RU2270252C2 - Differentive oligonucleotide kit for species identification of genus orthopoxvirus viruses, biological microarray, kit and method for species identification of genus orthopoxvirus viruses - Google Patents
Differentive oligonucleotide kit for species identification of genus orthopoxvirus viruses, biological microarray, kit and method for species identification of genus orthopoxvirus viruses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270252C2 RU2270252C2 RU2003107598/13A RU2003107598A RU2270252C2 RU 2270252 C2 RU2270252 C2 RU 2270252C2 RU 2003107598/13 A RU2003107598/13 A RU 2003107598/13A RU 2003107598 A RU2003107598 A RU 2003107598A RU 2270252 C2 RU2270252 C2 RU 2270252C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viruses
- identification
- species identification
- species
- hybridization
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к молекулярной биологии, вирусологии, конкретно к видовой идентификации вирусов рода Orthopoxvirus, включающей этап гибридизации специально подготовленной вирусной ДНК на биологическом микрочипе. Изобретение также раскрывает конструирование высокоспецифичных ДНК-зондов, дифференцирующих виды ортопоксвирусов по последовательности гена crmB.The invention relates to molecular biology, virology, and specifically to species identification of viruses of the genus Orthopoxvirus, including the step of hybridizing a specially prepared viral DNA on a biological microchip. The invention also discloses the construction of highly specific DNA probes that differentiate types of orthopoxviruses according to the sequence of the crmB gene.
Предшествующий уровень техникиState of the art
В настоящее время для видовой идентификации ортопоксвирусов применяются следующие методы:Currently, the following methods are used for species identification of orthopoxviruses:
I. Обнаружение оспенного антигена методом иммунофлуоресценции [1, 2];I. Detection of smallpox antigen by immunofluorescence [1, 2];
II. Иммунная электронная микроскопия [3, 4];II. Immune electron microscopy [3, 4];
III. Выделение на куриных эмбрионах [5, 6];III. Isolation on chicken embryos [5, 6];
IV. Иммуноферментный анализ в применении к видовой идентификации ортопоксвирусов [2, 7];IV. Enzyme-linked immunosorbent assay as applied to the species identification of orthopoxviruses [2, 7];
V. Реакция непрямой гемагглютинации [8];V. Indirect hemagglutination reaction [8];
VI. Методы, основанные на ПЦР:VI. PCR based methods:
a) с последующим анализом длины амплифипированного фрагмента [9];a) followed by analysis of the length of the amplified fragment [9];
b) с последующим рестрикционным анализом [9, 10].b) followed by restriction analysis [9, 10].
Эффективность метода иммунофлуоресценции зависит от вида исследуемого материала. Достоверность результатов исследования материалов из пустул и корок невелика из-за примеси лейкоцитов, обладающих аутофлуоресценцией.The effectiveness of the immunofluorescence method depends on the type of test material. The reliability of the results of studies of materials from pustules and crusts is small due to the admixture of leukocytes with autofluorescence.
Методы (II, IV) требуют наличия видоспецифичных моноклональных антител для каждого вида ортопоксвирусов. Возможность применения методов на данный момент показана лишь на весьма ограниченном количестве ортопоксвирусов. К тому же, применение методов (I, II, IV) для видовой диагностики ограничено ввиду близкого антигенного родства представителей Orthopoxvirus.Methods (II, IV) require the presence of species-specific monoclonal antibodies for each type of orthopoxviruses. The possibility of applying the methods at the moment is shown only on a very limited number of orthopoxviruses. In addition, the use of methods (I, II, IV) for species diagnosis is limited due to the close antigenic relationship of representatives of Orthopoxvirus.
Выделение на куриных эмбрионах (III), являясь по сути культуральным методом, требует наличия специального оборудования и высококвалифицированного персонала. Анализ занимает несколько дней и связан с повышенной биологической опасностью. Кроме того, метод весьма чувствителен к качеству и возрасту используемых куриных эмбрионов и часто вызывает трудности интерпретации полученных результатов.Isolation on chicken embryos (III), being essentially a cultural method, requires special equipment and highly qualified personnel. The analysis takes several days and is associated with increased biological hazard. In addition, the method is very sensitive to the quality and age of the used chicken embryos and often causes difficulties in interpreting the results.
Метод (V) требует не только наличия моноклинальных антител, но и использования специальным образом подготовленных бараньих эритроцитов. Для метода присущи те же недостатки, что и для методов I, II, IV, кроме того, он обладает недостаточно высокой чувствительностью.Method (V) requires not only the presence of monoclinal antibodies, but also the use of specially prepared ram sheep erythrocytes. The method has the same disadvantages as for methods I, II, IV, in addition, it does not have a sufficiently high sensitivity.
Вышеуказанные недостатки устраняются в настоящем изобретении.The above disadvantages are eliminated in the present invention.
Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Объектом защиты настоящего изобретения является ускоренный способ видовой идентификации шести видов (и двух подвидов) вирусов рода Orthopoxvirus. В качестве мишени для видовой идентификации выбран ген crmB, кодирующий вирусный аналог клеточного рецептора фактора некроза опухоли. Способ основан на двухстадийной ПЦР с получением одноцепочечного флуоресцентно меченого фрагмента ДНК с последующей гибридизацией на биочипе, содержащем набор дифференцирующих олигонуклеотидов, а также процедуры регистрации и интерпретации результатов.The object of protection of the present invention is an accelerated method for species identification of six species (and two subspecies) of the viruses of the genus Orthopoxvirus. The crmB gene encoding the viral analogue of the tumor receptor factor cell receptor was selected as a target for species identification. The method is based on two-stage PCR to obtain a single-stranded fluorescently labeled DNA fragment, followed by hybridization on a biochip containing a set of differentiating oligonucleotides, as well as registration and interpretation of the results.
Для осуществления способа используются биологические микрочипы, изготавливаемые из микроматриц, представляющих собой стеклянную подложку с нанесенными на нее гелевыми ячейками. Каждая гелевая ячейка содержит индивидуальный дифференцирующий олигонуклеотид.To implement the method, biological microchips are used, made of microarrays, which are a glass substrate with gel cells deposited on it. Each gel cell contains an individual differentiating oligonucleotide.
Подготовка образца для гибридизации с иммобилизованными на чипе олигонуклеотидами заключается в получении одноцепочечного флуоресцентно меченного продукта методом двустадийной ПЦР. Первая стадия ПЦР осуществляется для амплификации исследуемого фрагмента гена crmB, вторая стадия носит название асимметричной ПЦР и направлена на преимущественную амплификацию лишь одной из цепей ДНК, используя ампликон из первого раунда ПЦР и праймер, меченный флуоресцентным красителем, например TexasRed®.The preparation of a sample for hybridization with oligonucleotides immobilized on a chip consists in obtaining a single-stranded fluorescently labeled product by two-stage PCR. The first stage of PCR is used to amplify the studied fragment of the crmB gene, the second stage is called asymmetric PCR and is aimed at preferentially amplifying only one of the DNA strands using an amplicon from the first round of PCR and a primer labeled with a fluorescent dye, for example TexasRed®.
Гибридизация исследуемой ДНК с олигонуклеотидами микрочипа осуществляется путем инкубирования гибридизационной смеси в герметичной реакционной камере над чипом в течение нескольких часов при заданной температуре. Иммобилизованные на микрочипе олигонуклеотиды характеризуются видовой специфичностью к различным видам рода ортопоксвирусов.Hybridization of the studied DNA with microchip oligonucleotides is carried out by incubating the hybridization mixture in a sealed reaction chamber over the chip for several hours at a given temperature. Oligonucleotides immobilized on a microchip are characterized by species specificity for various species of the orthopoxvirus genus.
Детекция флуоресцентного сигнала производится с сухого микрочипа после его отмывки с использованием детектирующего устройства, например, экспериментальной установки, состоящей из флуоресцентного микроскопа, ПЗС-камеры и компьютера либо портативной установки, в которой используется возбуждающий свет лазеров, а детекция флуоресцентного сигнала производится с использованием фотопленки. Интерпретация полученной гибридизационной картины проводится путем ее сравнения с набором стандартных, индивидуальных для каждого вида ортопоксвирусов, шаблонов.The fluorescent signal is detected from a dry microchip after washing it using a detecting device, for example, an experimental setup consisting of a fluorescence microscope, a CCD camera and a computer, or a portable setup that uses laser excitation light and the fluorescence signal is detected using photographic film. The interpretation of the obtained hybridization picture is carried out by comparing it with a set of standard, individual for each type of orthopoxviruses, templates.
Основными преимуществами способа идентификации ортопоксвирусов путем гибридизации амплифицированной флуоресцентно меченой ДНК на микрочипе являются:The main advantages of the method for identifying orthopoxviruses by hybridization of amplified fluorescently labeled DNA on a microchip are:
- высокая надежность способа, основанная на одновременном анализе нескольких видоспецифичных участков гена crmB вирусов;- high reliability of the method, based on the simultaneous analysis of several species-specific sections of the gene crmB viruses;
- быстрота проведения анализа;- speed of analysis;
- простота выполнения способа, исключающая необходимость привлечения высококвалифицированного персонала;- ease of implementation of the method, eliminating the need to attract highly qualified personnel;
- относительная дешевизна способа.- the relative cheapness of the method.
Другим объектом защиты, предлагаемым настоящим изобретением, является набор для осуществления способа, включающий:Another object of protection proposed by the present invention is a kit for implementing the method, including:
а) микрочип, содержащий набор дифференцирующих олигонуклеотидов и использующийся для видовой диагностики ортопоксвирусов, иa) a microchip containing a set of differentiating oligonucleotides and used for the specific diagnosis of orthopoxviruses, and
б) при необходимости, - реагенты для выделения ДНК, праймеры для проведения ПЦР (для амплификации изучаемого фрагмента вирусного гена crmB), реагенты для проведения гибридизации, а также устройство для регистрации результатов анализа (например, портативный анализатор чипов, использующий в качестве возбуждающего источника свет лазеров и укомплектованный фотокамерой либо ПЗС-камерой).b) if necessary, reagents for DNA isolation, primers for PCR (for amplification of the studied fragment of the viral gene crmB), reagents for hybridization, as well as a device for recording analysis results (for example, a portable chip analyzer that uses light as an exciting source lasers and equipped with a camera or CCD camera).
Еще одним объектом изобретения является биологический микрочип, используемый в заявленном способе для осуществления видовой идентификации вирусов рода Orthopoxvirus и представляющий собой гелевую микроматрицу на стеклянной подложке, на которой иммобилизированы дифференцирующие олигонуклеотицы.Another object of the invention is a biological microchip used in the claimed method for carrying out species identification of viruses of the genus Orthopoxvirus and which is a gel microarray on a glass substrate on which differentiating oligonucleotides are immobilized.
Еще одним объектом изобретения является набор дифференцирующих олигонуклеотидов, предназначенный для иммобилизации на биологическом микрочипе и характеризующийся видоспецифичностью (комплементарностью) к видам рода ортопоксвирусов.Another object of the invention is a set of differentiating oligonucleotides intended for immobilization on a biological microchip and characterized by species-specificity (complementarity) to species of the genus orthopoxviruses.
Дополнительно изобретение поясняется чертежом, где представлены гибридизационные картины и их сравнение с шаблонами (контролем).In addition, the invention is illustrated by the drawing, which shows hybridization patterns and their comparison with patterns (control).
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Термины и определения, использованные в описании изобретения, означают указанное ниже.The terms and definitions used in the description of the invention mean the following.
Биологический микрочип - (биочип, ДНК-чип), пластинка-носитель площадью около 1 см2, на которой в определенном порядке расположены ячейки, содержащие иммобилизованные одноцепочечные олигонуклеотиды с уникальной последовательностью оснований. Количество ячеек может составлять до 1 млн на 1 см2.Biological microchip - (biochip, DNA chip), a carrier plate with an area of about 1 cm 2 , on which in a certain order there are cells containing immobilized single-stranded oligonucleotides with a unique base sequence. The number of cells can be up to 1 million per 1 cm 2 .
Антиген - (от анти... и ...ген) вещества, которые воспринимаются организмом как чужеродные, и вызывают специфический иммунный ответ.Antigen - (from anti ... and ... gene) substances that are perceived by the body as foreign and cause a specific immune response.
Антитела - белки (иммуноглобулины) плазмы крови человека и теплокровных животных, обладающие способностью специфически связываться с антигенами. Взаимодействуя с микроорганизмами, они препятствуют их размножению или нейтрализуют выделяемые ими токсические вещества.Antibodies - proteins (immunoglobulins) of human blood plasma and warm-blooded animals, which have the ability to specifically bind to antigens. Interacting with microorganisms, they prevent their reproduction or neutralize the toxic substances released by them.
ПЦР (полимеразная цепная реакция) - ферментативная реакция, использующая способность ДНК-полимеразы синтезировать новые цепи ДНК, используя в качестве матрицы уже имеющиеся молекулы ДНК по принципу комплементарности. Применение метода ПЦР позволяет в тысячи раз увеличивать количество изучаемого фрагмента в пробе, соответственно, увеличивая чувствительность методов, основанных на ПЦР-диагностике.PCR (polymerase chain reaction) is an enzymatic reaction that utilizes the ability of DNA polymerase to synthesize new DNA chains using existing DNA molecules as a template according to the principle of complementarity. The use of the PCR method allows a thousand-fold increase in the number of the studied fragment in the sample, respectively, increasing the sensitivity of methods based on PCR diagnostics.
Амплификация - (от лат. amplificatio - расширение) - используется в молекулярной биологии для обозначения увеличения количества ДНК в процессе ПЦР.Amplification - (from lat. Amplificatio - extension) - is used in molecular biology to indicate an increase in the amount of DNA in the PCR process.
Задача настоящего изобретения в создании экспресс-способа видовой идентификации ортопоксвирусов на биочипах. В способе предложено типирование по видоспецифичным участкам гена crmB, который удобен тем, что позволяет надежно идентифицировать шесть видов указанного рода. Предложен набор видоспецифичных олигонуклеотидных зондов (набор дифференцирующих олигонуклеотиды), иммобилизованных на чип. Использование стандартных методов выделения вирусной ДНК позволяет проводить анализ природных образцов, в том числе тканей животных и человека, на присутствие того или иного вируса рода Orthopoxvirus. При наличии специального оборудования способ может использоваться для диагностики в полевых условиях.The objective of the present invention is to create an express method of species identification of orthopoxviruses on biochips. The method suggests typing according to species-specific regions of the crmB gene, which is convenient in that it allows reliable identification of six species of this genus. A set of species-specific oligonucleotide probes (a set of differentiating oligonucleotides) immobilized on a chip is proposed. Using standard methods for the isolation of viral DNA allows the analysis of natural samples, including animal and human tissues, for the presence of a particular virus of the genus Orthopoxvirus. In the presence of special equipment, the method can be used for diagnostics in the field.
Принципиальная схема дифференциальной диагностики ортопоксвирусов на биочипе включает следующие пункты:The schematic diagram of the differential diagnosis of orthopoxviruses on a biochip includes the following items:
I. Принцип создания биочипа для видовой идентификации ортопоксвирусов.I. The principle of creating a biochip for species identification of orthopoxviruses.
1) Выбор мишени.1) Target selection.
Продукт гена crmB - вирусный аналог клеточного рецептора фактора некроза опухоли человека и некоторых млекопитающих - одного из основных факторов вирулентности данной вирусной группы. Секретируясь инфицированной клеткой, он связывает клеточный фактор некроза опухоли, тем самым ингибируя цитокинопосредованный иммунный ответ. Видоспецифичность вышеуказанного цитокина млекопитающих, отражаясь на строении вирусного аналога рецептора, обуславливает узкую хозяиноспецифичность большинства ортопоксвирусов. Таким образом, ген crmB содержит консервативные видоспецифичные участки, подходящие для видовой идентификации.The product of the crmB gene is a viral analogue of the cell receptor of the tumor necrosis factor of humans and some mammals, one of the main factors of virulence of this virus group. Secreting an infected cell, it binds the cell factor of tumor necrosis, thereby inhibiting the cytokine-mediated immune response. Species specificity of the above mammalian cytokine, reflecting on the structure of the viral analogue of the receptor, determines the narrow host specificity of most orthopoxviruses. Thus, the crmB gene contains conserved species-specific regions suitable for species identification.
2) Выделение ДНК.2) DNA isolation.
Из природного образца (ткани животных и человека) выделяют ДНК, используя описанные в литературе методы выделения ДНК из животных клеток.DNA is isolated from a natural sample (animal and human tissue) using the methods described in the literature for the isolation of DNA from animal cells.
3) Выбор праймеров и дифференцирующих олигонуклеотидов.3) Selection of primers and differentiating oligonucleotides.
Праймеры выбирали с учетом требований высокой специфичности к консервативным участкам гена crmB ортопоксвирусов, что позволяет избирательно амплифицировать изучаемый фрагмент непосредственно из природных образцов, а также требований, стандартно применяемых к праймерам - отсутствие высокостабильных вторичных структур и не превышающее 3-4°С расхождение температур плавления. Дифференцирующие олигонуклеотиды характеризуются видовой специфичностью к различным видам рода ортопоксвирусов.The primers were selected taking into account the requirements of high specificity for conserved regions of the crmB gene of orthopoxviruses, which allows one to selectively amplify the studied fragment directly from natural samples, as well as the requirements that are standardly applied to primers - the absence of highly stable secondary structures and not exceeding 3-4 ° С difference in melting temperatures. Differentiating oligonucleotides are characterized by species specificity for various species of the genus orthopoxviruses.
II. Изготовление микроматрицы для иммобилизации олигонуклеотидов с целью получения биочипа.II. The manufacture of microarrays for the immobilization of oligonucleotides in order to obtain a biochip.
Микроматрица, содержащая ячейки размером 100×100×20 мкм, приготовлена путем фотополимеризации 5%-го полиакриламидного геля, как описано ранее [11]. Гель активировали, после чего проводили нанесение растворов олигонуклеотидов и их ковалентное связывание с активными группами геля.A microarray containing cells 100 × 100 × 20 μm in size was prepared by photopolymerization of a 5% polyacrylamide gel, as described previously [11]. The gel was activated, after which the deposition of solutions of oligonucleotides and their covalent binding to the active groups of the gel were carried out.
III. Подготовка образца к проведению анализа.III. Sample preparation for analysis.
Фрагмент гена crmB амплифицируют с использованием высокоспецифичных праймеров. Полученный амплификат используют для наработки флуоресцентно меченной одноцепочечной ДНК для последующей гибридизации на микрочип. Для этого используется метод, так называемой, асимметричной ПЦР.The crmB gene fragment is amplified using highly specific primers. The resulting amplification is used to generate fluorescently labeled single-stranded DNA for subsequent hybridization to a microchip. For this, the method of the so-called asymmetric PCR is used.
IV. Проведение гибридизации.IV. Hybridization.
Флуоресцентно меченный ПЦР-продукт, получение которого описано в пункте III, затем гибридизуется с дифференцирующими олигонуклеотидами микрочипа в специально подобранном буфере в течение 4-6 часов.The fluorescently labeled PCR product, the preparation of which is described in paragraph III, then hybridizes with differentiating microarray oligonucleotides in a specially selected buffer for 4-6 hours.
V. Способ регистрации и интерпретации результатов гибридизации.V. A method for recording and interpreting hybridization results.
Дифференцирующие олигонуклеотиды разделены на пять групп в зависимости от видоспецифичного участка гена crmB. Интенсивность флуоресцентного сигнала образующихся совершенных дуплексов внутри каждой группы существенно выше интенсивности сигнала для несовершенных дуплексов, что позволяет проводить надежную видовую идентификацию ортопроксвирусов. Интерпретацию результатов проводят исходя из гибридизационной картины, которую получают, используя экспериментальную установку, включающую, например, флуоресцентный микроскоп, ПЗС-камеру и компьютер.Differentiating oligonucleotides are divided into five groups depending on the species-specific region of the crmB gene. The fluorescence signal intensity of the resulting perfect duplexes within each group is significantly higher than the signal intensity for imperfect duplexes, which allows reliable species identification of orthoproxviruses. Interpretation of the results is carried out based on the hybridization picture, which is obtained using an experimental setup, including, for example, a fluorescence microscope, a CCD camera and a computer.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
ОлигонуклеотидыOligonucleotides
Олигонуклеотиды для иммобилизации на биочипе были синтезированы на автоматическом синтезаторе 394 DNA/RNA synthesizer (Applied Biosystems) с использованием стандартной фосфоамидитной процедуры. Для синтеза олигонуклеотидов для гибридизационного микрочипа использовали 3'-Amino-Modifier C7 CPG 500, так что синтезированный олигонуклеотид содержал на своем 3'-конце спейсер со свободной аминогруппой. Праймеры для проведения ПЦР модифицировали по 5'-концу при помощи 5'-Ammo-Modifier C6 (или C12) (Glen Research, VA).Biochip immobilizing oligonucleotides were synthesized on a 394 DNA / RNA synthesizer (Applied Biosystems) using a standard phosphoamidite procedure. For the synthesis of oligonucleotides for the hybridization microchip, a 3'-Amino-Modifier C7 CPG 500 was used, so that the synthesized oligonucleotide contained a free amino group spacer at its 3'-end. PCR primers were modified at the 5'-end using a 5'-Ammo-Modifier C6 (or C12) (Glen Research, VA).
Приготовление микроматрнцы для микрочипа.Preparation of micro-chips for microchip.
Микроматрица, содержащая ячейки размером 100×100×20 мкм, приготовлена путем фотополимеризации 5%-го полиакриламидного геля, как описано ранее [11].A microarray containing cells 100 × 100 × 20 μm in size was prepared by photopolymerization of a 5% polyacrylamide gel, as described previously [11].
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.The gel was activated with 2% trifluoroacetic acid at room temperature for 10 minutes, washed with water and dried. Next, the gel was sequentially processed in Repel-Silane (2% solution (weight / volume) of dimethyldichrolosilane in 1,1,1-trichloroethane, LKB-Produkter AB, Bromma, Sweden) for 30 s; dichloromethane - 10 s; ethanol (95 vol.%) - 10 s; washed with water for 3 min and dried.
1 мМ раствор олигонуклеотидов наносился иглой робота дважды в объеме 1 нл. Для стабилизации ковалентных связей между аминогруппами спейсеров, фланкирующих один из концов 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 М NaBH4 (Aldnch) в течение 20 минут при комнатной температуре. Биочип промывали водой, высушивали и хранили при комнатной температуре.A 1 mM oligonucleotide solution was applied twice with a robot needle in a volume of 1 nl. To stabilize the covalent bonds between the amino groups of the spacers flanking one of the ends of the oligonucleotides and the aldehyde groups of the gel, the matrix was placed in a 0.1 M solution of the pyridine-borane complex (Aldrich Chemical Co., Inc., Milwaukee: WI) in chloroform, the upper aqueous phase was layered and kept 12-16 hours at room temperature. Next, the biochip was washed twice with ethanol (95 vol.%) And water. Unreacted aldehyde groups were reduced with a freshly prepared solution of 0.1 M NaBH 4 (Aldnch) for 20 minutes at room temperature. The biochip was washed with water, dried and stored at room temperature.
Подготовка материала для амплификации.Preparation of material for amplification.
Выделение ДНК из природного образца (ткани животных и человека) осуществляют, используя описанные в литературе методы выделения ДНК из животных клеток.Isolation of DNA from a natural sample (animal and human tissue) is performed using methods described in the literature for the isolation of DNA from animal cells.
Амплификация фрагмента гена crmB и получение одноцепочечного меченого продукта методом ПЦР.Amplification of a fragment of the crmB gene and obtaining a single-chain labeled product by PCR.
Подготовку вирусной ДНК для гибридизации осуществляют с помощью двухстадийной ПЦР на амплификаторе GeneAmp PCR-system 2400 (Perkin Elmer, Foster City, CA, USA). Для амплификации используют праймеры TNFR1f и TNFR3r, фланкирующие фрагмент длиной 267 п.н. для вируса оспы человека и варьирующийся по длине у других видов.The preparation of viral DNA for hybridization is carried out using two-stage PCR on a GeneAmp PCR-system 2400 amplifier (Perkin Elmer, Foster City, CA, USA). For amplification, TNFR1f and TNFR3r primers are used, flanking a 267 bp fragment. for human smallpox virus and varying in length in other species.
Первую стадию ПЦР проводят для получения выбранного фрагмента вирусной ДНК. Реакционный буфер содержит 16.6 мМ (MH4SO4, 67 мМ Tris-HCl, pH 8.6 при 25°С, 1.75 мМ MgCl2, 120 мкМ dNTP, 0.1% Triton X-100, 1.5 Ед. активности Taq DNA полимеразы (Силекс, Москва, Россия) и 5 пМоль каждого из праймеров TNFR1f и TNFR3r в объеме 30 мкл.The first stage of PCR is performed to obtain the selected viral DNA fragment. The reaction buffer contains 16.6 mM (MH 4 SO 4 , 67 mM Tris-HCl, pH 8.6 at 25 ° С, 1.75 mM MgCl 2 , 120 μM dNTP, 0.1% Triton X-100, 1.5 Unit Taq DNA polymerase activity (Silex, Moscow, Russia) and 5 pMol of each of the primers TNFR1f and TNFR3r in a volume of 30 μl.
Праймеры:Primers
TNFR1f 5'-GCTTCCAGATTATGTGATAGCAAGACTA-3'TNFR1f 5'-GCTTCCAGATTATGTGATAGCAAGACTA-3 '
TNFR3r 5'-TexasRed®-NH-TCCGGATACTCCGTATCCTATTCC-3'TNFR3r 5'-TexasRed®-NH-TCCGGATACTCCGTATCCTATTCC-3 '
Температурный режим: денатурация при 95°С - 5 мин, затем 30 циклов амплификации (95°С 35 сек, 64°С 45 сек, 72°С - 45 сек), заключительная инкубация при 72°С - 5 мин. Два микролитра реакционной смеси после первой стадии ПЦР используют в качестве матрицы для проведения второй стадии.Temperature: denaturation at 95 ° C for 5 minutes, then 30 amplification cycles (95 ° C for 35 sec, 64 ° C for 45 sec, 72 ° C for 45 sec), final incubation at 72 ° C for 5 min. Two microliters of the reaction mixture after the first stage of PCR is used as a matrix for the second stage.
Вторую стадию проводят для получения преимущественно одноцепочечного продукта, необходимого для гибридизации с дифференцирующими олигонуклеотидами. Для этого используют праймер TNFR1f и флуоресцентно меченный праймер TNFR3r, в соотношении 1/10 соответственно. Температурный режим был таким же, как и для первой стадии, количество циклов увеличивали до 35.The second stage is carried out to obtain a predominantly single-stranded product necessary for hybridization with differentiating oligonucleotides. For this, the TNFR1f primer and the TNFR3r fluorescently labeled primer are used in a ratio of 1/10, respectively. The temperature regime was the same as for the first stage, the number of cycles was increased to 35.
Гибридизация амплифицированного меченого продукта на биочипе 12 мкл образца, полученного в асимметричной ПЦР (~1.2 мкг оцДНК), используют для гибридизации на биочипе в буфере следующего состава: 1 М NaCl, 50 мМ HEPES, pH 7.5, 5 мМ Na2EDTA. Гибридизацию выполняют в коммерчески производимой гибридизационной камере, объемом 30 мкл (Sigma) в течение 4-6 часов при 37°С. Отмывку проводят трижды в буфере: 0.8 М NaCl, 50 мМ HEPES, pH 7.0, 6 мМ ЭДТА, 0.5% Twin 20 при 37°С, после чего чип высушивают.Hybridization of the amplified labeled product on a biochip 12 μl of a sample obtained in asymmetric PCR (~ 1.2 μg ssDNA) is used for hybridization on a biochip in a buffer of the following composition: 1 M NaCl, 50 mM HEPES, pH 7.5, 5 mM Na 2 EDTA. Hybridization is carried out in a commercially available hybridization chamber with a volume of 30 μl (Sigma) for 4-6 hours at 37 ° C. Washing is carried out three times in a buffer: 0.8 M NaCl, 50 mM HEPES, pH 7.0, 6 mM EDTA, 0.5% Twin 20 at 37 ° C, after which the chip is dried.
Регистрация и интерпретация результатов гибридизацииRegistration and interpretation of hybridization results
Регистрацию гибридизационной картины проводят на экспериментальной установке, состоящей из флуоресцентного микроскопа, ПЗС-камеры и компьютера. Для цифровой обработки изображений применяют программу WinView (Princetone Instruments, USA). Измерение интенсивности флуоресцентных сигналов проводят при помощи оригинального программного обеспечения.Registration of the hybridization pattern is carried out in an experimental setup consisting of a fluorescence microscope, a CCD camera and a computer. For digital image processing, WinView (Princetone Instruments, USA) is used. The measurement of the intensity of fluorescent signals is carried out using the original software.
Интерпретацию результатов проводят следующим образом. Внутри каждого столбца гелевых ячеек, в котором содержатся олигонуклеотиды для одной из видоспецифичных позиций гена crmB визуально (или с использованием программного обеспечения) сравнивают интенсивности флуоресцентных сигналов. Гибридизуемая проба ДНК способна образовать совершенный дуплекс лишь с одним видоспецифичным олигонуклеотидом в каждом ряду, и несовершенные - со всеми остальными. Флуоресцентный сигнал совершенного дуплекса в каждом ряду в несколько раз превосходит сигналы несовершенных дуплексов. В результате в целом по чипу образуется гибридизационная картина, различная для шести видов ортопоксвирусов, что позволяет однозначно интерпретировать полученные данные.The interpretation of the results is as follows. Inside each column of gel cells that contain oligonucleotides for one of the species-specific positions of the crmB gene, the intensities of fluorescent signals are visually (or using software). A hybridizable DNA sample is capable of forming a perfect duplex with only one species-specific oligonucleotide in each row, and imperfect ones with all the others. The fluorescence signal of a perfect duplex in each row is several times greater than the signals of imperfect duplexes. As a result, a hybridization pattern is formed on the chip as a whole, which is different for six types of orthopoxviruses, which allows us to unambiguously interpret the obtained data.
Структура биочипаBiochip structure
Биологический микрочип содержит 15 иммобилизованных олигонуклеотидов, список которых представлен в таблице 1. В каждом из пяти вертикальных рядов биочипа содержатся олигонуклеотиды для какой-либо одной видоспецифичной позиции гена crmB. Таким образом, на чипе представлены олигонуклеотиды для пяти видоспецифичных позиций указанного гена, что позволяет проводить достоверную видовую идентификацию. Получаемая гибридизационная картина сравнивается с шаблонами (фиг.1), на основании соответствия одному из них проводится интерпретация полученных результатов.The biological microchip contains 15 immobilized oligonucleotides, a list of which is presented in Table 1. Each of the five vertical rows of the biochip contains oligonucleotides for any one species-specific position of the crmB gene. Thus, oligonucleotides for five species-specific positions of the indicated gene are presented on the chip, which allows for reliable species identification. The resulting hybridization picture is compared with the patterns (Fig. 1), based on the correspondence to one of them, the results are interpreted.
Дифференцирующие олигонуклеотиды для видовой идентификации ортопоксвирусов.Table 1.
Differentiating oligonucleotides for species identification of orthopoxviruses.
Пример 1. Дифференциальная диагностика ортопоксвирусов на биочипе.Example 1. Differential diagnosis of orthopoxviruses on a biochip.
Теоретические шаблоны и соответствующие им реальные гибридизациониые картины.Theoretical patterns and their corresponding real hybridization patterns.
На чертеже представлена картина гибридизации образцов ДНК различных ортопоксвирусов и соответствующие каждому случаю шаблоны. Видно, что для каждого из приведенных видов ортопоксвирусов характерна уникальная гибридизационная картина. Внутри каждого столбца визуально отличима ячейка с наибольшей интенсивностью флуоресцентного сигнала, соответствующая совершенному дуплексу.The drawing shows a hybridization pattern of DNA samples of various orthopoxviruses and patterns corresponding to each case. It is seen that for each of the given types of orthopoxviruses a unique hybridization pattern is characteristic. Inside each column, the cell with the highest fluorescent signal intensity corresponding to perfect duplex is visually distinguishable.
Преимущества способаThe advantages of the method
Способ видовой идентификации вирусов рода Orthopoxvirus на миниатюрном биологическом чипе выгодно отличается быстротой проведения анализа, простотой используемой методики подготовки образца вирусной ДНК для гибридизации, возможностью проведения анализа в полевых условиях, а также относительной дешевизной.The method of species identification of viruses of the genus Orthopoxvirus on a miniature biological chip compares favorably with the speed of analysis, the simplicity of the method used to prepare a sample of viral DNA for hybridization, the possibility of analysis in the field, and also relative cheapness.
Список литературыBibliography
1. Авакян А.А., Альтштейн А.Д., Кириллова Ф.М., Быковский А.Ф., 1981. Пути усовершенствования лабораторной диагностики оспы // Вопр. Вирусол. Вып.2. С.196-203.1. Avakyan A.A., Altstein A.D., Kirillova F.M., Bykovsky A.F., 1981. Ways to improve the laboratory diagnosis of smallpox // Vopr. Virusol. Issue 2. S.196-203.
2. Мальцева Н.Н. 1980. Экспресс-диагностика заболеваний, вызванных ортопокс- и некоторыми герпес вирусами. Дисс. Докт., М.2. Maltseva N.N. 1980. Rapid diagnosis of diseases caused by orthopox and some herpes viruses. Diss. Doct., M.
3. Маренникова С.С., Янова Н.Н., Жукова О.А. 1990. Электронная микроскопия как метод диагностики при эпидемиологическом надзоре за поксвирусными инфекциями //Ж. микробиол. Вып.8. С.57-62.3. Marennikova S. S., Yanova N. N., Zhukova O. A. 1990. Electron microscopy as a diagnostic method in the epidemiological surveillance of poxvirus infections // J. microbiol. Issue 8. S.57-62.
4. Marennikova, S.S., Nagieva, F.G., Matsevich, G.R., Shelukhina, E.M., Khabakhpasheva, N.A., Platonova, G.M. 1988. Monoclonal antibodies to monkeypox virus: preparation and application // Acta Virol. Vol.32. P.19-26.4. Marennikova, S.S., Nagieva, F.G., Matsevich, G.R., Shelukhina, E.M., Khabakhpasheva, N.A., Platonova, G.M. 1988. Monoclonal antibodies to monkeypox virus: preparation and application // Acta Virol. Vol. 32. P.19-26.
5. Lazarus, A.S., Eddie, A., Meyer, K.F. 1937. Propagation of variola virus in the developing egg // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. Vol.36. № 1. P.7-8.5. Lazarus, A.S., Eddie, A., Meyer, K.F. 1937. Propagation of variola virus in the developing egg // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. Vol. 36. No. 1. P.7-8.
6. Downie, A.W., Dumbell, K.R. 1947. The isolation and cultivation of variola virus on the chorioallantois of chick embryos //J.Path. Bact. Vol.59. № 1-2. P.189-198.6. Downie, A.W., Dumbell, K.R. 1947. The isolation and cultivation of variola virus on the chorioallantois of chick embryos // J.Path. Bact. Vol. 59. No. 1-2. P.189-198.
7. Маренникова С.С., Мпацевич Г.Р., Хабахпашева Н.А., Новохатский А.С., Малахова И.В., Шелухина Э.М. 1986. Повышение специфичности иммуноферментного анализа за счет использования коньюгата на основе моноклональных антител // Вопр. вирусол. Вып.6. С.689-690.7. Marennikova S.S., Mpatsevich G.R., Khabakhpasheva N.A., Novokhatsky A.S., Malakhova I.V., Shelukhina E.M. 1986. Enhancing the specificity of enzyme-linked immunosorbent assay through the use of conjugate based on monoclonal antibodies // Vopr. virusol. Issue 6. S.689-690.
8. Носков Ф.С., Маренникова С.С., Конникова Р.Е. и др. 1972. Применение реакции непрямой гемагглютинации для лабораторной диагностики оспы // Вопр. вирусол. Вып.3. С.347-351.8. Noskov F.S., Marennikova S.S., Konnikova R.E. et al. 1972. The use of indirect hemagglutination reaction for laboratory diagnosis of smallpox // Vopr. virusol. Issue 3. S.347-351.
9. Meyer, H., Pfeffer, М. & Rziha, H.-J. 1994. Sequence alterations Withinand downstream of the A-type inclusion protein genes allow differentiation of Orthopoxvirus species by polymerase chain reaction. J. Gen. Virol. Vol.75, 1975-1981.9. Meyer, H., Pfeffer, M. & Rziha, H.-J. 1994. Sequence alterations Withinand downstream of the A-type inclusion protein genes allow differentiation of Orthopoxvirus species by polymerase chain reaction. J. Gen. Virol. Vol. 75, 1975-1981.
10. Roop, S.L., Jin, Q., Knight, J.C., Massung, R.F. & Esposito, J.J. 1995. PCR strategy for identification and differentiation of smallpox and other orthopoxviruses. // Journal of Clinical Microbiology 33, 2069-76.10. Roop, S.L., Jin, Q., Knight, J.C., Massung, R.F. & Esposito, J.J. 1995. PCR strategy for identification and differentiation of smallpox and other orthopoxviruses. // Journal of Clinical Microbiology 33, 2069-76.
11. Yershov, G., Barsky, V., Belgovskiy, A., Kirillov, Eu., Kreindlin, E., Ivanov, I., Parinov, S., Guschin, D., Drobishev, A., Dubiley, S. & Mirzabekov, A. 1996. DNA analysis and diagnostics on oligonucleotide microchips. Proc. Nad. Acad. Sci. USA 93, 4913-4918.11. Yershov, G., Barsky, V., Belgovskiy, A., Kirillov, Eu., Kreindlin, E., Ivanov, I., Parinov, S., Guschin, D., Drobishev, A., Dubiley, S . & Mirzabekov, A. 1996. DNA analysis and diagnostics on oligonucleotide microchips. Proc. Nad. Acad. Sci. USA 93, 4913-4918.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003107598/13A RU2270252C2 (en) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Differentive oligonucleotide kit for species identification of genus orthopoxvirus viruses, biological microarray, kit and method for species identification of genus orthopoxvirus viruses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003107598/13A RU2270252C2 (en) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Differentive oligonucleotide kit for species identification of genus orthopoxvirus viruses, biological microarray, kit and method for species identification of genus orthopoxvirus viruses |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003107598A RU2003107598A (en) | 2005-02-10 |
RU2270252C2 true RU2270252C2 (en) | 2006-02-20 |
Family
ID=35207986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003107598/13A RU2270252C2 (en) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Differentive oligonucleotide kit for species identification of genus orthopoxvirus viruses, biological microarray, kit and method for species identification of genus orthopoxvirus viruses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2270252C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562117C1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН) | Biochip and method of typing pathogens of group i which belongs to family of arena- and filoviruses |
RU2570629C1 (en) * | 2014-12-01 | 2015-12-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной вирусологии и микробиологии Россельхозакадемии | Oligonucleotide primers and fluorescently marked probe for identification of dna of swinepox virus by method of polimerase chain reaction in real time |
-
2001
- 2001-11-26 RU RU2003107598/13A patent/RU2270252C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562117C1 (en) * | 2014-04-14 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН) | Biochip and method of typing pathogens of group i which belongs to family of arena- and filoviruses |
RU2570629C1 (en) * | 2014-12-01 | 2015-12-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной вирусологии и микробиологии Россельхозакадемии | Oligonucleotide primers and fluorescently marked probe for identification of dna of swinepox virus by method of polimerase chain reaction in real time |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003107598A (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2651483B2 (en) | Detection of human papillomavirus by polymerase chain reaction | |
US9404924B2 (en) | Method of performing one-step, single cell RT-PCR | |
US20100047790A1 (en) | Sample analyser | |
US5403707A (en) | Diagnostic compositions, elements, methods and test kits for amplification and detection of retroviral DNA using primers having matched melting temperatures | |
KR20030040352A (en) | Microarray method of genotyping multiple samples at multiple loci | |
Alemu | Detection of diseases, identification and diversity of viruses | |
JPH06209775A (en) | Temperature sensitive polymerase inhibitor, thermostable dna polymerase composition containing said inhibitor and method for amplification of target nucleic acid | |
Robertson et al. | New microbiology tools for public health and their implications | |
Striebel et al. | Virus diagnostics on microarrays | |
JP4972104B2 (en) | Oligonucleotide microarray for pathogen identification | |
US7070935B2 (en) | Method for detecting a biological entity in a sample | |
RU2270252C2 (en) | Differentive oligonucleotide kit for species identification of genus orthopoxvirus viruses, biological microarray, kit and method for species identification of genus orthopoxvirus viruses | |
US20060147905A1 (en) | Method for the specific identification of orthopoxvirus with the aid of a miniature biological chip | |
US6268123B1 (en) | Direct and biochemically functional detection process of retrovirus in biological samples | |
Sun et al. | Microarrays for the detection of HBV and HDV | |
RU2318875C1 (en) | Kit of primer oligonucleotides, bioarray and method for specific identification of pathogenic for human orthopox- and herpesviruses | |
JP2001330608A (en) | Method for manufacturing nucleic acid chain immobilizing carrier | |
KR101338292B1 (en) | Reverse Transcription - Polymerase Chain Reaction - Enzyme-Linked Immunosorbent assay (RT-PCR-ELISA) for Hepatitis A virus | |
KR100532664B1 (en) | Probe for detecting chlamydia trachomatis, detection kit and detection method for chlamydia trachomatis using the same | |
Kaoud Hussein | Advanced technology for the diagnosis of fish diseases | |
RU2741099C1 (en) | Method for identifying mutations in the gene of penicillin-binding protein 2 pena neisseria gonorrhoeae, leading to resistance to beta-lactam antibiotics, on biological microchips | |
Kumar et al. | Diagnostics for production of disease free planting material of potato | |
US7115367B1 (en) | Method for the specific detection and identification of retroviral nucleic acids/retroviruses in a specimen | |
RU2443772C1 (en) | Set of francisella tularensis bacteria strains for production of reference dna preparation set, set of dna preparations for genetically diagnostic research | |
KR100460747B1 (en) | PROBE FOR DETECTING Human herpesvirus, GENOTYPING KIT AND GENOTYPING METHOD FOR Human herpes virus USING THE SAME |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201127 |