CN109182467A - 基于数字lamp技术检测沙门氏菌的引物及其试剂盒与方法 - Google Patents

基于数字lamp技术检测沙门氏菌的引物及其试剂盒与方法 Download PDF

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刘雨琦
石磊
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Jinan University
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Abstract

本发明公开了一种基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的引物及其试剂盒与方法。试剂盒包括:2×ddLAMP Supermix、引物组合、无RNA酶的超纯水、细菌总DNA提取试剂、阴性对照和阳性对照。其检测方法是通过提取待检样品DNA，配置LAMP反应体系，进行微滴化和LAMP反应后，通过检测荧光信号，判断待检样品是否含有沙门氏菌，并测定其含量。本发明具有快速、精准、灵敏、适用性广，无需依赖变温扩增设备，可实现绝对定量等优点，可为肉、蛋、奶等畜禽产品中沙门氏菌的快速检测提供有效分析手段。

Description

基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的引物及其试剂盒与方法
技术领域
本发明涉及一种沙门氏菌测试装备，具体涉及一种基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的试剂盒，属于分子生物学技术领域。
背景技术
沙门氏菌(Salmonella)是一种重要的人兽共患病原菌，目前已发现2500多个血清型。该菌广泛分布于自然界，易污染肉、蛋、奶等畜禽产品，引起人食物中毒，导致胃肠炎、伤寒和副伤寒等疾病。沙门氏菌中毒事件已呈全球分布。根据美国疾病控制和预防中心(CDC)的统计,每年在美国由沙门氏菌引发食源性疾病常常居于食源性疾病的前列；在欧洲,每年有超过16万人感染沙门氏菌；而在我国细菌性食物中毒中，有70％～80％由沙门氏菌引起，在引起沙门氏菌中毒的食品中，约90％是肉、蛋、奶等畜禽产品。沙门氏菌是反映食品致病菌污染状况的主要指示菌，更是为防控食源性疾病而须重点防控的对象。因此建立有效快速的检验方法对于预防和控制沙门氏菌病十分重要。
目前，实验室常用的检测沙门氏菌的方法有细菌分离、免疫分析技术(酶免疫技术、放射免疫技术、荧光免疫技术等)和分子生物学检测技术(常规PCR，实时荧光定量PCR和环介导等温扩增技术等)。传统的细菌分离和免疫分析检测方法，存在耗时长、对检测人员技术要求高、操作复杂以及敏感性差等诸多不足。PCR操作复杂，需进行跑胶分析，并且灵敏度低；实时荧光PCR需使用昂贵的仪器设备并依赖标准曲线进行定量检测，灵敏度仍存在一定的局限性；环介导等温扩增技术由于引物间的非特异性扩增而易产生假阳性结果。因此，建立一种快速、准确的检测试剂盒及检测方法成为目前急需解决的问题。
数字环介导等温扩增技术(digital loop-mediated isothermalamplification,dLAMP)是基于第三代数字PCR技术原理，将预混的LAMP体系进行微滴化处理，形成几万至几十万个油包水的液化微滴中，保证每个微滴中含有一个或不含有核酸模板，经过LAMP扩增后，经过荧光检测每个微滴中的阳性微滴数和阴性微滴数，根据泊松分布原理即可计算出核酸模板的初始拷贝数。该方法具有以下优点：①特异性强：针对靶基因的不同区域设计多对特异引物，不会受到反应混合物中存在的其他非靶序列的影响，同时可根据熔解曲线鉴别非特异性扩增；②灵敏性高:dLAMP检测的是荧光信号，能检测到普通PCR的1/10-1/100的拷贝数；③恒温：该技术反应体系只需在恒定温度下就能扩增反应，不需要预先进行双链的变性；④快速：LAMP反应在15-60min即可完成；⑤设备简单：不需要特殊的变温设备。
为了解决上述传统方法检测沙门氏菌面临的问题，迫切需要开发一种快速、高效、低成本的检测技术，并实现检测试剂商品化，这将对肉、蛋、奶等畜禽食品中沙门氏菌的防控带来极大便利。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数字LAMP技术检测沙门氏菌的试剂盒，能够应用于沙门氏菌的快速、精准检测。
本发明的第一个技术目的是提供用于检测沙门氏菌的特异性引物，其核苷酸序列分别：
外引物F3：GCGTTACCGATTGATATCTCA(SEQ ID NO：1)；
外引物B3：CCTCGGTTGCCTATGTATTC(SEQ ID NO：2)；
内引物FIP：ACGCTTGTTCGCTTAACCTCAACAGACATGCTGCTGC(SEQ ID NO：3)；
内引物BIP：CTGGCAGTCAGAGGCGATGTATAACGGTTCATATCACCTT
ACC(SEQ ID NO：4)；
环引物LF：GTCTTCGTGCTGCGAGT(SEQ ID NO：5)；
环引物LB：AGGACGTGCTAATCTGCG(SEQ ID NO：6)；
优选地，扩增反应时，内引物FIP和BIP，环引物LF和LB，与外引物F3和B3的摩尔比为8：4：1。
本发明提供了上述的特异性引物在制备沙门氏菌检测试剂盒或检测试剂中的应用。
本发明提供了一种含有上述特异性引物的试剂盒。所述试剂盒优选为微滴数字LAMP绝对定量检测试剂盒。
本发明的另一技术目的在于提供一种具有高灵敏度、高特异性、高准确度和精确度的、操作简单的检测沙门氏菌的微滴数字LAMP绝对定量检测试剂盒，其特征在于，试剂盒包含权利要求1中所述的引物。
优选地，基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的试剂盒还包括以下成分的部分或者全部：(1)2×ddLAMP Supermix；(2)无RNA酶的蒸馏水；(3)阳性对照和阴性对照；(4)细菌总DNA提取试剂。
优选地，内引物FIP和BIP各160μmol/L，外引物F3和B3各80μmol/L，环引物LF和LB各160μmol/L，1×TE，50mmol/L Tris-HCl(pH8.8)，250mmol/L KCl，200mmol/L MgSO4，250mmol/L(NH4)2SO4，2.8％Tween-20，7.14mol/L甜菜碱，10mmol/L dNTP，Bst大片断DNA聚合酶160U，20×EvaGreen，RNaseCocktail。
优选地，阳性对照为沙门氏菌DNA，阴性对照为超纯水。
优选地，细菌总DNA提取试剂包括裂解液A、洗液B、洗液C、洗脱液D、吸附柱和收集管。
再有，本发明还公开了一种基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的方法，包括如下步骤：
(1)细菌总DNA的提取
1)取待检样品1g，加入600μL裂解液A研磨后，涡旋混匀20s，室温静置10min；
2)将混合液移至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
3)丢弃收集管中液体，加入500μL洗液B至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
4)丢弃收集管中液体，加入500μL洗液C至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
5)丢弃收集管中液体，12,000×g离心2min以甩干柱子；
6)将吸附柱移入新的1.5mL离心管中，向柱子中央加入洗脱液50μL，室温静置2min，12,000×g离心1min，离心管中液体即为模板DNA；
(2)数字LAMP操作
1)待检样品、阴性对照和阳性对照每个反应管各加入数字LAMP反应液19μL；分别取1μL模板DNA，加入相应的反应管中，配置成20μL数字LAMP反应体系；所述模板DNA包括待检样品、阴性对照和阳性对照；
2)将20μL样品反应液加入到微滴发生卡内，制备微滴；
3)将微滴转入PCR板中，放入水浴锅或PCR仪中进行扩增；
4)将扩增完成的PCR板放入微滴分析仪中，检测微滴中的荧光信号，分析数据，显示检测结果；
5)结果判定及描述：阳性对照：20±2个拷贝，阴性对照：＜1个拷贝时，实验结果成立；待检测样品结果≥1个拷贝时为阳性；待检测样品结果＜1个拷贝时为阴性。
优选地，数字LAMP反应体系为20μL反应体系，其含有2×ddLAMPSupermix 10μL，超纯水9μL，加入1μL模板后为20μL。
优选地，扩增程序为：63℃反应35min，并在80℃持续2min。
本发明以LAMP和数字PCR微滴生成系统及检测系统为依托，开发数字LAMP技术绝对定量检测沙门氏菌的试剂盒及检测方法。目前尚未有将微滴数字LAMP技术应用于检测沙门氏菌的试剂盒。本试剂盒能够在短时间内实现沙门氏菌的快速、精准定量，为肉、蛋、奶等畜禽食品中沙门氏菌的防控提供有力的技术支持，有着广阔的应用前景和产业化前景。
因此，相比于现有的其他检测技术，本发明技术具有快速、精准、灵敏、适用性广、操作简单等优点：
①特异性强：针对靶基因的不同区域设计多对特异引物，不会受到反应混合物中存在的其它非靶序列的影响，同时可根据熔解曲线鉴别非特异性扩增；②灵敏性高:dLAMP检测的是荧光信号，能检测到普通PCR的1/10-1/100的拷贝数；③恒温：该技术反应体系只需在恒定温度下就能扩增反应，不需要预先进行双链的变性；④快速：LAMP反应在15-60min即可完成；⑤设备简单：不需要特殊的变温设备。
附图说明
图1是本发明实施例3中特异性实验的检测结果图。图1中，1：阳性对照；2：铜绿假单胞菌；3：变形杆菌；4：大肠杆菌；5：金黄色葡萄球菌；6：蜡样芽孢杆菌；7：单增李斯特菌；8：宋内氏志贺氏菌；9：阪崎肠杆菌；10：绿脓杆菌；11：阴性对照。
图2是实施例4中灵敏度实验的检测结果图。图2中，1：5×102CFU/mL；2：5×101CFU/mL；3：1×101CFU/mL；4：1×100CFU/mL；5：0.5×100CFU/mL；6：阴性对照。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1基于数字LAMP技术绝对定量检测沙门氏菌的试剂盒的建立
基于数字LAMP技术绝对定量检测沙门氏菌的试剂盒，包括引物组、2×ddLAMPSupermix、无RNA酶的超纯水、细菌总DNA提取试剂、阳性对照和阴性对照。
(1)数字LAMP扩增引物设计：以沙门氏菌特异性保守序列为靶基因进行引物的设计。引物序列见表1。
表1引物序列表
(2)扩增反应时，内引物FIP和BIP，环引物LF和LB和外引物F3和B3的摩尔比为8：4：1。
(3)2×ddLAMP Supermix包含以下试剂：内引物FIP和BIP各160μmol/L，外引物F3和B3各80μmol/L，环引物LF和LB各160μmol/L，1×TE，50mmol/LTris-HCl(pH8.8)，250mmol/L KCl，200mmol/L MgSO4，250mmol/L(NH4)2SO4，2.8％Tween-20，7.14mol/L甜菜碱，10mmol/L dNTP，Bst大片断DNA聚合酶160U，20×EvaGreen，RNase Cocktail。
(4)阳性对照为沙门氏菌DNA，阴性对照为超纯水。
(5)细菌总DNA提取试剂包括裂解液A、洗液B、洗液C、洗脱液D、吸附柱和收集管。
实施例2基于数字LAMP技术绝对定量检测沙门氏菌的检测方法
利用实施例1的试剂盒检测沙门氏菌的方法，包括如下步骤：
1)取待检样品1g，加入600μL裂解液A研磨后，涡旋混匀20s，室温静置10min；
2)将混合液移至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
3)丢弃收集管中液体，加入500μL洗液B至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
4)丢弃收集管中液体，加入500μL洗液C至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
5)丢弃收集管中液体，12,000×g离心2min以甩干柱子；
6)将吸附柱移入新的1.5mL离心管中，向柱子中央加入洗脱液50μL，室温静置2min，12,000×g离心1min，离心管中液体即为模板DNA。
(2)数字LAMP操作
1)设待检样品、阴性对照和阳性对照样品数总和为N，反应体系配置如下：
表2数字LAMP反应体系
名称 体系
2×ddLAMP Supermix 14×(N+1)μL
无RNA酶的蒸馏水 5×(N+1)μL
将以上配置的反应体系充分混匀后，分装至每个反应管各19μL。
其中，2×ddLAMP Supermix包含以下试剂：160μmol/L内引物FIP和BIP各0.2μL，80μmol/L外引物F3和B3各0.05μL，160μmol/L环引物LF和LB各0.1μL，TE 0.3μL，50mmol/LTris-HCl(pH8.8)0.8μL，250mmol/L KCl 0.8μL，200mmol/L MgSO4 0.8μL，250mmol/L(NH4)2SO4 0.8μL，2.5％Tween-200.8μL，7.14mol/L甜菜碱2.8μL，10mmol/L dNTP 3.2μL，Bst大片断DNA聚合酶1μL，20×EvaGreen 1μL，RNase Cocktail 1μL。
2)分别取1μL模板DNA(包括待检样品、阴性对照和阳性对照)，加入相应的反应管中，终体积为20μL。
3)将一个新的微滴发生卡放入卡托中，将20μL样品反应液加入到微滴发生卡中间一排的8个孔中，不足8个样品时用20μL去离子水补足，建议使用8通道排枪，加样时枪头接近孔一侧底部，与侧壁呈现大约15°角，缓慢打出液体，打出一部分后缓慢提升枪头位置再打出余下液滴，不要将枪打至第一档位置以免引入气泡；
4)在微滴发生卡最底下一排8个孔中加入70μL微滴生成油，同样不能有空着的孔；
5)盖上胶垫，注意两边的小孔都要钩牢；
6)将卡托轻轻地平稳放置于微滴生成仪中，开始生成微滴，注意仪器上指示灯状态，一般2min之内完成；
7)微滴生成于微滴发生卡最上面一排孔内，建议使用8通道排枪小心缓慢吸取，调整吸取体积为40μL，将卡托放平，枪头以与孔壁呈30～45°角放入，轻触孔底，约5s吸取40μL，再同样缓慢地打入96孔板相应位置孔内(约5s)，枪头贴近孔壁接近孔底，注意封上盖以防油挥发，每次弃去已使用过的微滴发生卡和胶垫；
8)转移油滴进入96孔板内完成后，用预热好的PX1热封仪对其进行封膜(红线朝上)，运行程序为：180℃，5s，无需颠倒方向二次封膜；
9)封好膜之后应该在30min内进行LAMP反应，或者放于4℃冰箱4小时之内进行LAMP。扩增程序为：63℃反应35min，并在80℃持续2min。
10)将PCR扩增完成的96板放入微滴分析仪的plate holder中，注意板斜角方位，组装好之后轻轻地平稳放入微滴读取仪中。
11)打开QuantaSoft软件，建议每次实验之前做一次Flush System，若一周以上未使用建议先做一次Prime再做Flush System。然后对96孔板中样品信息进行设置，完成后即可进行检测，结束后结果会被自动分析，人工核实后保存结果。
12)结果判定及描述：阳性对照：20±2个拷贝，阴性对照：＜1个拷贝时，实验结果成立；待检测样品结果≥1个拷贝时为沙门氏菌阳性；待检测样品结果＜1个拷贝时为沙门氏菌阴性。
实施例3特异性验证
用实施例2的方法分别对培养的铜绿假单胞菌(ATCC9027)、变形杆菌(ATCC35659)、大肠杆菌(ATCC43889)、金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、蜡样芽孢杆菌(CMCC(B)63303)、单增细胞增生李斯特菌(ATCC19115/413)、宋内氏志贺氏菌(NICPB51334)、阪崎肠杆菌(ATCC29544)、绿脓杆菌(ATCC9027)的DNA进行提取和检测，并设阳性对照和阴性对照样品，共11份样品，所有样品均经过测序法验证，检测结果见图1。
实验结果显示，阳性对照经数字LAMP扩增后，阈值线以上出现阳性液滴，拷贝数为20±2个拷贝，即有扩增。而铜绿假单胞菌、变形杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、单增细胞增生李斯特菌、宋内氏志贺氏菌、阪崎肠杆菌、绿脓杆菌和阴性对照拷贝数<1，即无扩增(见图1)。由此可见，利用本发明的数字PCR试剂盒检测沙门氏菌显示出良好的特异性。
实施例4灵敏度实验
将沙门氏菌标准菌株(ATCC14028)接种于营养肉汤，过夜培养并测定菌液浓度，以5×102CFU/mL，5×101CFU/mL，1×101CFU/mL，1×100CFU/mL，0.5×100CFU/mL浓度的菌液为模板，按照实施例2的方法，提取不同浓度细菌DNA，同时设置阴性对照，进行数字LAMP反应以确定试剂盒检测方法的灵敏度。检测结果见图2。
实验结果显示，该试剂盒及检测方法检测沙门氏菌的灵敏度可达到1CFU/mL。
实施例5实际样品验证
从超市采集150份样品(75份样品为全脂奶粉，其余75份为生猪肉制品)，利用实施例2中方法对其进行检测；同时利用国标(GB 4789.4-2016)法进行对比验证，以验证数字LAMP方法的实用性。实验结果显示，本发明试剂盒和测序法检测均为阳性的有5例，检测方法均为阴性的有145例，检测结果表3所示：
表3
上表的实验结果可以说明本试剂盒及方法准确性高，特异性强，与测序法有很高的一致性。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
SEQUENCE LISTING
<110> 暨南大学，华南理工大学
<120> 基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的引物及其试剂盒与方法
<130> 2018
<160> 6
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 1
gcgttaccga ttgatatctc a
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 2
cctcggttgc ctatgtattc
<210> 3
<211> 37
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 3
acgcttgttc gcttaacctc aacagacatg ctgctgc
<210> 4
<211> 43
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 4
ctggcagtca gaggcgatgt ataacggttc atatcacctt acc
<210> 5
<211> 17
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 5
gtcttcgtgc tgcgagt
<210> 6
<211> 18
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial sequence)
<400> 6
aggacgtgct aatctgcg

Claims (9)

1.一种基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的引物，包括内引物FIP和BIP，外引物F3和B3，环引物LF和LB，其核苷酸序列分别如下所示：
外引物F3：GCGTTACCGATTGATATCTCA
外引物B3：CCTCGGTTGCCTATGTATTC
内引物FIP：ACGCTTGTTCGCTTAACCTCAACAGACATGCTGCTGC
内引物BIP：CTGGCAGTCAGAGGCGATGTATAACGGTTCATATCACCTTACC
环引物LF：GTCTTCGTGCTGCGAGT
环引物LB：AGGACGTGCTAATCTGCG。
2.如权利要求1所述的基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的引物，其特征在于：扩增反应时，内引物FIP和BIP，环引物LF和LB和外引物F3和B3的摩尔比为8：4：1。
3.一种基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的试剂盒，其特征在于，试剂盒包含权利要求1或2中所述的引物。
4.如权利要求3所述的基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的试剂盒，其特征在于，还包括以下成分的部分或者全部：(1)2×ddLAMP Supermix；(2)无RNA酶的超纯水；(3)阳性对照和阴性对照；(4)细菌总DNA提取试剂。
5.如权利要求4所述的基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的试剂盒，其特征在于：所述2×ddLAMP Supermix包含以下试剂：内引物FIP和BIP各160μmol/L，外引物F3和B3各80μmol/L，环引物LF和LB各160μmol/L，1×TE，50mmol/L Tris-HCl(pH8.8)，250mmol/L KCl，200mmol/L MgSO4，250mmol/L(NH4)2SO4，2.8％Tween-20，7.14mol/L甜菜碱，10mmol/LdNTP，Bst大片断DNA聚合酶160U，20×EvaGreen，RNase Cocktail。
6.如权利要求4所述的基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的试剂盒，其特征在于：阳性对照为沙门氏菌DNA，阴性对照为去离子水。
7.一种基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)细菌DNA的提取
1)取待检样品1g，加入600μL裂解液A研磨后，涡旋混匀20s，室温静置10min；
2)将混合液移至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
3)丢弃收集管中液体，加入500μL洗液B至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
4)丢弃收集管中液体，加入500μL洗液C至吸附柱中，12,000×g离心30～60s；
5)丢弃收集管中液体，12,000×g离心2min以甩干柱子；
6)将吸附柱移入新的1.5mL离心管中，向柱子中央加入洗脱液50μL，室温静置2min，12,000×g离心1min，离心管中液体即为模板DNA；
(2)数字LAMP操作
1)待检样品、阴性对照和阳性对照每个反应管各加入数字LAMP反应液19μL；分别取1μL模板DNA，加入相应的反应管中，配置成20μL数字LAMP反应体系；所述模板DNA包括待检样品、阴性对照和阳性对照；
2)将20μL样品反应液加入到微滴发生卡内，制备微滴；
3)将微滴转入PCR板中，放入PCR仪中进行扩增；
4)将扩增完成的PCR板放入微滴分析仪中，检测微滴中的荧光信号，分析数据，显示检测结果；
5)结果判定及描述：阳性对照：20±2个拷贝，阴性对照：＜1个拷贝时，实验结果成立；待检测样品结果≥1个拷贝时为阳性；待检测样品结果＜1个拷贝时为阴性。
8.如权利要求8所述的基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的方法，其特征在于：所述(2)中数字LAMP反应液19μL含有2×ddLAMP Supermix 10μL和超纯水9μL，加入1μL模板后构成20μL数字LAMP反应体系。
9.如权利要求7所述的基于数字LAMP技术检测沙门氏菌的方法，其特征在于：扩增程序为：63℃反应35min，并在80℃持续2min。
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