,1.5mMNaBH4还原,剧烈摇晃1min。反应在4℃黑暗中进行6h。
Ag-RCA:5′-TTCTTGTTTCCTTTCCTTGCCCTTAATCCCC-3(SEQIDNO:3)。
所述的生物传感器制备方法步骤如下所示:
(1)37℃在鼠伤寒沙门氏菌菌液中孵育完全;
(2)当存在目标物时,目标物鼠伤寒沙门氏菌被HP特异性识别并捕获,使得发卡结构茎端变成单链得以暴露;
(3)挂锁探针PL与发卡结构茎端暴露部分碱基互补,在T4DNA连接酶的作用下,将挂锁探针连接成环。其中挂锁探针上富含G,作用是后面进行RCA扩增时,产生富含胞嘧啶C的序列,纳米银簇与富含C的序列结合能力强,能增强信号;RCA产物制备中挂锁探针和引物物质的量比为3:1;
(4)用两种外切酶ExoI,ExoⅢ将环之外的所有DNA降解,保留环状单链DNA;
(5)在体系中加入phi29和dNTP作为原料,以环状DNA作为模板进行复制放大,得到富含胞嘧啶C的周期性循环的单链;
(6)将制备好的纳米银簇加入体系中,使纳米银簇被上述单链吸附,用荧光仪检测,可检测到较强的荧光信号;
(7)当体系不存在目标物时,则上述过程就不会发生,荧光信号也非常弱,通过信号对比,从而得知体系中是否含有目标物鼠伤寒沙门氏菌。
本发明的工作原理
实验中首先根据鼠伤寒沙门氏菌适配体序列设计一发卡结构约60个碱基,其中40个碱基为目标物特异性识别并捕获的序列。设计一个约80个碱基富含G的DNA单链来构成挂锁探针,在此DNA的3'端和5'端各有一段10个碱基可以与发卡结构HP上剩下的连续的20个碱基DNA序列完全互补,形成有一切口的局部双链,在T4连接酶作用下可以将切口连接起来形成整个环。成环后,体系温度加至65℃,使T4连接酶失活。在体系中加入ExoI,ExoⅢ水解掉链状DNA,只剩下环状DNA。将体系温度加热到80℃,使两种外切酶失活。加入引物,以环状DNA为模板,滚环复制放大,产生富含C的DNA单链,将制备好的纳米银簇Agclusters和G-rich辅助连的作用下,与上述富含C的DNA单链结合。检测荧光,在620nm处可以检测到吸收峰。目标物浓度越高,荧光信号越强。
本发明采用的滚环复制放大(RCA)这一技术,在短时间形成大量可以结合AgClusters的序列,在G-rich辅助连的作用下,使Agclusters更牢固的被包裹在DNA链内,产生荧光信号。
文章中对RCA和Agclusters的结合应用是一大亮点,使信号检测更为灵敏和快速,使得制备的生物传感器具有操作简单、快速、灵敏度高等特点。
本发明的有益结果:
(1)设计发卡结构,根据构想变换检测目标物;
(2)设计挂锁探针,利用RCA技术产生大量Agclusters的结合位点,产生很强的荧光信号;
(3)制备方法简单,操作过程方便,检测灵敏;
(4)此生物传感器制备简单,成本低,适用于产业化中廉价的要求;
(5)可实现鼠伤寒沙门氏菌的快速在线检测,检出限为100CFU/μL。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)将2μLphi29缓冲溶液放于离心管中后加入15μL灭菌水;
(2)将1μL,10μMHP放于离心管中;
(3)离心管中加入1μL目标物,2小时37℃条件下充分反应,使发卡识别并捕获目标物;
(4)向离心管中加入1μL挂锁探针,在37℃条件下反应1小时;
(5)加入1μLT4DNA,16℃条件下,反应3小时,目的是将挂锁探针连接成环;
(6)65℃将T4DNA连接酶变性失活,防止连接酶对后续反应产生影响;
(7)向体系中加入0.5μLExoI和0.5μLExoⅢ,30min,水解掉环状DNA外的其他DNA;
(8)体系加热到80℃,使两种外切酶失活,防止在后续过程中产生影响;
(9)加入1μL,10μM的primer,继而加入phi29、dNTP和BSA在37℃下反应1小时,完成RCA反应;
(10)向体系中加入之前制备好的纳米银簇Agclusters和G-rich辅助连,反应30min;
(11)检测荧光,在620nm处可检测到吸收峰。
G-rich辅助链序列:
5′-GGGTGGGGTGGGGTGGGGAAACTTCTTTCTTTCTTCG-3(SEQIDNO:4)。
实施例2
(1)37℃在鼠伤寒沙门氏菌菌液中孵育完全。
(2)分别将2μLphi29缓冲溶液放于5个离心管中后,分别加入15μL灭菌水。
(3)分别将1μL,1μM、2μM、5μM、10μM、20μMHP放于离心管中
(4)离心管中加入1μL目标物,2小时37℃条件下充分反应,使发卡识别并捕获目标物。
(5)向离心管中加入1μL挂锁探针,在37℃条件下反应1小时,使挂锁探针与发卡结构碱基互补配对,形成带有切口的DNA双链。。
(6)加入1μLT4DNA连接酶,16℃条件下,反应3小时,在T4DNA连接酶的作用下,使切口得以补合,将挂锁探针连接成环。
(7)65℃将T4DNA连接酶变性失活,以防止在后续反应中产生影响。。
(8)向体系中加入0.5μLExoI和0.5μLExoⅢ,30min,水解掉环状DNA外的其他DNA,剩下环状DNA,方便进行RCA反应。
(9)体系加热到80℃,使两种外切酶失活,防止后续过程中形成的单链被水解掉。
(10)加入1μL,10μM的primer,继而加入phi29、dNTP和BSA在37℃下孵育1小时,完成RCA反应。
(12)向体系中加入之前制备好的纳米银簇Agclusters和G-rich辅助连,反应30min。
检测荧光,在620nm处检测吸收峰。
表1不同发卡浓度所对应的荧光强度
实施例3
(1)37℃在鼠伤寒沙门氏菌菌液中孵育完全。
(2)分别将2μLphi29缓冲溶液放于5个离心管中后,分别加入15μL灭菌水。
(3)分别将1μL,10μMHP放于离心管中。
(5)离心管中加入1μL目标物,2小时37℃条件下充分反应,使发卡识别并捕获目标物。
(5)向离心管中加入1μL1μM、2μM、5μM、10μM、20μM挂锁探针,在37℃条件下反应1小时,使挂锁探针与发卡结构碱基互补配对,形成带有切口的DNA双链。。
(6)加入1μLT4DNA连接酶,16℃条件下,反应3小时,在T4DNA连接酶的作用下,使切口得以补合,将挂锁探针连接成环。
(7)65℃将T4DNA连接酶变性失活,以防止在后续反应中产生影响。。
(8)向体系中加入0.5μLExoI和0.5μLExoⅢ,30min,水解掉环状DNA外的其他DNA,剩下环状DNA,方便进行RCA反应。
(9)体系加热到80℃,使两种外切酶失活,防止后续过程中形成的单链被水解掉。
(10)加入1μL,10μM的primer,继而加入phi29、dNTP和BSA在37℃下孵育1小时,完成RCA反应。
(13)向体系中加入之前制备好的纳米银簇Agclusters和G-rich辅助连,反应30min。
检测荧光,在620nm处检测吸收峰.
表2——不同挂锁探针浓度所对应的荧光强度
实施例4
一种检测鼠伤寒沙门氏菌的生物传感器的制备方法的标准曲线的绘制及实际应
用,步骤如下:
(1)37℃在鼠伤寒沙门氏菌菌液中孵育完全。
(2)分别将2μLphi29缓冲溶液放于5个离心管中后,分别加入15μL灭菌水。
(3)分别将1μL,10μMHP放于离心管中。
(6)离心管中加入1μL目标物,2小时37℃条件下充分反应,使发卡识别并捕获目标物。(目标物的浓度分别为102CFU/mL、103CFU/mL、104CFU/mL、105CFU/mL、106CFU/mL、107CFU/mL、108CFU/mL)
(5)向离心管中加入1μL10μM挂锁探针,在37℃条件下反应1小时,使挂锁探针与发卡结构碱基互补配对,形成带有切口的DNA双链。。
(6)加入1μLT4DNA连接酶,16℃条件下,反应3小时,在T4DNA连接酶的作用下,使切口得以补合,将挂锁探针连接成环。
(7)65℃将T4DNA连接酶变性失活,以防止在后续反应中产生影响。。
(8)向体系中加入0.5μLExoI和0.5μLExoⅢ,30min,水解掉环状DNA外的其他DNA,剩下环状DNA,方便进行RCA反应。
(9)体系加热到80℃,使两种外切酶失活,防止后续过程中形成的单链被水解掉。
(10)加入1μL,10μM的primer,继而加入phi29、dNTP和BSA在37℃下孵育1小时,完成RCA反应。
(14)向体系中加入之前制备好的纳米银簇Agclusters和G-rich辅助连,反应30min。
检测荧光,在620nm处检测吸收峰。
表3——不同浓度的目标物所对应的荧光强度
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受实施例的限制,其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、替代、简化均应为等效替换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
<110>济南大学
<120>基于滚环复制放大法检测鼠伤寒沙门氏菌的方法
<160>2
<210>1
<211>59
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<221>misc_feature
<222>(1)..(59)
<223>引物
<400>1
TCTTTTCCTACTCATCTACAGTAATGCCCG30
GTAGTTATTCAAAGATGAGTAGGAAAAGA59
<210>2
<211>16
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<221>misc_feature
<222>(1)..(16)
<223>引物
<400>2
GCAGGCGGATCCAGAC16
<210>3
<211>31
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<221>misc_feature
<222>(1)..(31)
<223>引物
<400>3
TTCTTGTTTCCTTTCCTTGCCCTTAATCCC30
C31
<210>4
<211>37
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<221>misc_feature
<222>(1)..(37)
<223>引物
<400>4
GGGTGGGGTGGGGTGGGGAAACTTCTTTCT30
TTCTTCG37
Claims (1)
1.基于滚环复制放大法检测鼠伤寒沙门氏菌的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将2μLphi29缓冲溶液放于离心管中后加入15μL灭菌水;
(2)将1μL,10μMHP放于离心管中;
(3)离心管中加入1μL目标物,2小时37℃条件下充分反应,使HP识别并捕获目标物;
(4)向离心管中加入1μL挂锁探针,在37℃条件下反应1小时;
(5)加入1μLT4DNA连接酶,16℃条件下,反应3小时,目的是将挂锁探针连接成环;
(6)65℃将T4DNA连接酶变性失活,防止连接酶对后续反应产生影响;
(7)向体系中加入0.5μLExoI和0.5μLExoⅢ,30min,水解掉环状DNA外的其他DNA;
(8)体系加热到80℃,使两种外切酶失活,防止在后续过程中产生影响;
(9)加入1μL,10μM的primer,继而加入phi29、dNTP和BSA在37℃下反应1小时,完成RCA反应;
(10)向体系中加入之前制备好的纳米银簇Agclusters和G-rich辅助连,反应30min;
(11)检测荧光,在620nm处检测吸收峰强度;
所述HP的序列如SEQIDNO:1所示;
所述挂锁探针的序列如SEQIDNO:2所示;
所述G-rich辅助链序列如SEQIDNO:4所示;
所述银纳米簇Agclusters的制备方法:15μL,100μMAg-RCA核酸序列与73μL的20mM磷酸盐缓冲溶液(pH=7.0)混合,然后将6μL,1.5mMAgNO3溶液加入体系中,Ag+:DNA=6:1,在4℃下冷却15min后,加入6μL,1.5mMNaBH4还原,剧烈摇晃1min,反应在4℃黑暗中进行6h,所述Ag-RCA的序列如SEQIDNO:3所示。
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