CN111647687A - 新型冠状病毒检测引物探针组合及其试剂盒与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供新型冠状病毒检测引物探针组合及其试剂盒与应用,其根据新型冠状病毒基因序列中的保守序列设计特异性引物,配合数字PCR技术,并通过系列试验优化,开发出新型冠状病毒核酸检测试剂盒,该试剂盒无需依赖参考品或标准品就能绝对定量,且具有更高的检测灵敏度、特异性及稳定性,可达到比荧光定量PCR高1‑2个数量级的检测灵敏度,可以更及时地发现病毒感染早期或者无症状期感染者,利于新型冠状病毒肺炎的防控,实现新型冠状病毒肺炎患者的早诊早治。
Description
技术领域
本发明属于病毒检测技术领域,具体涉及一种新型冠状病毒检测引物探针组合及其试剂盒与应用。
背景技术
新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是一种先前未在人类中发现的新型冠状病毒,可导致急性感染性肺炎。感染者初始症状多为发热、乏力和干咳,后续逐渐出现呼吸困难,多数患者预后良好,部分严重病例可出现急性呼吸窘迫综合征或脓毒症休克,甚至死亡。而目前未有针对病原体的有效抗病毒药物,以隔离治疗、对症支持治疗为主。
新型冠状病毒感染肺炎潜伏期一般为1-14日,多为3-7天。由于新型冠状病毒感染肺炎潜伏期较长,且潜伏期期间具有较强传染性,同时部分感染者无症状,为疫情防控带来了极大的困难。目前证据表明,该病毒主要的传播途径为呼吸道飞沫传播和密切接触传播,该病毒具有较强的传染性,人际传播指数(R0)在2-3之间。世界卫生组织3月11日表示,新冠肺炎疫情的爆发已经构成一次全球性大流行,病毒席卷全球,冲击着每个国家的医疗诊断系统,其中对快速识别病毒感染者的诊断测试有着强烈的需求,分子诊断是关键。因此建立新型冠状病毒预警和早期筛查的方法,对新型冠状病毒的防治非常重要,早防护、早发现、早诊断、早隔离是防控新型冠状病毒的有效手段。
目前最常用的病原体快速检测技术主要是两大类,一类是核酸检测技术:核酸是病毒的遗传物质,不同物种核酸序列不同,通过检测其特征序列即可确定病原体;另一类是抗原抗体检测技术,通过抗原抗体特异性识别结合的特性,作为检测的理论基础。抗原抗体的方法检测只需十几分钟,无需特殊仪器,但灵敏度和特异性有限,几乎无法检测潜伏期和感染初期的病人,难以作为新冠肺炎确诊和排除的准确依据,同时抗体检测容易受到血液标本中的一些干扰物质(如类风湿因子、非特异IgM、溶血所致的高浓度血红蛋白等)的存在而出现“假阳性”结果。针对新型冠状病毒的诊断方法主要是通过流行病学史和临床表观综合分析确定疑似病例,然后再通过呼吸道标本或血液标本实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性或者通过呼吸道标本或血液标本病毒基因测序与已知的新型冠状病毒高度同源来确诊。然而基因测序方法相对耗时较长、费用成本较高且需要设备投入成本较高,难以普及;常规实时荧光RT-PCR检测方法耗时较短,费用成本相关较低,但方法对标本质量要求较高,同时灵敏度有待进一步提高,否则易出现假阴性,不利于患者的早诊早治,同时不利于新型冠状病毒肺炎的防控。
数字PCR是第3代PCR技术,通过对样本极度稀释后分配到微反应单元进行理论上的单分子扩增,然后用终点法PCR和泊松分布计算出样本的原始浓度,与传统的荧光定量PCR相比,数字PCR无需依赖参考品或标准品就能绝对定量,且可实现单核酸分子检测,达到比荧光定量PCR高1-2个数量级的更高检测灵敏度,其优势如下:(1)报告结果为目的基因的拷贝数,为临床诊疗提供更精确的核酸量化依据;(2)极大降低了检测灰区,通过直观阅读量化结果,避免了人为失误,保证检测结果的高可靠性与高重复性;(3)通过极度稀释后分配到微反应单元进行反应,可排除复杂样本对实验结果的干扰,避免成分抑制物引起的假阴性结果。
有鉴于此,本发明建立基于数字PCR技术的新型冠状病毒检测方法,期望获取具有更高灵敏度、特异性和准确性的检测试剂,实现新型冠状病毒的早期筛查与诊断。
发明内容
为达到上述目的,本发明提供一种新型冠状病毒检测引物探针组合及其试剂盒与应用。
本发明第一方面提供新型冠状病毒检测引物探针组合,所述引物包括如SEQ IDNO.4所示的上游引物、如SEQ ID NO.5所示的下游引物,所述探针包括如SEQ ID NO.6所示的荧光探针。
在本发明一实施例中,所述的新型冠状病毒检测引物探针组合,还包括检测内参基因GAPDH的PCR引物及探针,所述引物包括如SEQ ID NO.7所示的上游引物、如SEQ IDNO.8所示的下游引物,所述探针包括如SEQ ID NO.9所示的荧光探针。
在本发明一实施例中,所述荧光探针的5’端包含有荧光报告基团,包括FAM、HEX、NED、ROX、TET、JOE、TAMRA、CY3、CY5中的任意一种。
在本发明一实施例中,所述荧光探针的3’端包含有荧光淬灭基团,包括MGB、BHQ-1、BHQ-2、BHQ-3中的任意一种。
在本发明一优选实施例中,所述荧光淬灭基团为MGB。
本发明第二方面提供新型冠状病毒检测试剂盒,所述试剂盒包括如本发明第一方面所述的PCR引物及探针组合,还包括阳性质控品以及阴性质控品。
在本发明一实施中,所述阳性质控品包括白细胞cDNA以及含有新型冠状病毒目的基因片段的质粒。
在本发明一实施中,所述阴性质控品包括白细胞cDNA。
在本发明一实施例中,所述新型冠状病毒检测试剂盒的反应体系终浓度组成包括:0.1-1μM PCR引物、0.1-1μM探针。
在本发明一实施例中,所述新型冠状病毒检测试剂盒的反应体系终浓度组成包括:0.1-0.5μM PCR引物、0.1-0.5μM探针。
在本发明一实施中,所述新型冠状病毒检测试剂盒的反应条件如下:
在本发明一优选实施中,所述的新型冠状病毒基因检测试剂盒其反应条件如下:
本发明第三方面提供新型冠状病毒检测方法,包括以下步骤:
1)分离待测生物样本中目标基因的核酸;
2)采用数字PCR技术检测待测样本核酸。
在本发明一实施例中,所述待测生物样本包括咽拭子、鼻拭子、鼻咽抽取物、深咳痰液、呼吸道抽取物、支气管灌洗液、肺泡灌洗液或肺组织活检标本。
本发明第四方面提供如本发明第一方面所述的新型冠状病毒检测的PCR引物探针组合、如本发明第二方面所述的新型冠状病毒检测试剂盒或如本发明第三方面所述的新型冠状病毒检测方法在制备新型冠状病毒检测试剂盒中的应用。
本发明根据新型冠状病毒基因序列中的保守序列设计特异性引物,配合数字PCR技术,通过对试剂的稳定性、试剂反应体系配比、抗杂质干扰能力等等系列试验优化,开发基于数字PCR技术平台的核酸检测试剂盒,无需依赖参考品或标准品就能绝对定量,且可达到比荧光定量PCR高1-2个数量级的检测灵敏度,具有更高的检测灵敏度、特异性及稳定性,可以更及时地发现病毒感染早期或者无症状期感染者,利于新型冠状病毒肺炎的防控,实现新型冠状病毒肺炎患者的早诊早治。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的引物探针组合筛选的数字PCR扩增结果图;
图2为本发明实施例中提供的引物浓度优化的数字PCR扩增结果图;
图3为本发明实施例中提供的退火温度优化的数字PCR扩增结果图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明,以下实施例所用试剂和材料均为市购。未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或制造厂商所建议条件实施。
实施例1
1、样本的处理及RNA的提取
1)样本种类:上呼吸道标本,如咽拭子、鼻拭子、鼻咽抽取物;下呼吸道标本,如深咳痰液、呼吸道抽取物、支气管灌洗液、肺泡灌洗液、肺组织活检标本。
2)RNA提取:通过使用天根生化科技(北京)有限公司生产的病毒基因组DNA/RNA提取试剂盒提取RNA;
2、新型冠状病毒检测的特异性引物、探针筛选及体系优化
1)特异性引物、探针筛选:根据中国国家疾病控制中心公布的新型冠状病毒的基因序列进行引物和探针的设计,并将设计好的引物和探针送北京睿博兴科生物技术有限公司合成,具体序列见下表:
同时设置针对内参基因GAPDH的特异性引物及探针,具体序列如下:
其中上述探针序列的5’端修饰有荧光基团,选自FAM、HEX、NED、ROX、TET、JOE、TAMRA、CY3、CY5中的任一种,3’端标记有荧光淬灭基团,选自MGB、BHQ-1、BHQ-2、BHQ-3中的任一种,具体根据不同的仪器设备的参数进行选择。
2)PCR扩增进一步筛选引物探针组合(以伯乐QX200微滴式数字PCR为例):
反应体系:2×一步法数字PCR反应预混液10μL,10μM的GAPDH引物及探针各0.1μL,10μM上述引物探针组合中引物各0.5μL,探针各0.2μL,5μL待测样本RNA,补水至20μL。
微滴制备:将上述每个20μL的反应体系中加入已含有70μL微滴发生油的微滴发生卡上并置于微滴发生器上生成微滴,一般2分钟之内完成,将生成的微滴转移至96孔板中,之后用预热好的PX1热封仪对其进行封膜,封好膜后应该在30分钟之内进行PCR反应。
反应条件:
退火温度依据各引物组合的TM值在54-62℃选择。
微滴读取及信号分析:将反应完成的PCR 96孔板放入微滴读取仪中,打开QuantaSoftTM软件,按照样本量及样本布局,建立样本模块信息,设置完成后运行。数据读取完成后,自动调节阈值用以对每个检测通道进行阳性和阴性微滴指定。样本调整划分阈值,检测数据收集和分析显示在QuantaSoftTM软件界面中。
数字PCR扩增,对步骤1)筛选出来的引物探针组合进行筛选,结果如图1所示,在对照样本检测均为阴性且阴阳性样本可区分的情况下,引物探针组合2、引物探针组合3的阳性点数明显多于引物探针组合1,引物探针组合1、引物探针组合3的部分阳性点与阴性点难以区分,而引物探针组合2的阳性点与阴性点可明显区分开,因此筛选引物探针组合2作为检测新型冠状病毒的引物探针组合。
3)引物浓度优化
通过数字PCR扩增优化反应体系中的引物浓度,测试其反应量为0.2μL、0.5μL、0.8μL、1μL,即测试其反应浓度为0.1μM、0.25μM、0.4μM、0.5μM时的效果,结果如图2所示,引物浓度为0.1μM,阳性扩增点数明显不如其它引物浓度,而引物浓度为0.5μM时,部分阳性点未能与阴性点难以区分,因此选择0.25、0.4μM的引物浓度范围进行后续实验。
4)退火温度优化
根据引物TM值,对退火温度进行摸索,测试62.0℃、60.0℃、58.0℃、56.0℃的PCR扩增效果,结果如图3所示,退火温度在62.0℃、60.0℃时阳性点数明显少于退火温度在58.0℃、56.0℃时,且存在部分阳性点未能与阴性点难以区分,因此优选退火温度为58.0℃、56.0℃。
实施例2
1、试剂盒的性能验证
1)特异性试验
采用优化后的数字PCR反应体系对新型冠状病毒阳性样本以及其干扰病例(甲型/乙型流感病毒、肺炎支原体、肺炎衣原体、腺病毒、呼吸道合胞病毒)的患者咽拭子各1例进行检测,并选择正常人的咽拭子做阴性对照,检验所建立方法的特异性。
序号 | 样本 | 拷贝数 |
1 | 新冠阳性样本 | 5751 |
2 | 阴性对照 | - |
3 | 甲型流感病毒 | - |
4 | 乙型流感病毒 | - |
5 | 肺炎支原体 | - |
6 | 肺炎衣原体 | - |
7 | 腺病毒 | - |
8 | 呼吸道合胞病毒 | - |
结果显示,本发明提供的新型冠状病毒基因检测试剂盒能准确检测出存在目标基因的新型冠状病毒样本,而不检出干扰病例以及正常人咽拭子,显示出良好的检测特异性。
2)最低检出限实验
按下表配制梯度模板,同时选择正常人的咽拭子样本作为阴性对照,测试本发明提供的新型冠状病毒基因检测试剂盒的最低检出限:
样本编号 | RNA浓度(copies/μL) | 拷贝数 |
1 | 0 | 0 |
2 | 1 | 35 |
3 | 10 | 442 |
4 | 100 | 1524 |
5 | 1000 | 2582 |
6 | 10000 | 7875 |
结果显示,本发明提供的新型冠状病毒基因检测试剂盒可检测的核酸浓度低至1copies/mL。
3)精密度验证实验
应用荧光PCR方法对同一例阳性样本进行检测,结果20次实验的结果一致,表明本发明提供的检测方法精密度良好。
实施例3
1、临床样本检测:
对30例临床采集的样本进行盲测,包括20例病理诊断为新型冠状病毒咽拭子样本、10例正常人对照咽拭子样本按照实验方法提取RNA,建立的PCR扩增体系和扩增条件进行检测,并设立阴阳性对照。同时以本发明提供的引物探针组合qPCR检测方法为参照1、《新型冠状病毒感染的肺炎实验室检测技术指南》公开的引物探针组合进行qPCR检测作为参照2进行试剂盒检测效果比较。
结果如下表所示
结果表明本发明提供的检测新型冠状病毒数字PCR检测试剂盒,其检测灵敏度为100%,特异性为100%,检测灵敏度优于参照1、参照2方法,具有更高的检测灵敏度、特异性及稳定性,可以更及时地发现病毒感染早期或者无症状期感染者,利于新型冠状病毒肺炎的防控,实现新型冠状病毒肺炎患者的早诊早治。
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例,但如前所述,应当理解发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围,则都应在发明所附权利要求的保护范围内。
序列表
<110> 广州达健生物科技有限公司
安徽达健医学科技有限公司
<120> 新型冠状病毒检测引物探针组合及其试剂盒与应用
<160> 12
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 17
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
tggcaatggc ggtgatg 17
<210> 2
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
agctggttca atctgtcaag ca 22
<210> 3
<211> 16
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
tgctcttgct ttgctg 16
<210> 4
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
cggtgatgct gctcttgct 19
<210> 5
<211> 23
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 5
acattttgct ctcaagctgg ttc 23
<210> 6
<211> 15
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 6
tgctgctgct tgaca 15
<210> 7
<211> 26
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 7
ggacttgttc ttacctttct tttcca 26
<210> 8
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 8
ccattggtcc cagagacatg t 21
<210> 9
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 9
tgttacttgg ttccatgcta 20
<210> 10
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 10
gtggagagaa atttgggagg ttag 24
<210> 11
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 11
caacacaaac acatccaacc taca 24
<210> 12
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 12
atggtttgaa ggtggtaggg 20
Claims (9)
1.一种新型冠状病毒检测引物探针组合,其特征在于,所述引物包括如SEQ ID NO.4所示的上游引物、如SEQ ID NO.5所示的下游引物,所述探针包括如SEQ ID NO.6所示的荧光探针。
2.如权利要求1所述的新型冠状病毒检测引物探针组合,其特征在于,所述的新型冠状病毒检测引物探针组合,还包括检测内参基因GAPDH的PCR引物及探针,所述引物包括如SEQID NO.7所示的上游引物、如SEQ ID NO.8所示的下游引物,所述探针包括如SEQ ID NO.9所示的荧光探针。
3.如权利要求1或权利要求2所述的新型冠状病毒检测引物探针组合,其特征在于,所述荧光探针的5’端包含有荧光报告基团,所述荧光报告基团包括FAM、HEX、NED、ROX、TET、JOE、TAMRA、CY3、CY5中的任意一种。
4.如权利要求1或权利要求2所述的新型冠状病毒检测引物探针组合,其特征在于,所述荧光探针的3’端包含有荧光淬灭基团,所述荧光淬灭基团包括MGB、BHQ-1、BHQ-2、BHQ-3中的任意一种。
5.一种新型冠状病毒检测试剂盒,其特征在于,所述试剂盒包括如权利要求1所述的新型冠状病毒检测引物探针组合,还包括阳性质控品以及阴性质控品。
6.如权利要求5所述的新型冠状病毒检测试剂盒,其特征在于,所述新型冠状病毒检测试剂盒的反应体系终浓度组成包括:0.1-1μM PCR引物、0.1-1μM探针。
8.一种新型冠状病毒检测方法,其特征在于,括以下步骤:
1)分离待测生物样本中目标基因的核酸;
2)采用数字PCR技术检测待测样本核酸。
9.如权利要求1所述的新型冠状病毒检测引物探针组合、如权利要求5所述的新型冠状病毒检测试剂盒或如权利要求8所述的新型冠状病毒检测方法在制备新型冠状病毒检测试剂盒中的应用。
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