RU2175015C1 - Способ определения точечных нуклеотидных замен в днк микобактерий, способ диагностики устойчивости микобактерий к рифампицину, биочип для осуществления этих способов - Google Patents

Способ определения точечных нуклеотидных замен в днк микобактерий, способ диагностики устойчивости микобактерий к рифампицину, биочип для осуществления этих способов Download PDF

Info

Publication number
RU2175015C1
RU2175015C1 RU2000105227/13A RU2000105227A RU2175015C1 RU 2175015 C1 RU2175015 C1 RU 2175015C1 RU 2000105227/13 A RU2000105227/13 A RU 2000105227/13A RU 2000105227 A RU2000105227 A RU 2000105227A RU 2175015 C1 RU2175015 C1 RU 2175015C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biochip
hybridization
rifampicin
dna
oligonucleotides
Prior art date
Application number
RU2000105227/13A
Other languages
English (en)
Inventor
А.Д. Мирзабеков
В.М. Михайлович
А.Ю. Соболев
дунов Д.А. Гр
Д.А. Грядунов
С.А. Лапа
Original Assignee
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН filed Critical Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
Priority to RU2000105227/13A priority Critical patent/RU2175015C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2175015C1 publication Critical patent/RU2175015C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к молекулярной биологии, микробиологии и медицине. Проводят амплификацию фрагмента rроВ гена с получением одноцепочечного флюоресцентно меченного продукта методом ПЦР. Готовят биочип для определения рифампицин-устойчивых микобактерий. Проводят гибридизацию амплифицированного меченного продукта на биочип. Регистрируют результаты гибридизации и интерпретируют их путем сравнения интенсивности флюоресценции сигналов, полученных при совершенной и несовершенной гибридизации. Биочип представляет собой микроматрицу с ячейками, в которых иммобилизован набор олигонуклеотидов. Последовательности последних приведены в описании. Верхний ряд биочипа содержит олигонуклеотиды, комплементарные последовательности ДНК дикого типа. Соответствующий столбец под каждой ячейкой содержит олигонуклеотиды, комплементарные последовательностям ДНК мутантных типов, ответственных за замену одной аминокислоты. Диагностику устойчивости микобактерий туберкулеза к рифампицину проводят путем определения точечных нуклеотидных замен в ДНК возбудителя. Изобретение позволяет проводить анализ непосредственно из клинического образца, определять несколько присутствующих мутаций одновременно, снижать себестоимость анализа и сокращать время его проведения. 3 с. и 8 з. п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к молекулярной биологии, микробиологии и медицине и рассматривает способ определения чувствительности микобактерий туберкулеза к рифампицину непосредственно в клиническом образце с использованием дифференцирующего биочипа. Изобретение также включает способы создания дифференцирующего олигонуклеотидного биочипа, методику подготовки клинического образца к процедуре гибридизации, регистрации и интерпретации результатов.
Предшествующий уровень техники
Для обнаружения точечных мутаций применяются следующие методы:
I. Экстенция цепи меченым дидезоксирибонуклеозидтрифосфатом (SNP-single nucleotide polymorphism);
Dubiley S. , Kirillov E. and A. Mirzabekov. 1999. Polymorphism analysis and gene detection by minisequencing on an array of gel-immobilized primers. Nucleic Acids Research, Vol.27, No.l8 (el9)
Marth GT, Korf I, Yandell MD et al. 1999. A general approach to single-nucleotide polymorphism discovery. Nat Genet., Dec; 23 (4):452-456.
II. Аллель-специфичная ПЦР (Allele specific PCR);
De los Monteras L.E.E., J.C.Galan, M.Gutierrez, S.Samper, J.F.G.Marin, C.Martin, L.Doninguez, L. de Rafael, F.Baquero, E.Gomez-Mampaso, and J.Blazquez. 1998. Allele-Specific PCR Method Based on pncA and oxyR Sequences for Distinguishing Mycobacterium bovis from Mycobacterium tuberculosis: Intraspecific M. bovis pncA Sequence Polymorphism. J. Clin. Microbiol. 36:, 239-242.
III. Изучение полиморфизма фрагментов после рестрикции (RFLP-restriction fragment length polymorphism);
PCR-RFLP Detection of point Mutations in the Catalase-Peroxidase Gene (katG) of Mycobacterium tuberculosis Associated with Isoniazid Resistance. In: PCR Protocols for Emerging Infectious Diseases (D.H.Persing, Ed.) (1996) ASM Press, Washington, pp. 144-149.
IV. Анализ конформационного полиморфизма одно- и двуцепочечной ДНК (SSCP и DSCP- single- (double)-strand conformation polymorphism);
Delgado M.B. and A.Telenti. Detection of Fluoroquinolone Resistance Mutations in Mycobacterium tuberculosis. In: PCR Protocols for Emerging Infectious Diseases (D. H. Persing, Ed. ) (1996) ASM Press, Washington, pp. 138-143.
Pretorius G.S., P.D. van Helden, F.Sirgel, K.D.Eisenach and T.C.Victor. 1995. Mutations in katG Gene Sequences in Isoniazid-Resistant Clinical Isolates of Mycobacterium tuberculosis Are Rare. Antimicrob. Agents Chemother., 39, 10, 2276-2281.
V. Гибридизация на микроматрицах (Hybridization on microarray);
Gingeras T.R., G.Ghandour, E.Wang, А.Веrnо, P.M.Small, F.Drobniewski, D. Alland, E.Desmond, M.Holodniy, and J.Drenkow. 1998. Simultaneous Genotyping and Species Identification Using Hybridization Pattern Recognition Analysis of Generic Mycobacterium DNA Arrays. Genome Res., 8: 435-448.
Troesch A. , H.Nguyen, C.G.Miyada, S.Desvarenne, T.R.Gingeras, P.M.Kaplan., P.Cross, and C.Mabilat. 1999. Mycobacterium Species Identification and Rifampicin Resistance Testing with High-Density DNA Probe Arrays. J. Clin. Microbiol., 37:,49-55.
VI. Секвенирование (sequencing); Kapur, V., L.-L. Li, S. lordanescu, M. R. Hamrick, A. Wanger, B. N. Kre-iswirth, and J. M. Musser. 1994. Characterization by automated DNA sequencing of mutations in the gene (rpoB) encoding the RNA polymerase b subunit in rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains from New York City and Texas. J. Clin. Microbiol. 32:1095-1098.
Rys P. N. and T.A.Felmlee. Detection of Rifampicin Resistance Mutations in Mycobacterium tuberculosis by Dideoxy Fingerprinting. In: PCR Protocols for Emerging Infectious Diseases (D.H.Persing, Ed.) (1996) ASM Press, Washington, pp. 112-121.
VII. Дидезоксифингерпринтинг (ddE-method);
Rys P. N. and T.A.Felmlee. Detection of Rifampicin Resistance Mutations in Mycobacterium tuberculosis by Dideoxy Fingerprinting. In: PCR Protocols for Emerging Infectious Diseases (D.H.Persing, Ed.) (1996) ASM Press, Washington, pp. 112-121.
VIII. ПЦР-гетеродуплексный анализ (PCR-heteroduplex analysis);
Williams D. L. , C.W.Limbers, L.Spring, S.Jayachandra, and T.P.Gillis. PCR-Heteroduplex Detection of Rifampicin-Resistant Mycobacterium tuberculosis. In: PCR Protocols for Emerging Infectious Diseases (D.H.Persing, Ed.) (1996) ASM Press, Washington, pp. 122-129.
IX. Метод несовершенного дуплекса с РНК (RNA mismatch analysis);
Dracopoli, N.C. Ed. "Detection of Mutations by RNase Cleavage". Current Protocols in Human Genetics. 1998. John Wiley & Sons, Inc.
Marth GT, Korf I, Yandell MD et al. 1999. A general approach to single-nucleotide polymorphism discovery. Nat Genet., Dec;23 (4):452-456.
X. Метод структурно-специфичного расщепления (Structure-specific endonuclease cleavage);
Brow M.A.D., M.C.Oldenburg, V.Lyamichev, L.M.Heisler, N.Lyamicheva, J.G. Hall, N.J.Eagan, D.M.Olive, L.M.Smith, L.Fors, and J.E.Dahlberg. 1996. Differentiation of Bacterial 16S rRNA Genes and Intergenic Regions and Mycobacterium tuberculosis katG Genes by Structure-Specific Endonuclease Cleavage. J. Clin. Microbiol., 34: 3129-3137.
XI. Метод зондов (Line Probe assay (LiPA));
Cooksey, R. C. , G. P. Morlock, S. Glickman, and J. T. Crawford. 1997. Evaluation of a line probe assay kit for characterization of rpoB mutations in rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis isolates from New York City. J. Clin. Microbiol. 35:1281-1283.
De Beenhouwer, H., Z. Lhiang, W. Jannes, L. Nfijs, L. Machtelinckx, R. Rossau, H. Traore, and F. Portaels. 1995. Rapid detection of rifampin resistance in sputum and biopsy specimens from tuberculosis patients by PCR and line probe assay. Tubercle Lung Dis. 76:425-430.
XII. Метод с применением фагов (PhaB assay).
Wilson, S. M. , Z. Al-Suwaidi, R. McNerney, J. Porter, and F. Drobniewski. 1997. Evaluation of a new rapid bacteriophage-based method for the drug susceptibility testing of Mycobacterium tuberculosis. Nat. Med. 3: 465-468.
Методы экстенции цепи и аллель-специфичная ПЦР (I, II) требуют постановки независимых реакций по числу изучаемых мутаций (т.е. более 30 пробирок в случае гена rpoB) и, соответственно, большого количества изучаемого образца;
Методы изучения полиморфизма (III, IV), ПЦР-гетеродуплексный анализ (VIII) и метод несовершенного дуплекса с РНК (IX) трудоемки, занимают большое количество времени, дают косвенное заключение о типе мутации и требуют типовых стандартов (на каждую мутацию); кроме того, для метода несовершенного дуплекса предъявляются повышенные требования к отсутствию РНК-азы и он трудоемкий и неприемлем для детекции дуплекса G-U [12, 18];
Гибридизация на микроматрицах (V) требует сложного компьютерного обсчета полученных результатов и дорогостоящих расходных материалов (собственно микроматрица);
Прямое секвенирование (VI) требует выделения чистой культуры, отличается высокой себестоимостью и требует секвенирующее устройство;
Методы структурно-специфического расщепления (X) и дидезоксифингерпринтинг (VII) требуют предварительной стандартизации (подбора условий), что увеличивает трудоемкость, а также наличия типовых стандартов. Кроме того, дидезоксифингерпринтинг выполняется с радиоактивной меткой.
Метод зондов (XI) отличается высокой себестоимостью и работает на ограниченное количество мутаций [18].
Метод с применением фагов (XII) занимает большое количество времени, т. к. связан с репликацией фагов и последующей регистрацией лизирования на культуре M.smegmatis, и трудоемок.
Данные недостатки устраняются в настоящем изобретении.
Преимущества метода гибридизации на биочипах
Метод гибридизации на биочипах выгодно отличается от вышеперечисленных методик возможностью проведения анализа непосредственно из клинического образца (в случае легочной формы туберкулеза), возможностью определения нескольких присутствующих мутаций одновременно, низкой себестоимостью, малым временем получения результата и не требует дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала. Кроме того, данные, полученные с помощью метода гибридизации, могут быть использованы для целей эпидемиологического генотипирования.
Сущность изобретения
Разработан способ ускоренного определения нуклеотидных замен в ДНК микобактерий туберкулеза, приводящих к устойчивости возбудителя к рифампицину. Способ основан на амплификации фрагмента rpoB гена методом двустадийной ПЦР с получением одноцепочечного флюоресцентно меченного продукта и гибридизации амплифицированного меченного продукта на биочипе с последующей регистрацией и интерпретацией результатов гибридизации. Способ предусматривает использование на стадии ассиметричной ПЦР специфической некомплементарной между собой пары праймеров, один из которых является флюоресцентно меченным. Применение указанной пары праймеров позволяет амплифицировать одноцепочечный флюоресцентно меченный фрагмент небольшого размера, который способен проникать в поры геля и вступать в гибридизационное взаимодействие. Размер амплифицированного одноцепочечного флюоресцентно меченного фрагмента при использовании предложенной пары праймеров составляет около 127 п.о. Амплификацию фрагмента гена rpoB проводят, используя непосредственно материал клинического образца, который может включать мокроту, экссудат, смыв или бронхо-альвеолярный лаваж. Стадию гибридизации проводят с использованием биочипа, содержащего набор дифференцирующих олигонуклеотидов, который с высокой специфичностью позволяет детектировать точечные мутации в участке rpoB гена. Порядок расположения олигонуклеотидов обеспечивает возможность визуально оценить наличие мутации и ее точную локализацию. Разработанные условия гибридизации и отмывки обеспечивают высокую степень дифференциации между совершенными и несовершенными гибридизационными дуплексами и позволяют осуществлять процедуру в условиях ординарной диагностической лаборатории. Регистрацию результатов гибридизации можно проводить как визуально, так и с помощью фотографирующего устройства. Интерпретацию зарегистрированных результатов выполняют путем сравнения интенсивности флюоресценции сигналов, полученных при совершенной и несовершенной гибридизации. Способ может быть применен для эпидемиологического генотипирования.
На основе способа определения нуклеотидных замен в ДНК предложен способ диагностики устойчивости микобактерий туберкулеза к рифампицину.
Для осуществления двух указанных способов разработан специальный дифференцирующий биочип, позволяющий определять нуклеотидные замены в ДНК микобактерий туберкулеза, приводящие к устойчивости возбудителя к рифампицину. Биочип представляет собой микроматрицу с ячейками, в которых в соответствии с табл. 1 и 2 иммобилизован набор олигонуклеотидов, позволяющий с высокой специфичностью детектировать точечные мутации в участке rpoB гена. Олигонуклеотиды иммобилизованы таким образом, что верхний ряд биочипа включает олигонуклеотиды, комплементарные последовательности ДНК дикого типа, а соответствующий столбец под каждой ячейкой включает олигонуклеотиды, комплементарные последовательностям ДНК мутантных типов, ответственных за замену одной аминокислоты. Схема иммобилизации олигонуклеотидов позволяет визуально оценить наличие и локализацию мутации.
Перечень фигур
Фиг. 1. Расположение олигонуклеотидов на дифференцирующем биочипе. Цифра, заключенная в квадрат гелевой ячейки, соответствует номеру олигонуклеотида в табл. 2.
Фиг. 2. Схема расположения олигонуклеотидов, детектирующих аминокислотные замены, на биочипе. В верхнем ряду расположены аминокислоты, соответствующие " дикому" (не имеющему мутаций) типу ДНК.
Фиг. 3. Схема расположения олигонуклеотидов, детектирующих точечные нуклеотидные замены, на биочипе, приводящие к замене аминокислотного остатка. Порядковый номер соответствует первому нуклеотиду из триплета. Del-делеция 6 нуклеотидов в позициях 1294-1299.
Фиг. 4. Гибридизационная картина образца ДНК, выделенного из чувствительного к рифампицину штамма микобактерий туберкулеза, зарегистрированная на флюоресцентном микроскопе.
Фиг. 5. Гибридизационная картина образца ДНК, выделенного из резистентого к рифампицину штамма микобактерий туберкулеза, зарегистрированная на флюоресцентном микроскопе.
Фиг. 6. Гибридизационная картина образца ДНК, выделенного из резистентого к рифампицину штамма микобактерий туберкулеза, зарегистрированная на флюоресцентном микроскопе.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения - создание ускоренного метода обнаружения точечных нуклеотидных замен в ДНК микобактерий туберкулеза, приводящих к возникновению резистентности возбудителя к рифампицину на биочипах.
В заявленном методе предложено использование: получения одноцепочечного флюоресцентно меченного фрагмента rpoB гена, мутации в котором приводят к возникновению устойчивости микобактерий туберкулеза к рифампицину, непосредственно из клинического образца (мокроты - в случае легочной формы туберкулеза); гибридизации полученного фрагмента на олигонуклеотидный биочип; регистрации на фотографирующем устройстве.
Принципиальная схема обнаружения рифампицин-устойчивых штаммов микобактерий туберкулеза на биочипе
Клинический образец (в случае легочной формы - мокрота) разжижают с помощью щелочи и N-ацетил-L-цистеин, подвергают кипячению с детергентом для обеспечения доступа к ДНК и деконтаминации (обеззараживания) образца. Специфический фрагмент гена rpoB накапливают с помощью ПЦР, затем получают одноцепочечный и меченый (пригодный для гибридизации) продукт асимметритричной ПЦР, используя флюоресцентно меченный праймер.
Полученный продукт гибридизуют на дифференцирующий биочип, содержащий олигонуклеотиды, комплементарные последовательностям гена как имеющим мутации, так и не имеющим таковых (дикий тип).
Изучаемые фрагменты ДНК образуют совершенные гибридизационные дуплексы с соответствующими олигонуклеотидами. Со всеми остальными олигонуклеотидами изучаемые фрагменты ДНК дают несовершенный дуплекс. Дифференциацию совершенных и несовершенных дуплексов проводят, сравнивая интенсивности флюоресценции этих дуплексов. Интенсивность сигнала совершенного дуплекса выше, чем у несовершенного. (Сравнивая вышеуказанные значения интенсивностей сигналов, определяют какой дуплекс сформировался: совершенный или несовершенный). Используя схему расположения олигонуклеотидов на биочипе, определяют мутации, присущие изучаемой последовательности ДНК, и делают заключение об устойчивости (или чувствительности) изучаемого объекта к рифампицину.
Осуществление способа изобретения
Обработка клинического образца
Клинический образец (мокрота, экссудат, смыв, бронхо-альвеолярный лаваж) смешивали в соотношении 1:1 по объему со свежеприготовленным 0,5% раствором N-ацетил-L-цистеина (NALC) в 2% NaOH. Образец тщательно перемешивали на вортексе и выдерживали при комнатной температуре в течение 40 мин. К образцу добавляли фосфатный буфер pH 6,8 в соотношении 1:5 по объему и центрифугировали в течение 30 мин при 3000 об/мин. При использовании спинномозговой жидкости ее центрифугировали в центрифуге Эппендорф течение 10 мин при 10000 об/мин. При анализе крови выделяли лимфоцитарную фракцию по общепринятой методике с использованием фиколла. Дальнейшая обработка образцов проводилась одинаково.
Осадок клеток суспендировали в 1,5 мл ТЕ буфера, pH 8,0, и осаждали при 3000 об/мин в течение 30 мин. Отмывку повторяли еще раз.
К полученному осадку добавляли 30-70 мкл ТЕ буфера, pH 8,0, содержавшего 1% (об/об) Тритон Х-100, и выдерживали в сухом термостате при 95oC в течение 15 мин.
Образец центрифугировали при 10000 об/мин в течение 10 мин в центрифуге Эппендорф, и надосадочную жидкость (3 мкл) использовали для проведения ПЦР.
Амплификация фрагмента rpoB гена и получение одноцепочечного меченого продукта методом ПЦР.
В 50 мкл ПЦР-смеси вносят 3 мкл образца, полученного в п.5.
Состав ПЦР-смеси
IX ПЦР-буфер: 50мМ KCl, 10мМ Tris-HCl (pH 9.0 at 25oС), 0.1% Triton® X-100 (Promega);
1.5 мМ MgCl2(Promega)
200 мкМ каждого dNTP (Sigma)
5 пмоль каждого праймера (rpo105 и rpo273)
1.5 ед. термостабильной Taq DNA Polymerase (Promega)
Праймеры:
Праймеры rpo105 (5'-cgt gga ggc gat cac ace gca gac gtt g) и rpo273 (5'-gac etc cag ccc ggc acg etc acg t), фланкируют фрагмент гена rpoB размером 193 п.о. (позиции 1224 - 1416, Ac. N L27989), они синтезированы с использованием стандартной фосфоамидитной процедуры и очищены методом обращенно-фазовой ВЭЖХ.
1. Амплификацию проводят на программируемом термостате MiniCycler (MJ Research, USA) со следующим режимом: 95oC - 30 с, 68oC - 40 с, 72oC - 20 с; 33 циклов (в первом цикле время денатурации увеличивали до 5 мин, в последнем время элонгации - до 5 мин).
2. 1 мкл (~ 100 нг) амплифицированного препарата двуцепочечной ДНК переносят в 100 мкл ПЦР-смеси для получения одноцепочечного меченого фрагмента гена rpoB.
Состав ПЦР-смеси
IX ПЦР-буфер: 50мМ KCl, 10мМ Tris-HCI (pH 9.0 at 25oC), 0.1% Triton® X-100 (Promega);
1.5 мМ MgCl2 (Promega)
200 мкМ каждого dNTP (Sigma)
10 пмоль праймера 1272f
1 пмоль праймера 1378r
1.5 ед. термостабильной Taq DNA Polymerase (Promega)
Праймеры:
Праймер 1272f (5'- cgc cgc gat caa gga gtt ct) содержал на 5'-конце C6 aminomodifier (Glen Research Corp., VA), к аминогруппе которого был присоединен Texas Red® -sulfonyl chloride (Molecular Probes Inc., Eugene, OR) по протоколу, рекомендуемому фирмой-изготовителем.
Праймер 1378r (5'- tca cgt gac aga ccg ccg gg) синтезирован с использованием стандартной фосфоамидитной процедуры. Оба праймера очищены методом обращенно-фазовой ВЭЖХ.
Праймеры фланкируют фрагмент гена rpoB размером 127 п.о. (позиции 1272 - 1398 Ac. N L27989)
3. Амплификацию проводят как описано п.6, за исключением: вместо 30 циклов проводят 36; температура отжига вместо 68 - 65oC. 12 мкл полученного продукта (смеси двуцепочечной, одноцепочечной ДНК и праймеров) используется для гибридизации на биочипе
Гибридизация амплифицированного меченого продукта на биочипе
4. 12 мкл образца, полученного в асимметричной ПЦР (~ 1.2 мкг оцДНК), используют для гибридизации на биочипе в буфере следующего состава: 1М GuSCN; 50mM HEPES, pH 7.5; 5mM EDTA, pH 7.0. Гибридизацию выполняют в коммерчески производимой гибридизационной камере, объемом 30 мкл (Sigma) в течение ночи (16-18 часов) при 37oC. Отмывку проводят трижды в буфере: 6.7х SSPE; 10% Tween 20 при 37oC.
Регистрация и интерпретация результатов гибридизации
5. Фиксирование гибридизационной картины проводят с помощью фотографирующего устройства. Для исследовательской (не практической) работы измерение флюоресцентного сигнала и фиксирование гибридизационной картины проводят на автоматическом комплексе, состоящем из флюоресцентного микроскопа, 512х512 CCD-камеры (3х3 мм2 поле зрения), термоконтроллера и компьютера. Для сканирования и последующей обработки изображений применяют программу WinView (Princetone Instruments, USA), обработку интенсивности флюоресцентного сигнала проводят при помощи программ, использующих LabVIEW интерфейс (National Instruments, Austin, Texas).
6. Интерпретацию результатов проводят следующим образом. Внутри каждого столбца гелевых ячеек визуально (или с использованием программного обеспечения) сравнивают интенсивности флюоресцентных сигналов. Если интенсивность сигнала верхней ячейки больше, чем в ячейках, расположенных ниже ее, то по данному столбцу (аминокислотному остатку) изучаемый образец относят к дикому типу, т.е. не имеющему мутации. Если одна из нижерасположенных ячеек (внутри одного столбца) имеет большую интенсивность, чем самая верхняя ячейка столбца, то изучаемый образец нуклеиновой кислоты имеет точечную мутацию. (Тип и расположение мутации устанавливают путем сравнения со схемой расположения олигонуклеотидов на биочипе). В случае, если по каждому столбцу (аминокислотному остатку) изучаемый образец определен как не имеющий мутаций, изучаемый образец относят к дикому типу, и выдается заключение, что в изученном клиническом образце микобактерий туберкулеза, не чувствительных к рифампицину, не обнаружено. В том случае, если хотя бы по одному столбцу изучаемый образец определен как имеющий точечную нуклеотидную мутацию, изучаемый образец относят к "мутантному типу", и выдается заключение, что в изученном клиническом образце обнаружены микобактерии туберкулеза, чувствительные (резистентные) к рифампицину.
Олигонуклеотидный биочип для выявления рифампицин-устойчивых штаммов микобактерии туберкулеза.
Олигонуклеотиды для иммобилизации на биочипе были синтезированы на автоматическом синтезаторе 394 DNA/RNA synthesizer (Applied Biosystem) с использованием стандартной фосфоамидитной процедуры. 3'- конец олигонуклеоидов содержал CPG спейсер (Glen Research, VA).
Биочип был изготовлен, как описано раннее [Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 4913-4918] . Микроматрица, содержащая ячейки размером 100х100х20 мкм, приготовлена путем фотополимеризации 5%-го полиакриламидного геля, как описано ранее [там же].
Гель активировали 2% трифторуксусной кислотой при комнатной температуре в течение 10 мин, отмывали водой и высушивали. Далее гель последовательно обрабатывали в Repel-Silane (2% раствор (вес/объем) диметилдихролсилана в 1,1,1-трихлорэтане, LKB- Produkter AB, Bromma, Sweden) - 30 с; дихлорметаном - 10 с; этанолом (95 об.%) - 10 с; промывали водой - 3 мин и высушивали.
1мМ раствор олигонуклеотидов наносился иглой робота дважды в количестве 1 нл (конечная концентрация 2 мкМ). Для стабилизации ковалентных связей между 3'-концевыми аминогруппами олигонуклеотидов и альдегидными группами геля матрицу помещали в 0.1 М раствор пиридин-боранового комплекса (Aldrich Chemical Co. , Inc., Milwaukee, WI) в хлороформе, наслаивали верхнюю водную фазу и выдерживали 12-16 часов при комнатной температуре. Далее биочип дважды промывали этанолом (95 об.%) и водой. Непрореагировавшие альдегидные группировки восстанавливали свежеприготовленным раствором 0.1 M NaBH4 (Aldrich) в течение 20 минут при комнатной температуре. Биочип промывали водой, высушивали и хранили при комнатной температуре.
Структура биочипа
Биочип содержит 31 иммобилизованный олигонуклеотид, список которых представлен в табл. 1 и 2. Верхний ряд биочипа включает олигонуклеотиды, комплементарные последовательности ДНК дикого типа (из рифампицин-чувствительных микобактерий туберкулеза). Под каждой ячейкой, комплементарной ДНК дикого типа, расположены ячейки, иммобилизованные олигонуклеотидами, комплементарными последовательностям ДНК мутантных типов (из рифампицин устойчивых микобактерий туберкулеза). Каждый столбец ячеек содержит набор олигонуклеотидов, ответственных за замену одной аминокислоты (номер которой приведен над верхним рядом ячеек на фиг. 2). Схема расположения олигонуклеотидов на биочипе приведена на фиг. 1. Биочип способен регистрировать 7 аминокислотных замен (см. фиг. 2) или 22 соответствующие им нуклеотидные замены (см. фиг. 3); одну делецию, содержащую 2 аминокислоты (что соответствует 6 нуклеотидам).
Примеры
Пример 1
Определение в клиническом образце микобактерий туберкулеза, чувствительных к рифампицину (ДНК дикого типа), методом гибридизации на биочипе
На фиг. 4 представлена картина гибридизации образца ДНК, выделенного из чувствительного к рифампицину штамма микобактерий туберкулеза, регистрируемая на флюоресцентном микроскопе.
Внутри каждого столбца ячеек верхняя ячейка имеет большую интенсивность флюоресцентного сигнала, чем расположенные ниже ячейки. Следовательно, ДНК изучаемого объекта образуют совершенные гибридизационные дуплексы с олигонуклеотидами, комплементарными последовательности ДНК дикого типа (чувствительного к рифампицину штамма микобактерий туберкулеза). Из этого следует, что в изученном клиническом образце микобактерий, устойчивых к рифампицину, не обнаружено.
Пример 2
Определение в клиническом образце микобактерий туберкулеза, резистентных к рифампицину (ДНК, имеющая мутацию), методом гибридизации на биочипе
На фиг. 5 представлена картина гибридизации образца ДНК, выделенного из резистентного к рифампицину штамма микобактерий туберкулеза, регистрируемая на флюоресцентном микроскопе.
Внутри каждого столбца ячеек верхняя ячейка имеет большую интенсивность флюоресцентного сигнала, чем расположенные ниже ячейки. Исключение составляет образование совершенного дуплекса в ячейке, обозначенной стрелкой. Интенсивность сигнала в данной ячейке превосходит интенсивность, регистрируемую в верхней ячейке данного столбца. Следовательно, ДНК изучаемого объекта имеет точечную нуклеотидную замену А>Т в позиции N 1322, что приводит к замене аминокислоты Asp на Val в позиции N 516 и ведет к возникновению резистентности изучаемого штамма к рифампицину. Выдается заключение, что в изученном клиническом образце обнаружены микобактерии туберкулеза, резистентные к рифампицину. Резистентность обусловлена заменой аминокислоты Asp на Val в позиции N 516.
Пример 3
Определение в клиническом образце микобактерий туберкулеза, резистентных к рифампицину (ДНК, имеющая мутацию), методом гибридизации на биочипе
На фиг. 6 представлена картина гибридизации образца ДНК, выделенного из резистентного к рифампицину штамма микобактерий туберкулеза, регистрируемая на флюоресцентном микроскопе.
Внутри каждого столбца ячеек верхняя ячейка имеет большую интенсивность флюоресцентного сигнала, чем расположенные ниже ячейки. Исключение составляет образование совершенного дуплекса в ячейке, обозначенной стрелкой. Интенсивность сигнала в данной ячейке превосходит интенсивность, регистрируемую в верхней ячейке данного столбца. Следовательно, ДНК изучаемого объекта имеет две точечные нуклеотидные замены C > T в позиции N 1351 и A > G в позиции N 1352, что приводит к замене аминокислоты His на Cys в позиции N 526 и ведет к возникновению резистентности изучаемого штамма к рифампицину. Выдается заключение, что в изученном клиническом образце обнаружены микобактерии туберкулеза, резистентные к рифампицину. Резистентность обусловлена заменой аминокислоты His на Cys в позиции N 526.
Приведенные выше примеры являются предпочтительными, предназначены лишь для подтверждения возможности осуществления изобретения и не должны стать основанием для ограничения объема притязаний Заявителя. Специалист в данной области техники без труда найдет возможности иных воплощений изобретения, которые безусловно подпадают под притязания Заявителя, отраженные в формуле изобретения, приводимой ниже.
Представленное изобретение позволяет в короткие сроки определять устойчивые к рифампицину формы микобактерий туберкулеза, в том числе непосредственно используя материал клинического образца. Метод выгодно отличается от существующих в настоящее время аналогов простотой выполнения и низкой себестоимостью. Применение биочипа, содержащего набор дифференцирующих олигонуклеотидов, позволяет также выполнять типирование (маркирование) микобакерий туберкулеза на генотипическом уровне.

Claims (11)

1. Способ ускоренного определения нуклеотидных замен в ДНК микобактерий туберкулеза, приводящих к устойчивости возбудителя к рифампицину, включающий: (а) - амплификацию фрагмента rpoB гена и получение одноцепочечного флюоресцентно меченного продукта методом ПЦР; (б) - приготовление биочипа для определения рифампицин - устойчивых микобактерий; (в) - гибридизацию амплифицированного меченного продукта на биочипе; (г) - регистрацию и (д) - интерпретацию результатов гибридизации путем сравнения интенсивности флюоресцентных сигналов, полученных при совершенной и несовершенной гибридизации.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (а) используют специфическую некомплементарную между собой пару праймеров, один из которых флюоресцентно меченный, причем применение указанной пары праймеров позволяет амплифицировать одноцепочечный флюоресцентно меченный фрагмент небольшого размера, который способен проникать в поры геля и вступать в гибридизационное взаимодействие.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что размер амплифицированного одноцепочечного флюоресцентно меченного фрагмента составляет около 127 п.о.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплификацию фрагмента гена rpoB проводят, используя непосредственно материал клинического образца.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что клинический образец включает мокроту, экссудат, смыв или бронхо-альвеолярный лаваж.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (б) используют биочип, содержащий набор олигонуклеотидов, применение которого позволяет детектировать точечные мутации в участке rpoB гена с высокой специфичностью, а порядок размещения олигонуклеотидов обеспечивает возможность визуально оценить наличие мутации и ее точную локализацию.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (в) использованы условия гибридизации и отмывка, обеспечивающие высокую степень дифференциации между совершенными и несовершенными гибридизационными дуплексами, позволяющие осуществлять процедуру в условиях ординарной диагностической лаборатории.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию результатов на стадии (г) проводят визуально.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию результатов на стадии (г) проводят с помощью фотографирующего устройства.
10. Способ диагностики устойчивости микобактерий туберкулеза к рифампицину путем определения нуклеотидных замен в ДНК возбудителя, приводящих к возникновению устойчивости, по п.1.
11. Биочип для определения нуклеотидных замен в ДНК микобактерий туберкулеза, приводящих к устойчивости возбудителя к рифампицину, по п.1, представляющий собой микроматрицу с ячейками, в которых иммобилизован набор олигонуклеотидов с последовательностями, указанных в табл. 1 и 2, для детектирования точечных мутаций в участке rpoB гена, причем верхний ряд биочипа содержит олигонуклеотиды, комплементарные последовательности ДНК дикого типа, а соответствующий столбец под каждой ячейкой содержит олигонуклеотиды, комплементарные последовательностям ДНК мутантных типов, ответственных за замену одной аминокислоты.
RU2000105227/13A 2000-03-01 2000-03-01 Способ определения точечных нуклеотидных замен в днк микобактерий, способ диагностики устойчивости микобактерий к рифампицину, биочип для осуществления этих способов RU2175015C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000105227/13A RU2175015C1 (ru) 2000-03-01 2000-03-01 Способ определения точечных нуклеотидных замен в днк микобактерий, способ диагностики устойчивости микобактерий к рифампицину, биочип для осуществления этих способов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000105227/13A RU2175015C1 (ru) 2000-03-01 2000-03-01 Способ определения точечных нуклеотидных замен в днк микобактерий, способ диагностики устойчивости микобактерий к рифампицину, биочип для осуществления этих способов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2175015C1 true RU2175015C1 (ru) 2001-10-20

Family

ID=20231355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000105227/13A RU2175015C1 (ru) 2000-03-01 2000-03-01 Способ определения точечных нуклеотидных замен в днк микобактерий, способ диагностики устойчивости микобактерий к рифампицину, биочип для осуществления этих способов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2175015C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003046221A1 (fr) * 2001-11-26 2003-06-05 Institut Molekulyarnoi Biologii Im.V.A.Engelgardta Rossiiskoi Akademii Nauk Procede d'identification des especes d'orthopoxvirus sur puce biologique miniaturisee

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003046221A1 (fr) * 2001-11-26 2003-06-05 Institut Molekulyarnoi Biologii Im.V.A.Engelgardta Rossiiskoi Akademii Nauk Procede d'identification des especes d'orthopoxvirus sur puce biologique miniaturisee

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gryadunov et al. Evaluation of hybridisation on oligonucleotide microarrays for analysis of drug-resistant Mycobacterium tuberculosis
Li et al. Bacterial strain typing in the genomic era
Olive et al. Principles and applications of methods for DNA-based typing of microbial organisms
Veltman et al. High-throughput analysis of subtelomeric chromosome rearrangements by use of array-based comparative genomic hybridization
EP1713934B1 (en) Tb resistance assay
Yao et al. Detection of rpoB, katG and inhA gene mutations in Mycobacterium tuberculosis clinical isolates from Chongqing as determined by microarray
US20100261163A1 (en) Method for simultaneous detection of Mycobacterium tuberculosis complex and identification of mutations in mycobacterial DNA resulting in the resistance of microorganisms to rifampicin and isoniazid on biological microarrays, set of primers, biochip, and set of oligonucleotide probes used in the method
Tang et al. Characterization of rifampin-resistant isolates of Mycobacterium tuberculosis from Sichuan in China
MADAnIA et al. Characterization of mutations causing rifampicin and isoniazid resistance of Mycobacterium tuberculosis in Syria
Marras et al. A molecular-beacon-based multiplex real-time PCR assay to distinguish Mycobacterium abscessus subspecies and determine macrolide susceptibility
WO2003031654A1 (en) Microarray comprising probes for mycobacteria species genotyping, m. tuberculosis strain differenciation, and antibiotic-resistant strain detection
Yue et al. Detection of rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains by using a specialized oligonucleotide microarray
Krawczyk et al. Evaluation of a novel method based on amplification of DNA fragments surrounding rare restriction sites (ADSRRS fingerprinting) for typing strains of vancomycin-resistant Enterococcus faecium
KR100673090B1 (ko) 결핵균의 항생제 내성을 검출하기 위한 프로브를 포함하는마이크로어레이와 이를 이용한 검출 방법 및 진단 키트
Couzinet et al. High-density DNA probe arrays for identification of staphylococci to the species level
RU2619258C2 (ru) Способ определения устойчивости микобактерий туберкулеза к рифампицину и изониазиду
RU2175015C1 (ru) Способ определения точечных нуклеотидных замен в днк микобактерий, способ диагностики устойчивости микобактерий к рифампицину, биочип для осуществления этих способов
KR20160009397A (ko) 약제 내성 결핵균을 검출하는 방법
Shimizu et al. Five-antituberculosis drug-resistance genes detection using array system
Jiang et al. Development of type-specific PCR for typing Pneumocystis carinii f. sp. hominis based on nucleotide sequence variations of internal transcribed spacer region of rRNA genes
WO2018065830A1 (en) Multiplex realtime pcr kit for diagnosing multidrug resistance (mdr) and extensively drug resistance (xdr) tuberculosis
Glennon et al. Detection and diagnosis of mycobacterial pathogens using PCR
Bigler et al. Determination of human NAT2 acetylator genotype by oligonucleotide ligation assay
RU2689800C1 (ru) Способ детекции изолятов Mycobacterium tuberculosis Beijing 94-32-кластера в формате реального времени
Li et al. Diversity suppression‐subtractive hybridization array for profiling genomic DNA polymorphisms

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050302

NF4A Reinstatement of patent
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20080909

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100210

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100212

QZ4A Changes in the licence of a patent

Effective date: 20100210

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20100210

Effective date: 20110202

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130302

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140620

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190302