CN114369688B - 检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株的组合物、试剂盒、方法及其用途 - Google Patents

检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株的组合物、试剂盒、方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于分子生物学检测领域；具体地，涉及SARS‑CoV‑2的检测；更具体地，涉及检测SARS‑CoV‑2奥密克戎变异株的组合物、试剂盒、方法及其用途。本发明提供了包含所述组合物的试剂盒，所述组合物的用途，以及用于检测SARS‑CoV‑2奥密克戎变异株并分型的方法。通过检测SARS‑CoV‑2奥密克戎变异株的5个不同的特征功能变异位点，对奥密克戎变异株进行分型，从而在单管反应体系中同时实现SARS‑CoV‑2病毒及奥密克戎变异株分型的检测。本发明的组合物成本低，通量高，操作简便，结果读取过程通过熔解峰Tm值即可以判定。检测全过程均在单管封闭条件下进行，避免了假阳性和环境污染。

Description

检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株的组合物、试剂盒、方法及其 用途
技术领域
本发明属于分子生物学检测领域；具体地，涉及SARS-CoV-2的检测；更具体地，涉及SARS-CoV-2奥密克戎（Omicron）变异株的检测以及BA.1、BA.2的分型。
背景技术
新型冠状病毒（2019-nCoV，SARS-CoV-2），在2020年2月11日国际病毒分类委员会将该病毒命名为SARS-CoV-2。冠状病毒是一个大型病毒家族，在此之前已知有6种可以感染到人类，如可引起感冒以及中东呼吸综合征（MERS）和严重急性呼吸综合征（SARS）等，而SARS-CoV-2是以前从未在人体中发现的冠状病毒新毒株，该病毒在分类学上属于冠状病毒科（Coronaviridae）冠状病毒属（Coronavirus）中的β类型冠状病毒，具有囊膜和刺突细胞学特征基因组为线性单股正链的RNA（(+)ssRNA）病毒。
据世界卫生组织官网显示，目前全世界已经发现数百种新冠病毒的变种，迄今为止，最新出现的奥密克戎变异株BA.1、BA.2同时具有前4个“需要关注”的变异株一些重要氨基酸突变位点，包括细胞受体亲和力、病毒复制能力和免疫逃逸能力增强的位点。突变的叠加可能降低部分抗体药物对奥密克戎变异株的保护效力。根据英国和丹麦的研究，BA.2的传染性比最初的Omicron变种BA.1高出约30%，而且更容易引发严重疾病，BA.2需要更密切的关注，而现有技术还未存在检测奥密克戎变异株以及区分BA.1、BA.2的试剂。
因此，本领域需求一种能够准确检测奥密克戎变异株以及区分BA.1、BA.2的试剂，以便针对性采取防疫和治疗措施，使得应对更为效率。同时，检测所需时间短，灵敏度高。
发明内容
有鉴于此，第一方面，本发明提供了一种能够检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株并分型的组合物，所述组合物同时包括：
第一核酸组合物：
如SEQ ID NO:1所示的突变G142D上游引物、如SEQ ID NO:2所示的突变G142D下游引物，和如SEQ ID NO:3所示的突变G142D探针；
第二核酸组合物：
如SEQ ID NO:4所示的突变G339D上游引物、如SEQ ID NO:5所示的突变G339D下游引物，和如SEQ ID NO:6所示的突变G339D探针；
第三核酸组合物：
如SEQ ID NO:7所示的突变L981F上游引物、如SEQ ID NO:8所示的突变L981F下游引物，和如SEQ ID NO:9所示的突变L981F探针；
如SEQ ID NO:10所示的突变S373P上游引物、如SEQ ID NO:11所示的突变S373P下游引物，和如SEQ ID NO:12所示的突变S373P探针；以及第四核酸组合物：
如SEQ ID NO:13所示的突变N969K上游引物、如SEQ ID NO:14所示的突变N969K下游引物，和如SEQ ID NO:15所示的突变N969K探针。
本发明提供的检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株并分型的试剂盒，主要利用多重荧光PCR熔解曲线分析方法，通过检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株上的5个不同的特征功能变异位点，对奥密克戎变异株BA.1、BA.2进行分型，从而在单管反应体系中同时实现SARS-CoV-2病毒及奥密克戎变异株分型的检测。使得不同毒株能够得到区别对待，从而使得治疗和预防更效率。本发明的组合物，结合荧光探针熔解曲线法，其成本低，通量高。并且操作简便，结果读取过程通过熔解峰Tm值即可以判定。检测全过程均在单管封闭条件下进行，避免了由于样本间交叉引起的假阳性和环境污染。
进一步地，在一些实施方案中，本发明的组合物可以同时包括上述引物和探针中的一对或多对。在本发明中，“对”是指检测一个突变的互相匹配的上游、下游引物和探针。
举例来说，可以只包括第一核酸组合物；可以只包括第二核酸组合物；可以只包括第三核酸组合物；可以只包括第四核酸组合物。
举例来说，还可以只包括不同核酸组合物的一些引物和探针对，例如，包括如SEQID NO:1所示的突变G142D上游引物、如SEQ ID NO:2所示的突变G142D下游引物，和如SEQID NO:3所示的突变G142D探针；如SEQ ID NO:7所示的突变L981F上游引物、如SEQ ID NO:8所示的突变L981F下游引物，和如SEQ ID NO:9所示的突变L981F探针；以及如SEQ ID NO:10所示的突变S373P上游引物、如SEQ ID NO:11所示的突变S373P下游引物，和如SEQ ID NO:12所示的突变S373P探针。
进一步地，第一、第二、第三以及第四核酸组合物之间的探针的荧光基团彼此互不相同且互不干扰。
在本文中，“互不相同且互不干扰”是指组合物中每个探针所用的荧光基团是不一样的，并且不会影响彼此的检测，即可以利用不同的通道进行检测。例如可以使用FAM、HEX、ROX和CY5，这些基团吸光值不接近，能选择不同的通道，因而不会互相干扰。
在一个具体的实施方案中，SEQ ID NO:3荧光报告基团为FAM；SEQ ID NO:6的荧光报告基团为HEX；SEQ ID NO:9和12的荧光报告基团为ROX；SEQ ID NO:15的荧光报告基团为CY5。
进一步地，所述组合物包括通用引物。
在一个具体的实施方案中，所述组合物还包括：如SEQ ID NO:16所示的通用上游引物，和如SEQ ID NO:17所示的通用下游引物。
“包括通用引物”指通用引物连接在每个引物片段的5’端，例如，SEQ ID NO:1连接通用引物序列变为：
TCGGCATCAATCGGTCCCTTGTCTCCATTCTTCGCTTGTAATGATCCATTTTTGGATG。
SEQ ID NO:2连接通用引物序列变为：
CCGCTCCAGCTCTGCTCTCATAAACTCTGAACTCACTTTCCA。
通过引入通用引物序列片段，可使不同靶标均使用相同的通用引物对进行扩增并大量富集靶标序列，可降低引物二聚体的发生，并平衡多重特异扩增引物对之间的竞争关系，从而显著提高多重PCR扩增效率。
在一些具体的实施方案中，本发明组合物用于荧光PCR。
在本发明中，荧光报告基团可以选自FAM、HEX、ROX、VIC、CY5、5-TAMRA、TET、CY3和JOE，但不限于此。
在一个具体的实施方案中，第一核酸组合物探针的荧光报告基团为FAM；第二核酸组合物探针的荧光报告基团为HEX；第三核酸组合物探针的荧光报告基团为ROX；以及第四核酸组合物探针的荧光报告基团为CY5。
进一步地，探针的3’末端还具有淬灭基团，例如BHQ1或BHQ2。
在一个具体的实施方案中，探针的3’末端为BHQ1。
进一步地，所述组合物中引物的用量为0.1~0.3μM；所述组合物中探针的用量为0.1~0.3μM。
进一步地，所述组合物中通用上游引物的用量为0.5~0.8μM，通用下游引物的用量为4~8μM。
在一个具体的实施方案中，本发明的组合物的各核酸组合物分别存在于单独包装中。
在一个具体的实施方案中，本发明的组合物的各核酸组合物存在于同一个包装中。
进一步地，本发明的组合物的每一核酸组合物中的各成分以混合的形式存在。
第二方面，本发明提供了上述本发明的组合物在制备检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株并分型的试剂盒中的用途。
第三方面，本发明提供了一种检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株并分型的试剂盒，所述试剂盒包括如上所述本发明的组合物。
进一步地，所述试剂盒还包括阴性质控品和阳性质控品。
在一个具体的实施方案中，阴性质控品是DEPC H2O、生理盐水、内参基因假病毒中的至少一种。阳性质控品是含新型冠状病毒S靶基因、新型冠状病毒N靶基因、新型冠状病毒各突变位点及内参基因目的片段质粒、片段RNA、假病毒中的至少一种。
进一步地，所述试剂盒还包括dNTP、PCR缓冲液以及Mg2+中的至少一种。
更进一步地，所述试剂盒还包括：核酸释放剂、核酸提取试剂、逆转录酶、尿嘧啶糖基化酶以及DNA聚合酶中的至少一种。
更进一步地，所述试剂盒还包括核酸释放试剂、核酸提取试剂、dNTP、逆转录酶、尿嘧啶糖基化酶、DNA聚合酶、PCR缓冲液以及Mg2+中的至少一种。
进一步地，所述逆转录酶的浓度为5U/反应~15U/反应，例如逆转录酶可以是鼠白血病逆转录酶（MMLV）或者Tth酶；所述DNA聚合酶的浓度为3U/反应~15U/反应，例如DNA聚合酶可以是Taq酶。
在一个具体的实施方案中，本发明试剂盒包括：反/逆转录酶、Taq酶、尿嘧啶糖基化酶、Mg2+、Mn2+、Rnasin、dNTP、引物、探针和PCR缓冲液。
常见的PCR缓冲液由Tris-HCl、MgCl2、KCl、Triton X-100等缓冲体系构成。一般单个PCR反应管中总体积为20-100µL。
在一个具体的实施方案中，本发明试剂盒可以兼容数字PCR扩增体系，即可以直接用于数字PCR仪上进行扩增。
第四方面，提供了一种用于检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株并分型的方法，所述方法包括以下步骤：
1）提取或释放待测样本的核酸；
2）使用如上所述本发明的组合物或上述本发明的试剂盒对步骤1）获得的核酸进行荧光定量PCR及熔解曲线分析；
3）获得并分析结果。
在本发明中，用于检测的样本可以是咽拭子、口咽拭子、鼻咽拭子、痰液、肺泡灌洗液、血液等，但不限于此。
进一步地，所述荧光定量PCR的反应条件为：
逆转录，温度为50℃~60℃，时间5~30分钟，1次循环；cDNA预变性，温度为95℃，时间1~10分钟，1次循环；变性，温度为95℃，时间为5~20秒，退火，温度为55~60℃，时间为20~60秒，40~50次循环，采集荧光，温度为95℃，时间0~1分钟，35℃~90℃，熔解曲线分析。
在一个具体的实施方案中，提供了一种用于以非诊断目的检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株并分型的方法，所述方法包括以下步骤：
1）提取或释放待测样本的核酸；
2）使用如上述本发明的组合物或上述本发明的试剂盒对步骤1）获得的核酸进行荧光定量PCR及熔解曲线分析；
3）获得并分析结果。
进一步地，所述荧光定量PCR的反应条件为：
逆转录，温度为50℃~60℃，时间5~30分钟，1次循环；cDNA预变性，温度为95℃，时间1~10分钟，1次循环；变性，温度为95℃，时间为5~20秒，退火，温度为55~60℃，时间为20~60秒，40~50次循环，采集荧光，温度为95℃，时间0~1分钟，35℃~90℃，熔解曲线分析。
在本文中，术语“非诊断目的”指并非旨在获得个体是否感染SARS-CoV-2奥密克戎变异株并罹患肺炎的信息。例如，该方法可以在以科研为目的的实验中的检测培养物中检测是否有SARS-CoV-2奥密克戎变异株并分型。
附图说明
图1为本发明组合物检测奥密克戎变异株BA.1的检测结果；
图2为本发明组合物检测奥密克戎变异株BA.2的检测结果；
图3为本发明组合物检测奥密克戎变异株BA.1的灵敏度检测结果（100拷贝/mL）；
图4为本发明组合物检测奥密克戎变异株BA.2的灵敏度检测结果（100拷贝/mL）；
图5为本发明组合物特异性检测（人类冠状病毒HKU1/人类冠状病毒OC43）；
图6为本发明组合物特异性检测（人类冠状病毒NL63/人类冠状病毒229E）；
图7为本发明组合物特异性检测（SARS冠状病毒/MERS冠状病毒）；
图8为本发明组合物特异性检测（甲型流感病毒/乙型流感病毒）；
图9为本发明组合物新冠变异株特异性检测（阴性样本及其他变异株样本）；
图10为本发明对比例1组合物检测结果；
图11为本发明对比例2组合物检测结果；
图12为本发明对比例3组合物检测结果。
具体实施方式
在本发明中，表述“第一”、“第二”、“第三”，和“第四”等仅用于描述目的，用以区分所限定的物质，而不以任何方式限定次序或主次。
下文将结合具体实施方案和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方案和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
实施例1、本发明所使用的引物及探针
表1
Figure 623760DEST_PATH_IMAGE001
其中，SEQ ID NO:3荧光报告基团为FAM；SEQ ID NO:6的荧光报告基团为HEX；SEQID NO:9和12的荧光报告基团为ROX；SEQ ID NO:15的荧光报告基团为CY5，探针的3’末端还具有BHQ1淬灭基团。
实施例2、检测SARS-CoV-2的方法
标本类型：口咽拭子、鼻咽拭子。
核酸提取：
采用商品化RNA提取试剂盒，如基于硅胶膜离心柱法的核酸提取试剂或基于磁珠法核酸提取的试剂，并按试剂盒说明书进行操作，最后收集到80μL RNA溶液，直接进行检测。
或保存于-80℃。阴性质控品、阳性质控品均需进行提取。
体系配置：
根据检测所需总反应数N，每管PCR加入18.5 μl RT-PCR扩增液（MgCl26mM、dNTP0.8mM，以及上游引物/下游引物浓度均为0.2μM，探针浓度为0.25μM，通用上游引物6μM，通用下游引物6μM）及1.5 μl的酶混合液（热启动Taq酶、逆转录酶、尿嘧啶糖基化酶（UNG））。计算所需的总量，混匀后再分装到特制的PCR反应管中。加样：
向已分装有试剂的PCR反应管中分别加入阴性质控品，样本RNA溶液，阳性质控品，加样量均为10μL，盖紧管盖，混匀，离心收集溶液置管底。
上机扩增检测：
RT-PCR扩增程序及熔解曲线分析程序的设定如下表2所示：
表2
Figure 234870DEST_PATH_IMAGE002
结果分析：
在满足扩增有效的前提下，判定依据如表3所示：
表3
Figure 664190DEST_PATH_IMAGE003
举例来说，S373P和L981F等通过等位基因特异性引物扩增与其他变异位点进行区分，不同突变位点的扩增引物序列不一样，且检测探针的熔解温度Tm值也不同，通过不同的通道和Tm值即能够区别不同类型的突变。
实施例3、本发明组合物测试样本的检测结果
将实施例1所示的引物和探针，按照实施例2的方法对奥密克戎的假病毒进行检测，实验结果如图1和2所示。结果表明，各通道均能正常进行检测，该多重PCR体系能够检测对应靶标的情况，并对新冠奥密克戎变异株进行分型，以鉴定奥密克戎变异株。
实施例4、本发明组合物的灵敏度
将Omicron BA.1、BA.2新冠变异株假病毒分别用阴性样本稀释浓度至100拷贝/mL，以验证本试剂及检测方法的灵敏度。检测结果如图3~4所示，Omicron新冠变异株的5个特征变异位点在100拷贝/mL的假病毒模拟样本均能准确检出，且BA.1、BA.2分型正确，表明该检测方法具较高的灵敏度。
实施例5、本发明组合物的特异性
将地方性人类冠状病毒（HKU1，OC43，NL63和229E）、SARS冠状病毒、MERS冠状病毒、甲型流感病毒、乙型流感病毒的假病毒稀释至1×106拷贝/mL作为特异性检测样本用本发明实施例1所述组合物进行检测，实验结果发现均未出现特异性扩增，部分检测结果如图5~8所示。
检测结果表明，地方性人类冠状病毒（HKU1、OC43、NL63和229E）、SARS冠状病毒、MERS冠状病毒、甲型流感病毒、乙型流感病毒，共8种病原体，检测结果均为阴性，表明本发明组合物的特异性好。
实施例6、本发明组合物的新冠变异株特异性
为验证Omicron BA.1、BA.2分型检测试剂盒与新冠病毒其他变异株的鉴别诊断的准确性和有效性，将阴性样本及新冠其他变异株Alpha、Beta、Gamma、Delta、Lambda、Mu、Kappa、Eta、Ito的假病毒样本进行验证，Omicron BA.1、BA.2分型检测试剂盒，结果显示BA.1、BA.2分型正确，且与其他变异株无交叉反应，说明试剂盒能准确的将Omicron BA.1、BA.2变异株与其他变异株进行鉴别诊断，检测如图9所示。
对比例1、本发明设计的其余的效果不好的引物和探针
由于碱基互补配对原则，引物和（或）探针之间会形成二聚体，但这种概率很少，在设计之初就可以排除掉。但多种病原体联合检测时，引物和探针众多，引物和引物、探针和探针或者引物和探针之间容易发生二聚体，要保证设计的保守性（保守性对检测的准确性至关重要），又要考虑不同引物探针之间的相互干扰，需要精心对引物探针进行设计。
因此，发明人还设计了其余一些引物和探针（序列未示出）组成了不同的检测体系1、2和3，同样用于检测奥密克戎变异株。具体检测结果如图10~12所示，从图中可以看出检测只出现部分靶标的峰，且峰型差，而其他靶标甚至无特征峰，因此，整体检测效果差。
序列表
<110> 深圳联合医学科技有限公司
<120> 检测SARS-CoV-2奥密克戎变异株的组合物、试剂盒、方法及其用途
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<213> 人工序列()
<400> 14
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<211> 17
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<210> 17
<211> 19
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 17
ccgctccagc tctgctctc 19

Claims (9)

1.一种用于多重荧光PCR熔解曲线分析检测并区分SARS-CoV-2奥密克戎变异株BA.1和BA.2的组合物，所述组合物同时包括第一、第二、第三以及第四核酸组合物：
所述第一核酸组合物由
如SEQ ID NO:1所示的上游引物、如SEQ ID NO:2所示的下游引物和如SEQ ID NO:3所示的探针组成，用于检测突变G142D；
所述第二核酸组合物由
如SEQ ID NO:4所示的上游引物、如SEQ ID NO:5所示的下游引物和如SEQ ID NO:6所示的探针组成，用于检测突变G339D；
所述第三核酸组合物由
用于检测突变L981F的如SEQ ID NO:7所示的上游引物、如SEQ ID NO:8所示的下游引物、如SEQ ID NO:9所示的探针和
用于检测突变S373P的如SEQ ID NO:10所示的上游引物、如SEQ ID NO:11所示的下游引物、如SEQ ID NO:12所示的探针组成；所述第四核酸组合物由
如SEQ ID NO:13所示的上游引物、如SEQ ID NO:14所示的下游引物和如SEQ ID NO:15所示的探针组成，用于检测突变N969K；
其中，所述第一、第二、第三以及第四核酸组合物之间的探针的荧光基团彼此互不相同且互不干扰。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，如SEQ ID NO:3所示的探针的荧光报告基团为FAM；如SEQ ID NO:6所示的探针的荧光报告基团为HEX；如SEQ ID NO:9和12所示的探针的荧光报告基团为ROX；如SEQ ID NO:15所示的探针的荧光报告基团为CY5。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物包括通用上游引物以及通用下游引物，其中，所述通用上游引物连接在上游引物的5’末端；所述通用下游引物连接在下游引物的5’末端。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述组合物还包括：如SEQ ID NO:16所示的通用上游引物和如SEQ ID NO:17所示的通用下游引物。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的组合物，其中，所述组合物的各组核酸组合物存在于同一个包装中。
6.权利要求1~5中任一项所述的组合物在制备用于多重荧光PCR熔解曲线分析检测并区分SARS-CoV-2奥密克戎变异株BA.1和BA.2的试剂盒中的用途。
7.一种用于多重荧光PCR熔解曲线分析检测并区分SARS-CoV-2奥密克戎变异株BA.1和BA.2的试剂盒，所述试剂盒包括权利要求1~5中任一项所述的组合物。
8.根据权利要求7所述的试剂盒，其中，所述试剂盒还包括核酸释放试剂、核酸提取试剂、dNTP、逆转录酶、尿嘧啶糖基化酶、DNA聚合酶、PCR缓冲液以及Mg2+中的至少一种。
9.一种用于以非诊断目的检测并区分SARS-CoV-2奥密克戎变异株BA.1和BA.2的方法，所述方法包括以下步骤：
1）提取或释放待测样本的核酸；
2）使用如权利要求1~5中任一项所述的组合物或如权利要求7~8中任一项所述的试剂盒对步骤1）获得的核酸进行荧光定量PCR及熔解曲线分析；
3）根据突变位点G142、G339D、L981F、S373P以及N969K存在与否来区分奥密克戎变异株BA.1和BA.2，根据不同的通道和Tm值区分不同类型的突变。
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