RU2415932C1 - Method for identifying extended spectrum class a beta-lactamase genes - Google Patents
Method for identifying extended spectrum class a beta-lactamase genes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415932C1 RU2415932C1 RU2009139126/10A RU2009139126A RU2415932C1 RU 2415932 C1 RU2415932 C1 RU 2415932C1 RU 2009139126/10 A RU2009139126/10 A RU 2009139126/10A RU 2009139126 A RU2009139126 A RU 2009139126A RU 2415932 C1 RU2415932 C1 RU 2415932C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dna
- beta
- ctx
- oligonucleotides
- genes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области молекулярной биологии, химической энзимологии и аналитической биотехнологии и может быть использовано в клинических микробиологических лабораториях и службах эпидемиологического контроля для выявления устойчивости возбудителей инфекционных заболеваний семейства Enterobacteriaceae к антибиотикам группы пенициллинов и цефалоспоринов по наличию генов бета-лактамаз и мутаций в них. Изобретение представляет собой способ проведения гибридизационного анализа на ДНК-микрочипе с иммобилизованными специфическими олигонуклеотидами для одновременного выявления трех типов генов бета-лактамаз класса А (ТЕМ, SHV и СТХ-М) и точечных мутаций в них, приводящих к изменению субстратной специфичности данных ферментов.The invention relates to the field of molecular biology, chemical enzymology and analytical biotechnology and can be used in clinical microbiological laboratories and epidemiological control services to detect the resistance of pathogens of the Enterobacteriaceae family to antibiotics of the penicillin and cephalosporins group by the presence of beta-lactamase genes and mutations in them. The invention is a method for conducting hybridization analysis on a DNA microchip with specific immobilized oligonucleotides for the simultaneous detection of three types of class A beta-lactamases genes (TEM, SHV and CTX-M) and point mutations in them, leading to a change in the substrate specificity of these enzymes.
Более половины всех используемых в настоящее время антибиотиков составляют бета-лактамные антибиотики, среди которых наиболее широко используются антибиотики группы пенициллинов и цефалоспоринов, особенно при лечении широкого круга тяжелых инфекций, вызываемых грамотрицательными микроорганизмами семейства Enterobacteriaceae. Основным фактором, ограничивающим их клиническую эффективность, является способность микроорганизмов вырабатывать устойчивость к их действию - антибиотикорезистентность. Известно несколько механизмов резистентности микроорганизмов к пенициллинам и цефалоспоринам, однако основным из них является ферментативный гидролиз ферментами бета-лактамазами, образующимися в клеточной стенке [Paterson D.L. et al. Extended-spectrum beta-lactamases: a clinical update. Clin Microbiol Rev., 2005, 18, стр.657-686]. Бета-лактамазы представляют обширную группу генетически и функционально различных ферментов, отличающихся способностью разрушать бета-лактамное кольцо, в результате чего антибиотик теряет свою антимикробную активность. Из всего разнообразия бета-лактамаз наибольшую угрозу представляют бета-лактамазы расширенного спектра (БЛРС), вызывающие резистентность у изначально чувствительных микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae [Perez F. et al. The continuing challenge of ESBLs. Curr Opin Pharmacol. 2000, 7, 459-469]. Благодаря плазмидной локализации генов распространение этих ферментов среди возбудителей инфекционных болезней человека, прежде всего инфекций, увеличивается с каждым годом. В отдельных лечебных учреждениях РФ частота продукции БЛРС среди некоторых микроорганизмов превышает 90%. Наиболее известными и распространенными типами БЛРС являются ТЕМ, SHV и СТХ-М.Beta-lactam antibiotics account for more than half of all currently used antibiotics, among which the penicillins and cephalosporins are most widely used, especially in the treatment of a wide range of severe infections caused by gram-negative microorganisms of the Enterobacteriaceae family. The main factor limiting their clinical effectiveness is the ability of microorganisms to develop resistance to their action - antibiotic resistance. Several mechanisms of resistance of microorganisms to penicillins and cephalosporins are known, but the main of them is enzymatic hydrolysis with beta-lactamase enzymes formed in the cell wall [Paterson D.L. et al. Extended-spectrum beta-lactamases: a clinical update. Clin Microbiol Rev., 2005, 18, pp. 657-686]. Beta-lactamases represent an extensive group of genetically and functionally different enzymes, characterized by the ability to destroy the beta-lactam ring, as a result of which the antibiotic loses its antimicrobial activity. Of the diversity of beta-lactamases, the greatest threat is extended-spectrum beta-lactamases (BLRS), which cause resistance in the initially sensitive microorganisms of the Enterobacteriaceae family [Perez F. et al. The continuing challenge of ESBLs. Curr Opin Pharmacol. 2000, 7, 459-469]. Due to plasmid localization of genes, the distribution of these enzymes among pathogens of human infectious diseases, primarily infections, is increasing every year. In certain medical institutions of the Russian Federation, the frequency of BLRS production among some microorganisms exceeds 90%. The most famous and common types of BLRS are TEM, SHV and CTX-M.
Все описанные ферменты ТЕМ типа являются вариантами бета-лактамазы ТЕМ-1 и отличаются от исходного фермента единичными аминокислотными заменами (от одной до семи). Ключевыми для расширения спектра субстратной специфичности являются мутации в положениях 104, 164, 238 и 240.All described TEM type enzymes are variants of TEM-1 beta-lactamase and differ from the initial enzyme by single amino acid substitutions (from one to seven). The key to expanding the spectrum of substrate specificity are mutations at
Ферменты SHV типа являются производными бета-лактамазы SHV-1 и отличаются от него наличием точечных мутаций. Ключевыми для изменения профиля субстратной специфичности являются мутации в положениях 35, 238 и 240.SHV type enzymes are derivatives of SHV-1 beta-lactamase and differ from it by the presence of point mutations. The key to changing the profile of substrate specificity are mutations at
В последнее время во многих странах мира, в том числе и в РФ, отмечается стремительное распространение БЛРС СТХ-М типа [Edelstein M., Pimkin M., Palagin I., Edelstein I., Stratchounski L. Prevalence and molecular epidemiology of СТХ-М extended-spectrum beta-lactamase-producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in Russian hospitals. Antimicrob. Agents Chemother. 2003, 47, 3724-3732]. На основании гомологии аминокислотных последовательностей эти ферменты разделяются на 4 филогенетические группы (субкластеры). Расширение спектра их субстратной специфичности также связано с возникновением единичных мутаций. Ключевыми мутациями, определяющими спектр субстратной специфичности в отношении цефалоспоринов, являются мутации в положениях 167 и 240. Мутации в положениях 26, 230, 253, 278 для субкластера СТХ-М-2, в положениях 121, 231 для субкластера СТХ-М-9 важны для распознавания ферментов СТХ-М типа, распространенных в различных странах, в том числе и в России.Recently, in many countries of the world, including the Russian Federation, there has been a rapid spread of STX-M type BLRS [Edelstein M., Pimkin M., Palagin I., Edelstein I., Stratchounski L. Prevalence and molecular epidemiology of CTX- M extended-spectrum beta-lactamase-producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae in Russian hospitals. Antimicrob. Agents Chemother. 2003, 47, 3724-3732]. Based on the homology of amino acid sequences, these enzymes are divided into 4 phylogenetic groups (subclusters). The expansion of the spectrum of their substrate specificity is also associated with the occurrence of single mutations. The key mutations that determine the spectrum of substrate specificity for cephalosporins are mutations at
Стандартные клинические методы определения природы патогенов, вызывающих инфекционные заболевания, и определения устойчивости к антибиотикам основаны на фенотипической характеристике микроорганизмов-возбудителей. Эти методы достаточно длительны по времени, трактовка данных чувствительности штаммов к антибиотикам может быть неоднозначной. Традиционные микробиологические методы детекции БЛРС в лучшем случае позволяют оценить факт наличия фермента, однако они не могут дать информации о том, какой именно из ферментов присутствует, при этом ни один из традиционных микробиологических методов не обеспечивает детекцию БЛРС у 100% штаммов. Критерии чувствительности грамотрицательных микроорганизмов к цефалоспоринам III поколения Национальный комитет по клиническим лабораторным стандартам США (National Committee for Clinical Laboratory Standards, NCCLS) установил только для Е. coli и Klebsiella spp. В то же время продукция БЛРС описана практически у всех представителей семейства Enterobacteriaceae и ряда других грамотрицательных микроорганизмов.Standard clinical methods for determining the nature of pathogens that cause infectious diseases and determining antibiotic resistance are based on the phenotypic characterization of pathogens. These methods are quite long in time; the interpretation of the data on the sensitivity of strains to antibiotics can be ambiguous. Traditional microbiological methods for detecting BLRS at best make it possible to assess the fact of the presence of an enzyme, but they cannot provide information about which of the enzymes is present, while none of the traditional microbiological methods can detect BLRS in 100% of strains. The sensitivity criteria of gram-negative microorganisms to third generation cephalosporins were determined by the National Committee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS) only for E. coli and Klebsiella spp. At the same time, BLRS production is described in almost all representatives of the Enterobacteriaceae family and a number of other gram-negative microorganisms.
Молекулярно-генетические методы позволяют более точно и полно определить и охарактеризовать гены, отвечающие за развитие резистентности. Быстрым и экономичным методом детекции БЛРС является амплификация генов-мишеней в ПЦР. Описан метод мультипраймерной ПЦР для идентификации генов бета-лактамаз SHV, ТЕМ и СТХ-М типов [Monstein H.J. et al. Multiplex PCR amplification assay for the detection of blaSHV, blaTEM and blаСТХ-М genes in Enterobacteriaceae. APMIS, 2007, 115, 1400-1408]. В результате мультипраймерной ПЦР амплифицируются фрагменты генов бета-лактамаз SHV, ТЕМ и СТХ-М типов, на основании размеров которых производится идентификация типа гена. Дифференцировать гены внутри указанных групп данным методом не представляется возможным, и необходимо дальнейшее исследование генов с целью выявления возможных мутаций, определяющих расширенный спектр активности.Molecular genetic methods make it possible to more accurately and fully identify and characterize the genes responsible for the development of resistance. A quick and economical method for detecting BLRS is to amplify target genes in PCR. The method of multi-primer PCR to identify the genes of beta-lactamases SHV, TEM and CTX-M types [Monstein H.J. et al. Multiplex PCR amplification assay for the detection of blaSHV, blaTEM and blАТХ-M genes in Enterobacteriaceae. APMIS, 2007, 115, 1400-1408]. As a result of multi-primer PCR, fragments of the SHV, TEM, and CTX-M types of beta-lactamases are amplified, based on the size of which gene type is identified. It is not possible to differentiate genes within these groups by this method, and further study of the genes is necessary in order to identify possible mutations that determine the extended spectrum of activity.
Перспективным методом идентификации генов являются методы генотипирования на микрочипах. Технологии, развиваемые с использованием биологических микрочипов, в настоящее время активно развиваются в мире для выявления и идентификации биологического материала [Heller M.J. DNA microarray technology: devices, systems, and applications. Annu Rev Biomed Eng. 2002, 4, 129-53]. ДНК-микрочипы представляют собой подложку из стекла, кремния, пористых мембранных материалов, полимерных носителей, на которую нанесены в виде матрицы фрагменты ДНК, синтетические олигонуклеотиды, белки или иные молекулы-зонды, которые могут проявлять биологическую активность. ДНК-микрочипы для идентификации генов и мутаций в них основаны на гибридизации исследуемой нуклеотидной последовательности с расположенными в определенном порядке известными олигонуклеотидами или ДНК-последовательностями, иммобилизованными на поверхности микрочипа. Технология ДНК-чипов позволяет осуществлять многопараметрический анализ и проводить идентификацию патогена и его устойчивости к антибиотикам на молекулярном уровне. Данная технология является более информативной и имеет значительные преимущества перед традиционными молекулярно-биологическими методами, т.к. позволяет миниатюризировать исследуемый образец и анализатор, что значительно снижает стоимость анализа и время его проведения, а также одновременно определять различные параметры исследуемого образца.A promising method for identifying genes is microarray genotyping methods. Technologies developed using biological microchips are currently being actively developed in the world to identify and identify biological material [Heller M.J. DNA microarray technology: devices, systems, and applications. Annu Rev Biomed Eng. 2002, 4, 129-53]. DNA microarrays are a substrate of glass, silicon, porous membrane materials, and polymeric carriers onto which DNA fragments, synthetic oligonucleotides, proteins, or other probe molecules that can exhibit biological activity are applied in a matrix. DNA microarrays for identifying genes and mutations in them are based on hybridization of the studied nucleotide sequence with known oligonucleotides or DNA sequences immobilized on the surface of the microarray arranged in a specific order. The technology of DNA chips allows for multi-parameter analysis and identification of the pathogen and its resistance to antibiotics at the molecular level. This technology is more informative and has significant advantages over traditional molecular biological methods, because it allows miniaturization of the test sample and analyzer, which significantly reduces the cost of analysis and the time it takes, as well as simultaneously determine the various parameters of the test sample.
Описан ДНК-макрочип на основе мембранного носителя для идентификации генов бета-лактамаз СТХ-М типа и отдельных мутаций в них методом гибридизационного анализа [Ensor V.M. et al. A novel reverse-line hybridization assay for identifying genotypes of CTX-M-type extended-spectrum β-lactamases. J. Antimicrob. Chemotherapy, 2007, 59, 387-395]. Недостатком данного подхода является «макро»формат чипа, в процессе полимеразной цепной реакции амплифицируются фрагменты генов бета-лактамаз СТХ-М типа, в результате возможно определить только ограниченное число мутаций. Условия определения мутаций в генах, относящихся к разным субкластерам бета-лактамаз СТХ-М типа, различаются, поэтому определение проводится на разных типах чипов, что затрудняет использование метода в эпидемиологических исследованиях.A DNA macrochip based on a membrane carrier is described for identification of STX-M type beta-lactamase genes and individual mutations in them by hybridization analysis [Ensor V.M. et al. A novel reverse-line hybridization assay for identifying genotypes of CTX-M-type extended-spectrum β-lactamases. J. Antimicrob. Chemotherapy, 2007, 59, 387-395]. The disadvantage of this approach is the “macro” format of the chip, fragments of the CTX-M type beta-lactamases are amplified during the polymerase chain reaction, as a result, it is possible to determine only a limited number of mutations. The conditions for determining mutations in genes belonging to different subclusters of CTX-M type beta-lactamases are different, therefore, the determination is carried out on different types of chips, which complicates the use of the method in epidemiological studies.
Наиболее близким к заявляемому является способ гибридизационного анализа на ДНК-микрочипах с флуоресцентной детекцией для идентификации гена бета-лактамаз ТЕМ типа и мутаций в них [European Patent 1580281 A2, date of publication 28.09.2005, Bulletin 2005/39]. В данном способе проводили выбор последовательностей олигонуклеотидов, идентичных структуре гена бета-лактамазы ТЕМ типа, и иммобилизовали их на поверхности микрочипов из стекла. Метод гибридизационного анализа включал следующие стадии: выделение ДНК из образца, амплификацию специфического гена бета-лактамазы ТЕМ типа с одновременным введением флуоресцентной метки Су5, фрагментацию ДНК с помощью ДНКазы, гибридизацию меченой ДНК с иммобилизованными олигонуклеотидами, детекцию результатов гибридизации по активности флуоресцентной метки.Closest to the claimed is a method of hybridization analysis on DNA microarrays with fluorescence detection to identify the TEM type beta-lactamase gene and mutations in them [European Patent 1580281 A2, date of publication September 28, 2005, Bulletin 2005/39]. In this method, the selection of sequences of oligonucleotides identical to the structure of the TEM type beta-lactamase gene was carried out and they were immobilized on the surface of glass microarrays. The method of hybridization analysis included the following stages: extraction of DNA from a sample, amplification of a specific TEM type beta-lactamase gene with simultaneous introduction of a Cy5 fluorescent label, DNA fragmentation, hybridization of labeled DNA with immobilized oligonucleotides, detection of hybridization results by activity of the fluorescent label.
Задачей данного изобретения является разработка способа одновременного высокоспецифичного определения основных типов генов бета-лактамаз класса А (ТЕМ, SHV и СТХ-М) и точечных мутаций в них, вызывающих устойчивость микроорганизмов-возбудителей инфекционных заболеваний к пенициллинам и цефалоспоринам. Для этого предлагается использовать ДНК-микрочип с иммобилизованными специфическими олигонуклеотидами и реакцию мультипраймерной полимеразной цепной реакции для одновременной амплификации генов бета-лактамаз указанных типов. В процессе ПЦР в гены бета-лактамаз вводится метка - биотин. Биотин выявляется на поверхности микрочипа с помощью высокоспецифического взаимодействия биотина со стрептавидином в составе ковалентного конъюгата с пероксидазой хрена, которую затем выявляют колориметрически по накоплению нерастворимого окрашенного продукта ферментативной реакции, адсорбирующегося на поверхности микрочипа. Для количественной детекции результата гибридизации на чипе возможно применение оптических сканеров высокого разрешения.The objective of the invention is to develop a method for the simultaneous highly specific determination of the main types of beta-lactamase class A genes (TEM, SHV and CTX-M) and point mutations in them, which cause the resistance of microorganisms that cause infectious diseases to penicillins and cephalosporins. For this, it is proposed to use a DNA microchip with specific immobilized oligonucleotides and a multi-primer polymerase chain reaction for the simultaneous amplification of beta-lactamase genes of the indicated types. In the process of PCR, a label - biotin is introduced into the beta-lactamase genes. Biotin is detected on the surface of the microchip using the highly specific interaction of biotin with streptavidin as part of a covalent conjugate with horseradish peroxidase, which is then detected colorimetrically by the accumulation of an insoluble colored product of the enzymatic reaction adsorbed on the surface of the microchip. To quantify the result of hybridization on a chip, it is possible to use high-resolution optical scanners.
Специфические олигонуклеотиды и контрольные олигонуклеотиды иммобилизуются одновременно в виде матрицы на поверхности микрочипа из нерастворимого носителя, в качестве которого может быть использовано стекло, пористые мембранные носители и другие материалы. Общий вид ДНК-чипа и расположение специфических олигонуклеотидов на нем изображены на фиг.1. Каждый олигонуклеотид наносят в виде трех пятен, расположенных по горизонтальной линии. Размер пятен определяется параметрами используемого оборудования и принципа нанесения. Контроли иммобилизации и гибридизации наносят на линии, ограничивающие микрочип сверху и снизу либо справа и слева. Олигонуклеотиды для выявления одной точечной мутации располагают в виде двух линий, каждая из трех точек, друг под другом. Число линий для определения одной мутации увеличивается, если имеется несколько вариантов полиморфизма гена в исследуемом участке. В качестве специфических олигонуклеотидов для идентификации генов бета-лактамаз СТХ-М типа и выявления положений мутации 238/240 в генах бета-лактамаз SHV типа используют смесь двух олигонуклеотидов в соотношении 1:1 (смесь олигонуклеотидов 30 и 31 для идентификации генов бета-лактамаз СТХ-М типа, смесь олигонуклеотидов 20 и 21 для положения, соответствующего ферменту «дикого» типа SHV-1, смесь олигонуклеотидов 22 и 23 и смесь олигонуклеотидов 28 и 29 для мутантов S_238/240_MT_1 и S_238/240_MT_6 соответственно).Specific oligonucleotides and control oligonucleotides are immobilized simultaneously in the form of a matrix on the surface of the microchip from an insoluble carrier, which can be used glass, porous membrane carriers and other materials. General view of the DNA chip and the location of specific oligonucleotides on it are shown in Fig.1. Each oligonucleotide is applied in the form of three spots located in a horizontal line. The size of the spots is determined by the parameters of the equipment used and the principle of application. Immobilization and hybridization controls are applied to lines restricting the microchip from above and below or to the right and left. Oligonucleotides for detecting one point mutation are arranged in the form of two lines, each of three points, one under the other. The number of lines for determining one mutation increases if there are several variants of gene polymorphism in the study area. As specific oligonucleotides for identifying STX-M type beta-lactamases genes and identifying 238/240 mutation positions in SHV type beta-lactamases, a 1: 1 mixture of two oligonucleotides is used (a mixture of oligonucleotides 30 and 31 for identifying STX beta-lactamases genes -M type, a mixture of oligonucleotides 20 and 21 for the position corresponding to the wild-type enzyme SHV-1, a mixture of oligonucleotides 22 and 23 and a mixture of oligonucleotides 28 and 29 for mutants S_238 / 240_MT_1 and S_238 / 240_MT_6, respectively).
Способ проведения гибридизационного анализа включает следующие стадии:The method of conducting hybridization analysis includes the following stages:
а) стадию выделения ДНК из клинического образца;a) the stage of DNA extraction from a clinical sample;
б) стадию одновременной амплификации генов бета-лактамаз ТЕМ, SHV и СТХ-М типов методом мультиплексной полимеразной цепной реакции с введением метки - биотина;b) the stage of simultaneous amplification of the beta-lactamase genes TEM, SHV and CTX-M types by the method of multiplex polymerase chain reaction with the introduction of the label - biotin;
в) стадию фрагментации меченой ДНК с помощью ДНКазы;C) the stage of fragmentation of labeled DNA using DNase;
г) стадию гибридизации меченой ДНК с иммобилизованными на ДНК-микрочипе олигонуклеотидами;d) the stage of hybridization of labeled DNA with oligonucleotides immobilized on a DNA microchip;
д) стадию детекции метки биотина, состоящую из инкубации микрочипа с конъюгатом стрептавидин-ПХ с последующей колориметрической детекцией ПХ.e) the stage of detection of the biotin label, consisting of incubation of the microchip with the streptavidin-HRP conjugate, followed by colorimetric HR detection.
В результате проведения гибридизационного анализа образцов ДНК, выделенных из клинических образцов возбудителей, на микрочипе с иммобилизованным набором олигонуклеотидов достигается следующий технический результат:As a result of the hybridization analysis of DNA samples isolated from clinical samples of pathogens, the following technical result is achieved on a microchip with an immobilized set of oligonucleotides:
1) специфическая амплификация полноразмерных генов бета-лактамаз различных типов в одной мультиплексной ПЦР с одновременным введением биотина в качестве метки,1) the specific amplification of full-sized genes of beta-lactamases of various types in one multiplex PCR with the simultaneous introduction of biotin as a label,
2) высокоспецифичное одновременное определение генов бета-лактамаз ТЕМ, SHV и СТХ-М типов и ключевых мутаций в них. Использование биотина в качестве метки позволяет обеспечить более высокую специфичность определения точечных мутаций вследствие небольшого размера молекулы и меньшего влияния на конформацию полинуклеотидной цепи по сравнению с флуоресцентными метками.2) highly specific simultaneous determination of beta-lactamase genes TEM, SHV and CTX-M types and key mutations in them. The use of biotin as a label allows one to provide higher specificity for the determination of point mutations due to the small size of the molecule and less influence on the conformation of the polynucleotide chain in comparison with fluorescent labels.
Принцип проведения габридизационного анализа на ДНК-микрочипе позволяет расширять состав олигонуклеотидов и добавлять специфические нуклеотиды для идентификации других мутаций в генах бета-лактамаз ТЕМ, SHV и СТХ-М типов либо для идентификации бета-лактамаз других типов при сохранении способа проведения анализа.The principle of conducting gabridization analysis on a DNA microarray allows you to expand the composition of oligonucleotides and add specific nucleotides to identify other mutations in the TEM, SHV and CTX-M types of beta-lactamases or to identify other types of beta-lactamases while maintaining the method of analysis.
Предлагаемый способ является простым и надежным, в нем не используются дорогостоящие реагенты и оборудование.The proposed method is simple and reliable, it does not use expensive reagents and equipment.
Перечень сокращений:List of abbreviations:
БЛРС - бета-лактамазы расширенного спектраBLRS - extended-spectrum beta-lactamases
ПХ - пероксидаза хренаHRP - horseradish peroxidase
ПЦР - полимеразная цепная реакцияPCR - polymerase chain reaction
Примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретенияExamples confirming the possibility of carrying out the invention
Приведенные далее примеры предназначены лишь для подтверждения возможности осуществления изобретения и не ограничивают объем защиты изобретения.The following examples are intended only to confirm the feasibility of the invention and do not limit the scope of protection of the invention.
Пример 1Example 1
Идентификация гена бета-лактамаз ТЕМ типа и определение точечных мутаций методом гибридизационного анализа на ДНК-микрочипе с колориметрической детекциейIdentification of the TEM type beta-lactamase gene and determination of point mutations by hybridization analysis on a DNA microarray with colorimetric detection
На поверхности микрочипа из нитроцеллюлозы ковалентно иммобилизовали олигонуклеотиды по схеме, представленной на фиг.1, из растворов с концентрацией 20 мкМ в солевом буфере (160 мМ Na2SO4, 130 мМ Na2HPO4) нанесением на микрочип зон в виде пятен с диаметром от 50 до 350 мкм с помощью миниплоттера «Xact Arrayer» (LabNEXT Inc, США), затем инкубировали в течение 30 мин при 60°С. Микрочип отмывали 5 мин в 0,1% TritonX-100, 4 мин в 0,05% растворе НCl, 10 мин в 100 мМ KCl при постоянном встряхивании на горизонтальном шейкере при комнатной температуре. После этого микрочип отмывали 5 мин в в буфере ФБС (0,01 М KH2PO4, 0,15 М NaCl, pH 7.0) и инкубировали в 1% растворе БСА в том же буфере при 37°С в течение 30 мин для блокирования свободных центров связывания белков на поверхности микрочипа.Oligonucleotides were covalently immobilized on the surface of a nitrocellulose microchip according to the scheme shown in Fig. 1 from solutions with a concentration of 20 μM in saline buffer (160 mm Na 2 SO 4 , 130 mm Na 2 HPO 4 ) by applying spots in the form of spots with a diameter from 50 to 350 μm using a mini-plotter "Xact Arrayer" (LabNEXT Inc, USA), then incubated for 30 min at 60 ° C. The microchip was washed 5 min in 0.1% TritonX-100, 4 min in a 0.05% HCl solution, 10 min in 100 mM KCl with constant shaking on a horizontal shaker at room temperature. After that, the microchip was washed for 5 min in PBS (0.01 M KH 2 PO 4 , 0.15 M NaCl, pH 7.0) and incubated in a 1% BSA solution in the same buffer at 37 ° C for 30 min to block free protein binding sites on the surface of the microchip.
Для выделения ДНК исследуемые образцы энтеробактерий рассевались до отдельных колоний на чашки с агаром. Чашки инкубировали в термостате при 37°С в течение 12-15 часов. Затем 2-3 одинаковые колонии (1/2 петли) переносили с помощью стерильной 1-мкл петли в 0,5-мл центрифужную пробирку с 400 мкл стерильной деионизированной воды, суспендировали и микробные клетки осаждали центрифугированием в течение 2 мин при 7000 g. Затем удаляли надосадочную жидкость и ресуспендировали осадок в 100 мкл ТЕ буфера (10 mM Трис-HCl, 1 mM ЭДТА, рН 7.5). Инкубировали пробирки на водяной бане при 99°С в течение 20 мин. Встряхивали и центрифугировали пробирку при 7000 g в течение 3 мин, далее для ПЦР использовали супернатант.To isolate DNA, the studied enterobacterial samples were seeded to separate colonies on agar plates. The cups were incubated in a thermostat at 37 ° C for 12-15 hours. Then 2-3 identical colonies (1/2 loops) were transferred using a sterile 1 μl loop into a 0.5 ml centrifuge tube with 400 μl of sterile deionized water, suspended and microbial cells were pelleted by centrifugation for 2 min at 7000 g. The supernatant was then removed and the pellet resuspended in 100 μl TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7.5). Tubes were incubated in a water bath at 99 ° C for 20 minutes. The tube was shaken and centrifuged at 7000 g for 3 min, then the supernatant was used for PCR.
Амплификацию методом ПЦР проводили в пробирках на 0,5 мл в объеме 25 мкл. В состав реакционной смеси входили: 1×Taq ДНК полимеразный буфер (2,5 мМ ацетата магния, 50 мМ KCl, 10 мМ Трис-HCl, рН 8.3), 2,5 ед. Taq ДНК-полимераза, 100 мкМ dATP, dGTP, dCTP, 60 мкМ dTTP, 40 мкМ dUTP-биотин, по 0,4 мкМ смеси прямых праймеров (5'-ATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCG-3', 5'-TTATATTCGCCTGTGTATTATCTC-3', 5'-ATGGTTAAAAAATCACTGCGCCAG-3', 5'-ATGATGACTCAGAGCATTCGCC-3', 5'-GGTGACAAAGAGAGTGCAACGG-3') и обратных праймеров (5'-CTTAATCAGTGAGGCACCTATCTC-3', 5'-GTTAGCGTTGCCAGTGCTCG-3', 5'-CCGTCGGTGACGATTTTAGCCG-3', 5'-CCGTGGGTTACGATTTTCGCCG-3', 5'-CCCTTCGGCGATGATTCTCGC-3') и 5 мкл раствора образца ДНК. Амплификацию проводили в амплификаторе Mastercycler gradient (Eppendorf, Германия) по следующему протоколу: денатурация в течение 2 мин при 94°С, затем 30 циклов амплификации (20 сек денатурация при 94°С, 30 сек отжиг праймеров при 65°С, 45 сек элонгации при 72°С), затем 8 мин финальная элонгация при 72°С.PCR amplification was carried out in 0.5 ml tubes in a volume of 25 μl. The composition of the reaction mixture included: 1 × Taq DNA polymerase buffer (2.5 mm magnesium acetate, 50 mm KCl, 10 mm Tris-HCl, pH 8.3), 2.5 units Taq DNA polymerase, 100 μM dATP, dGTP, dCTP, 60 μM dTTP, 40 μM dUTP-biotin, 0.4 μM direct primer mixes (5'-ATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCG-3 ', 5'-TTATATTCGCCTGTGTATTATCTC-3 -ATGGTTAAAAAATCACTGCGCCAG-3 ', 5'-ATGATGACTCAGAGCATTCGCC-3', 5'-GGTGACAAAGAGAGTGCAACGG-3 ') and reverse primers (5'-CTTAATCAGTGAGGCACCTATCTC-3', 5GTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTCGTCGTGTGTGTGTGTCGTGTGTGTGTGTCGTCGTGTGTCGTCGTGTCGTC 5'-CCGTGGGTTACGATTTTCGCCG-3 ', 5'-CCCTTCGGCGATGATTCTCGC-3') and 5 μl DNA sample solution. Amplification was carried out in a Mastercycler gradient thermocycler (Eppendorf, Germany) according to the following protocol: denaturation for 2 min at 94 ° С, then 30 cycles of amplification (20 sec denaturation at 94 ° С, 30 sec annealing of primers at 65 ° С, 45 sec. Elongation at 72 ° C), then 8 min final elongation at 72 ° C.
Для фрагментации амплифицированный ген бета-лактамазы растворяли в концентрации 30 нг/мкл в реакционном буфере (40 мМ Трис-НCl, 10 мМ MgSO4, 1 мМ CaCl2, рН 8.0) и добавляли ДНКазу в концентрации 0,2 мU/нг ДНК. Фрагментацию проводили при комнатной температуре в течение 5 мин. Реакцию останавливали, добавляя 3 мМ ЭДТА и инкубируя 10 мин в термостате при 65°С.For fragmentation, the amplified beta-lactamase gene was dissolved at a concentration of 30 ng / μl in the reaction buffer (40 mM Tris-HCl, 10 mM MgSO 4 , 1 mM CaCl 2 , pH 8.0) and DNase was added at a concentration of 0.2 mU / ng DNA. Fragmentation was carried out at room temperature for 5 minutes. The reaction was stopped by adding 3 mm EDTA and incubating for 10 min in an incubator at 65 ° C.
Для гибридизации 500 нг фрагментированной меченой ДНК растворяли в 400 мкл гибридизационном буфере (2×SSPE (0,8 М NaCl, 50 мМ NaH2PO4, 5 мМ ЭДТА), рН 7.7, содержащем 0,2% додецилсульфата натрия). Гибридизационную смесь наносили на ДНК-микрочип и инкубировали в течение 2 часов при температуре 45°С. После гибридизации проводили отмывку микрочипа в три стадии: 1) 2×SSC (0,3 М NaCl, 0,03 М цитрат натрия, содержащем 0,1% SDS, 2) 2×SSC и 3) 0,2×SSC, каждая стадия по 10 мин при комнатной температуре. Затем микрочипы инкубировали в растворе конъюгата стрептавидин-пероксидаза (разведение 1/1000) в ФБСТ (0,01 М KH2PO4, 0,15 М NaCl, 0,05% Tween20 pH 7.0), содержащем 1% БСА, в течение 1 часа при комнатной температуре при встряхивании на горизонтальном шейкере. После инкубации микрочипы отмывали (2 раза по 5 мин в ФБСТ, 1 раз - 5 мин в ФБС (0,01 М KH2PO4, 0,15 М NaCl, pH 7.0)) и помещали в субстратный раствор, содержащий 9,5 мл 0,1 М ацетатного буфера pH 5.5, 0,75 мл раствора 3,3',5,5'-тетраметилбензидина (6,3 мг/мл диметилсульфоксида), 1,5 мл 5% декстран сульфата натрия и 0,075 мл 0,2 М пероксида водорода, на 10 мин при комнатной температуре. После окрашивания микрочипы промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе. Далее микрочипы сканировали на оптическом сканере Perfection V750 Pro (Epson) при разрешении 4800 dpi. Полученное изображение (в tiff формате) обрабатывали количественно с использованием программы Scan Array Express (PerkinElmer, version 3.0). Результаты представлены на фиг.2.For hybridization, 500 ng of fragmented labeled DNA was dissolved in 400 μl of hybridization buffer (2 × SSPE (0.8 M NaCl, 50 mM NaH 2 PO 4 , 5 mM EDTA), pH 7.7, containing 0.2% sodium dodecyl sulfate). The hybridization mixture was applied to a DNA microarray and incubated for 2 hours at a temperature of 45 ° C. After hybridization, the microchip was washed in three stages: 1) 2 × SSC (0.3 M NaCl, 0.03 M sodium citrate containing 0.1% SDS, 2) 2 × SSC and 3) 0.2 × SSC, each stage 10 min at room temperature. Then, the microarrays were incubated in a solution of streptavidin peroxidase conjugate (1/1000 dilution) in PBST (0.01 M KH 2 PO 4 , 0.15 M NaCl, 0.05% Tween20 pH 7.0) containing 1% BSA for 1 hours at room temperature with shaking on a horizontal shaker. After incubation, the microchips were washed (2 times, 5 min in FBS, 1 time - 5 min in PBS (0.01 M KH 2 PO 4 , 0.15 M NaCl, pH 7.0)) and placed in a substrate solution containing 9.5 ml of 0.1 M acetate buffer pH 5.5, 0.75 ml of a solution of 3.3 ', 5.5'-tetramethylbenzidine (6.3 mg / ml of dimethyl sulfoxide), 1.5 ml of 5% dextran sodium sulfate and 0.075
Пример 2Example 2
Идентификация гена бета-лактамаз SHV типа и определение точечных мутаций методом гибридизационного анализа на ДНК-микрочипе с колориметрической детекциейSHV beta-lactamase gene identification and point mutation detection by hybridization analysis on a DNA microarray with colorimetric detection
Микрочип готовили, как описано в примере 1. Выделение ДНК из образца, амплификацию гена методом ПЦР, фрагментирование гена, гибридизацию на ДНК-микрочипе и детекцию проводили, как описано в примере 1.The microchip was prepared as described in example 1. Isolation of DNA from the sample, amplification of the gene by PCR, fragmentation of the gene, hybridization on a DNA microarray and detection were performed as described in example 1.
Результаты представлены на фиг.3.The results are presented in figure 3.
Пример 3Example 3
Идентификация гена бета-лактамаз СТХ-М типа и определение точечных мутаций методом гибридизационного анализа на ДНК-микрочипе с колориметрической детекциейSTX-M type beta-lactamase gene identification and determination of point mutations by hybridization analysis on a DNA microarray with colorimetric detection
Микрочип готовили, как описано в примере 1. Выделение ДНК из образца, амплификацию гена методом ПЦР, фрагментирование гена, гибридизацию на ДНК-микрочипе и детекцию проводили, как описано в примере 1.The microchip was prepared as described in example 1. Isolation of DNA from the sample, amplification of the gene by PCR, fragmentation of the gene, hybridization on a DNA microarray and detection were performed as described in example 1.
Результаты представлены на фиг.4.The results are presented in figure 4.
Пример 4Example 4
Идентификация смеси трех генов бета-лактамаз ТЕМ, SHV и СТХ-М типов и определение точечных мутаций в них методом гибридизационного анализа на ДНК-микрочипе с колориметрической детекциейIdentification of a mixture of three genes of beta-lactamases TEM, SHV and CTX-M types and determination of point mutations in them by hybridization analysis on a DNA microarray with colorimetric detection
Микрочип готовили, как описано в примере 1. Выделение ДНК из образца, амплификацию гена методом ПЦР, фрагментирование гена, гибридизацию на ДНК-микрочипе и детекцию проводили, как описано в примере 1.The microchip was prepared as described in example 1. Isolation of DNA from the sample, amplification of the gene by PCR, fragmentation of the gene, hybridization on a DNA microarray and detection were performed as described in example 1.
Результаты представлены на фиг.5.The results are presented in figure 5.
В табл. 1 и 2 представлены олигонуклеотиды и типы праймеров.In the table. 1 and 2 show oligonucleotides and types of primers.
Claims (1)
амплификацию ДНК проводят методом мультипраймерной ПЦР, при этом в качестве праймеров используют следующие: прямые 5'-ATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCG-3', 5'-TTATATTCGCCTGTGTATTATCTC-3', 5'-ATGGTTAAAAAATCACTGCGCCAG-3', 5'-ATGATGACTCAGAGCATTCGCC-3', 5'-GGTGACAAAGAGAGTGCAACGG-3', обратные 5'-CTTAATCAGTGAGGCACCTATCTC-3', 5'-GTTAGCGTTGCCAGTGCTCG-3', 5'-CCGTCGGTGACGATTTTAGCCG-3', 5'-CCGTGGGTTACGATTTTCGCCG-3,5'-CCCTTCGGCGATGATTCTCGC-3'; в качестве метки ДНК используют биотин, детекцию которого проводят колориметрически с использованием конъюгата стрептавидин-пероксидаза хрена. A method for identifying extended class A beta-lactamases genes, which provides for the selection of oligonucleotide sequences identical to the structure of the gene being determined, their simultaneous immobilization on the surface of microarrays, DNA extraction from the sample, DNA amplification with simultaneous labeling, DNA fragmentation using DNase, labeled DNA hybridization with immobilized oligonucleotides followed by label detection, characterized in that as specific oligonucleotides for gene identification beta-lactamase TEM, SHV and CTX-M types and the detection of point mutations in the following oligonucleotides are used:
DNA amplification is carried out by the method of multi-primer PCR, and the following are used as primers: direct 5'-ATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCG-3 ', 5'-TTATATTCGCCTGTGTATTATCTC-3', 5'-ATGGTTAAAAAATCACTGCGCCAG-3 ', 5', 5AT -GGTGACAAAGAGAGTGCAACGG-3 ', inverse 5'-CTTAATCAGTGAGGCACCTATCTC-3', 5'-GTTAGCGTTGCCAGTGCTCG-3 ', 5'-CCGTCGGTGACGATTTTTAGCCG-3', 5'-CCGTGTGTGTGCCGGCCGTGTGTGCCGGGGGGGG-3 ' Biotin is used as a DNA label, the detection of which is carried out colorimetrically using the horseradish streptavidin-peroxidase conjugate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139126/10A RU2415932C1 (en) | 2009-10-23 | 2009-10-23 | Method for identifying extended spectrum class a beta-lactamase genes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139126/10A RU2415932C1 (en) | 2009-10-23 | 2009-10-23 | Method for identifying extended spectrum class a beta-lactamase genes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2415932C1 true RU2415932C1 (en) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139126/10A RU2415932C1 (en) | 2009-10-23 | 2009-10-23 | Method for identifying extended spectrum class a beta-lactamase genes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2415932C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014102761A2 (en) | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Conselleria De Sanitat | Primers for the detection and typing of carbapenemase-producing bacterial strains, and detection method and kit |
-
2009
- 2009-10-23 RU RU2009139126/10A patent/RU2415932C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Уляшова М.М., Рубцова М.Ю., Егоров A.M. Метод гибридизационного анализа на ДНК-микрочипах с колориметрической детекцией для определения точечных мутаций в генах, выставка инновационных проектов, МГУ им. М.В.Ломоносова, химический факультет, сборник тезисов. - М., 2008, с.34. Ling-Xiang Zhu et al. Multiplex Asymmetric PCR-Based Oligonucleotide Microarray for Detection of Drug Resistance Genes Containing Single Mutations in Enterobacteriaceae. Published online 2007 July 23. doi: 10.1128/AAC.01461-06 Copyright © American Society for Microbiology, 2007 October; 51(10): 3707-3713. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014102761A2 (en) | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Conselleria De Sanitat | Primers for the detection and typing of carbapenemase-producing bacterial strains, and detection method and kit |
EP3392346A1 (en) | 2012-12-31 | 2018-10-24 | Fundación para el Fomento de la Investigación Sanitaria y Biomedica de la comunitat Valenciana | Primers for detection and typing of carbapenemase producing bacterial strains, and detection method and kit |
EP3392350A1 (en) | 2012-12-31 | 2018-10-24 | Fundación para el Fomento de la Investigación Sanitaria y Biomedica de la comunitat Valenciana | Primers for detection and typing of carbapenemase producing bacterial strains, and detection method and kit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20110269130A1 (en) | Antibiotice Susceptibility Profiling Methods | |
JP3749540B2 (en) | Nucleic acid probe for detection of bacteria belonging to the genus PEDIOCOCCUS and LACTOBACILLUS, and method for detecting bacterial substances causing malt rot | |
US20110245094A1 (en) | Detection of microbial nucleic acids | |
US20100255474A1 (en) | Method for Detecting Bacteria and Fungi | |
US8187816B2 (en) | Probe set, probe-immoblized carrier, and genetic testing method for detecting Anaerococcus prevotii | |
US8148063B2 (en) | Probe, probe set, probe-immobilized carrier, and genetic testing method | |
KR20100044736A (en) | A novel method for simultaneous detection and discrimination of bacterial, fungal, parasitic and viral infections of eye and central nervous system | |
JPH10504973A (en) | Specific and universal probes and amplification primers for rapid detection and identification of common bacterial pathogens and antibiotic resistance genes from clinical specimens for routine diagnostics in microbiological laboratories | |
US20090298069A1 (en) | Probe, probe set, probe-immobilized carrier, and genetic testing method | |
US20120171681A1 (en) | Oligonucleotides, methods and kits for detecting and identifying vancomycin-resistant enterococcus | |
JP4662578B2 (en) | Methods and kits for identifying antibiotic-resistant microorganisms | |
Kim et al. | Detection of representative enteropathogenic bacteria, Vibrio spp., pathogenic Escherichia coli, Salmonella spp., Shigella spp., and Yersinia enterocolitica, using a virulence factor gene-based oligonucleotide microarray | |
JP2006525809A5 (en) | ||
CN116042902A (en) | Real-time fluorescent nucleic acid isothermal amplification detection kit for simultaneously detecting six candida species and special primer and probe thereof | |
US20090215638A1 (en) | Antibiotic susceptibility and virulence factor detection in pseudomonas aeruginosa | |
RU2415932C1 (en) | Method for identifying extended spectrum class a beta-lactamase genes | |
US20100167956A1 (en) | Dna chip for detection of escherichia coli | |
US20230175076A1 (en) | Primer set and probe for detecting klebsiella spp. bacteria | |
US20080124736A1 (en) | Detection of virulence markers of staphylococci | |
RU2415937C1 (en) | Dna microchip for identifying extended spectrum class a beta-lactamase genes | |
WO2019221219A1 (en) | Method for examining bacterium, microarray for examining bacterium, kit for examining bacterium, probe set for examining bacterium, and primer set for examining bacterium | |
CN102676646A (en) | Reverse dot-blot hybridization gene chip and production method thereof | |
RU2636457C2 (en) | Oligonucleotide biochip for identification of genetic determinant of neisseria gonorrhoeae resistance to antimicrobial preparations, set of oligonucleotides used for immobilisation on biochip | |
RU2685188C2 (en) | Dna-chip for identifying genetic determinant of antibiotic resistance of infectious agents leading to disturbed human reproductive functions, kit of oligonucleotides for immobilization on dna-chip | |
US20100167951A1 (en) | Dna chip for detection of staphylococcus aureus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131024 |