RU2760788C1 - Precision method for comparative rapid evaluation of effectiveness of antimicrobial substances against the conditionally pathogenic species pseudomonas aeruginosa - Google Patents

Precision method for comparative rapid evaluation of effectiveness of antimicrobial substances against the conditionally pathogenic species pseudomonas aeruginosa Download PDF

Info

Publication number
RU2760788C1
RU2760788C1 RU2021113954A RU2021113954A RU2760788C1 RU 2760788 C1 RU2760788 C1 RU 2760788C1 RU 2021113954 A RU2021113954 A RU 2021113954A RU 2021113954 A RU2021113954 A RU 2021113954A RU 2760788 C1 RU2760788 C1 RU 2760788C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dna
pseudomonas aeruginosa
sample
effectiveness
culture
Prior art date
Application number
RU2021113954A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Айрат Радикович Мавзютов
Ксения Юрьевна Филяева
Андрей Ханифович Баймиев
Алексей Ханифович Баймиев
Гузель Фаузавиевна Хасанова
Анастасия Дмитриевна Хабирова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Priority to RU2021113954A priority Critical patent/RU2760788C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760788C1 publication Critical patent/RU2760788C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to biotechnology, in particular to laboratory diagnostics, and is intended to quantify the effectiveness of antibacterial drugs and new chemical compounds against the conditionally pathogenic species Pseudomonas aeruginosa.
EFFECT: invention increases the accuracy of assessment and reduces study duration.
1 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области медицинской микробиологии, в частности к лабораторной диагностике, и предназначено для количественной оценки эффективности антибактериальных препаратов и новых химических соединений в отношении условно-патогенного вида Pseudomonas aeruginosa.The invention relates to the field of medical microbiology, in particular to laboratory diagnostics, and is intended for quantitative assessment of the effectiveness of antibacterial drugs and new chemical compounds in relation to the opportunistic species Pseudomonas aeruginosa.

Инфекционные болезни на протяжении многих столетий были и остаются наиболее опасными болезнями человека из-за их способности вовлечь в процесс большое число здоровых людей в течение короткого периода времени. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) 2013 г. в Российской Федерации зарегистрировано более 33 млн 225 тыс.инфекционных заболеваний (в 2012 г. - 31 млн 477 тыс.). В 2013 г. в России умерло 1,9 млн человек, от инфекционных болезней - 31 808 (1,7%), зарегистрировано 33 млн 255 тыс.случаев инфекционных болезней, летальный исход составил - 0,096%. С каждым годом число больных, страдающих инфекционными заболеваниями, увеличивается и не имеет тенденции к снижению. В связи этим встает вопрос о необходимости совершенствования методик быстрого выявления возбудителя и точного определения его чувствительности к лекарственным препаратам, что в свою очередь, необходимо для выбора адекватной антибиотикотерапии. Для этого необходима разработка новых унифицированных, ускоренных, высокочувствительных и высокоспецифичных методов определения антибактериальной эффективности, как оригинальных синтетических препаратов, так и новых химических соединений, и их производных, получаемых в ряду уже зарекомендовавших себя классов химических соединений. Главной задачей внедрения данных методов является сокращение времени определения эффективности антимикробного препарата, повышение точности и простота процедуры исследования.For many centuries, infectious diseases have been and remain the most dangerous human diseases due to their ability to involve a large number of healthy people in the process within a short period of time. According to the World Health Organization (WHO) in 2013, more than 33 million 225 thousand infectious diseases are registered in the Russian Federation (in 2012 - 31 million 477 thousand). In 2013, 1.9 million people died in Russia, 31,808 (1.7%) from infectious diseases, 33,255,000 cases of infectious diseases were registered, the death rate was 0.096%. Every year the number of patients suffering from infectious diseases increases and does not tend to decrease. In this regard, the question arises of the need to improve the methods for the rapid identification of the pathogen and the precise determination of its sensitivity to drugs, which in turn is necessary for the selection of adequate antibiotic therapy. This requires the development of new unified, accelerated, highly sensitive and highly specific methods for determining the antibacterial efficacy of both original synthetic drugs and new chemical compounds and their derivatives obtained in a number of already proven classes of chemical compounds. The main task of the introduction of these methods is to reduce the time for determining the effectiveness of antimicrobial drug, increase the accuracy and simplicity of the research procedure.

На сегодняшний день подавляющее большинство методов определения эффективности химических соединений как синтетического, так и природного происхождения ориентировано на исследование фенотипических признаков, что в свою очередь предполагает высокую трудоемкость, материалоемкость и продолжительность используемых методик.To date, the overwhelming majority of methods for determining the effectiveness of chemical compounds of both synthetic and natural origin are focused on the study of phenotypic traits, which in turn implies high labor intensity, material consumption and duration of the methods used.

Известен способ определения чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам путем воздействия лазерного излучения на пробы с различными антимикробными препаратами и последующим измерением интенсивности флюоресценции образцов в различные интервалы времени. В аналогичных условиях проводят воздействие лазерного излучения и измерение интенсивности флюоресценции проб без антимикробных препаратов и сравнение между собой нормированных интенсивностей флюоресценции проб с антимикробными препаратами [патент RU 2321855, 2006 г.]. Недостаток указанного способа заключается в трудоемкости, высокой стоимости исследования и невозможности быстрого получения данных. Необходимо отметить, что данный способ не отличается высокой точностью и достоверностью получаемых результатов. Это связано с зависимостью результатов экспериментов от многих факторов: стабильности лазерного излучения, загрязнения окружающей среды, напряжения сети, климатических условий и т.п.A known method for determining the sensitivity of microorganisms to antimicrobial drugs by exposure to laser radiation on samples with various antimicrobial drugs and subsequent measurement of the fluorescence intensity of the samples at different time intervals. Under similar conditions, exposure to laser radiation and measurement of the fluorescence intensity of samples without antimicrobial drugs and comparison of the normalized fluorescence intensities of samples with antimicrobial drugs [patent RU 2321855, 2006]. The disadvantage of this method lies in the laboriousness, high cost of research and the impossibility of quickly obtaining data. It should be noted that this method does not differ in high accuracy and reliability of the results obtained. This is due to the dependence of the experimental results on many factors: stability of laser radiation, environmental pollution, mains voltage, climatic conditions, etc.

Известен способ определения профиля антибиотикорезистентности бактерии для повышения эффективности антибактериальной терапии. Способ предполагает: получение высокоочищенной нуклеиновой кислоты бактерии, визуализацию нуклеиновой кислоты бактерии, получение рестрикционной карты нуклеиновой кислоты, сравнение рестрикционной карты нуклеиновой кислоты с базой данных рестрикционных карт и определение антибиотикорезистентности бактерий путем сопоставления регионов заданной нуклеиновой кислоты с соответствующими регионами в используемой базе данных. В дальнейшем с учетом этого подбираются оптимальные антибактериальные препараты [патент WO 137139, 2009 г.]. Описанный способ обладает рядом недостатков: трудозатратность, связанная с необходимостью выделения высокоочищенной нуклеиновой кислоты бактерий, и времязатратность, заключающаяся в продолжительности процедуры составления и сравнения рестрикционных карт, трудоемкость.A known method for determining the profile of antibiotic resistance of bacteria to increase the effectiveness of antibiotic therapy. The method involves: obtaining a highly purified nucleic acid of a bacterium, visualizing a nucleic acid of a bacterium, obtaining a restriction map of a nucleic acid, comparing a restriction map of a nucleic acid with a database of restriction maps and determining the antibiotic resistance of bacteria by comparing regions of a given nucleic acid with the corresponding regions in the used database. In the future, taking this into account, the optimal antibacterial drugs are selected [patent WO 137139, 2009]. The described method has a number of disadvantages: laboriousness associated with the need to isolate highly purified nucleic acid of bacteria, and timeconsuming, which consists in the duration of the procedure for drawing up and comparing restriction maps, laboriousness.

Одним из основных условий для разработки новых методов оценки эффективности антибактериальных препаратов в отношении и грамположительных, и грамотрицательных бактерий является возможность получения точных количественных данных (прецизионных), обладающих одновременно высокой чувствительностью и производительностью.One of the main conditions for the development of new methods for assessing the effectiveness of antibacterial drugs against both gram-positive and gram-negative bacteria is the ability to obtain accurate quantitative data (precision) that have both high sensitivity and productivity.

Прототипом изобретения является способ определения чувствительности микроорганизмов рода Salmonella к антибактериальным препаратам в ходе опыта, включающего инкубирование микроорганизмов определенного вида (конечная концентрация около 1000 клеток/мл) с исследуемым антибактериальным препаратом в известной концентрации при температуре 37°С в течение 24-х часов. После инкубирования к образцам добавляют аптамеры (конечная концентрация 100 нМ), включающие флуоресцентную метку и специфичные тестируемым видам живых микроорганизмов. Повторно инкубируют 20 минут. Образец исследуют методом проточной цитометрии по интенсивности флуоресценции аптамеров, определяемой по графикам. В результате получают значения, показывающие долю связавшихся или не связавшихся бактерий с аптамерами, и таким образом устанавливают количество живых или неживых микроорганизмов в образце [патент RU 2518372, 2012 г.]. Необходимо отметить, что для осуществления данного способа необходимо наличие дорогостоящего и сложного в эксплуатации оборудования, и расходных материалов. Несмотря на снижение трудозатрат в сравнении со стандартными методиками определения, предложенная методика является времязатратной, поскольку требует более продолжительного культивирования с последующей идентификацией культуры.The prototype of the invention is a method for determining the sensitivity of microorganisms of the genus Salmonella to antibacterial drugs in the course of an experiment involving incubation of microorganisms of a certain type (final concentration of about 1000 cells / ml) with a test antibacterial drug at a known concentration at 37 ° C for 24 hours. After incubation, aptamers (final concentration 100 nM), including a fluorescent label and specific to the tested species of living microorganisms, are added to the samples. Re-incubate for 20 minutes. The sample is examined by flow cytometry according to the fluorescence intensity of the aptamers, determined from the graphs. As a result, values are obtained showing the proportion of bacteria bound or not bound to aptamers, and thus the number of living or non-living microorganisms in the sample is established [patent RU 2518372, 2012]. It should be noted that the implementation of this method requires the presence of expensive and difficult to operate equipment and consumables. Despite the reduction in labor costs in comparison with standard methods of determination, the proposed method is time-consuming, since it requires more prolonged cultivation with subsequent identification of the culture.

Задачей настоящего изобретения является разработка унифицированного, высокочувствительного и специфичного, нетрудоемкого способа для экспресс-оценки эффективности антимикробных соединений в отношении условно патогенного вида Pseudomonas aeruginosa с возможностью получения количественных данных.The objective of the present invention is to develop a unified, highly sensitive and specific, non-laborious method for rapid assessment of the effectiveness of antimicrobial compounds against the opportunistic species Pseudomonas aeruginosa with the possibility of obtaining quantitative data.

Технический результат при использовании изобретения - повышение точности оценки за счет получения количественных критериев эффективности, сокращение продолжительности исследования.The technical result when using the invention is to increase the accuracy of the assessment by obtaining quantitative criteria of efficiency, reducing the duration of the study.

Предлагаемый способ оценки эффективности антибактериальных препаратов, а также новых химических соединений в отношении Pseudomonas aeruginosa осуществляется следующим образом.The proposed method for assessing the effectiveness of antibacterial drugs, as well as new chemical compounds against Pseudomonas aeruginosa is carried out as follows.

Используют чистую культуру Pseudomonas aeruginosa, для получения которой проводят взятие клинического материала у инфицированных больных и посев клинического материала на селективный агар для Pseudomonas spp. (Pseudomonas Agar (For Pyocyanin)), предназначенный для селективного выделения и подсчета всех видов Pseudomonas spp.Этот агар первоначально описан Кингом и соавт., а в дальнейшем был рекомендован американским фармакопейным комитетом для определения продукции псевдомонадами пиоцианина - водорастворимого пигмента. На среде стимулируется выработка пиоцианина и подавляется образование флюоресцеина. Пиоцианин диффундирует в среду, обусловливая голубое окрашивание вокруг колоний псевдомонад. У некоторых штаммов вырабатывается небольшое количество пигмента, поэтому отмечается голубовато-зеленое окрашивание.A pure culture of Pseudomonas aeruginosa is used, to obtain which clinical material is taken from infected patients and the clinical material is inoculated on selective agar for Pseudomonas spp. (Pseudomonas Agar (For Pyocyanin)), designed for the selective isolation and enumeration of all Pseudomonas spp., Originally described by King et al., And subsequently recommended by the American Pharmacopoeia Committee for the determination of pseudomonad production of pyocyanin, a water-soluble pigment. On the medium, the production of pyocyanin is stimulated and the formation of fluorescein is suppressed. The pyocyanin diffuses into the medium, causing a blue color around the colonies of the pseudomonads. Some strains produce a small amount of pigment and therefore have a bluish-green coloration.

Далее в соответствии с Клиническими рекомендациями по определению чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам, утвержденными на расширенном совещании Межрегиональной ассоциации по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии (XVI международный конгресс по антимикробной химиотерапии MAKMAX/ESCMID, 21-23 мая 2014, Москва), с использованием стерильной воды или при исследовании плохорастворимых соединений соответствующего разбавителя (дезоксиметилсульфоксида (ДМСО)) из основного раствора готовят рабочие растворы тестируемого антибактериального вещества. Концентрацию рабочего раствора рассчитывают исходя из необходимой максимальной концентрации в ряду серийных разведений, учитывая фактор разбавления препарата при последующей инокуляции. Затем рабочий раствор в количестве 0,5 мл при помощи микропипетки со стерильным наконечником вносят в первую пробирку, содержащую 0,5 мл стерильной воды или растворителя. Тщательно перемешивают и новым стерильным наконечником переносят 0,5 мл раствора антибактериального препарата во вторую пробирку, содержавшую первоначально 0,5 мл стерильной воды или растворителя. Процедуру повторяют, пока не будет приготовлен весь необходимый ряд серийных двукратных разведений. Из последней пробирки 0,5 мл жидкости удаляют. Таким образом, получают ряд пробирок с растворами антибактериальных препаратов, концентрации которых отличаются в соседних пробирках в 2 раза.Further, in accordance with the Clinical Guidelines for Determining the Sensitivity of Microorganisms to Antimicrobial Drugs, approved at an expanded meeting of the Interregional Association for Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy (XVI International Congress on Antimicrobial Chemotherapy MAKMAX / ESCMID, May 21-23, 2014, Moscow), using sterile water or in the study of poorly soluble compounds of the corresponding diluent (deoxymethyl sulfoxide (DMSO)), working solutions of the tested antibacterial substance are prepared from the stock solution. The concentration of the working solution is calculated based on the required maximum concentration in the series of serial dilutions, taking into account the dilution factor of the drug during subsequent inoculation. Then the working solution in an amount of 0.5 ml is introduced into the first tube containing 0.5 ml of sterile water or solvent using a micropipette with a sterile tip. Mix thoroughly and transfer 0.5 ml of antibacterial solution with a new sterile tip into a second tube containing initially 0.5 ml of sterile water or solvent. The procedure is repeated until the entire required series of serial two-fold dilutions has been prepared. Remove 0.5 ml of liquid from the last tube. Thus, a number of test tubes with solutions of antibacterial drugs are obtained, the concentrations of which differ in adjacent test tubes by a factor of 2.

Для инокуляции используют стандартную микробную взвесь чистой культуры Pseudomonas aeruginosa, эквивалентную 0,5 по стандарту мутности МакФарланда, приготовленную с помощью метода прямого суспендирования в стерильном изотоническом растворе или разбавителя материала колоний 18-24-часовой чистой агаровой культуры бактерий, выросшей на плотной селективной питательной среде для псевдомонад (Pseudomonas Agar (For Pyocyanin)). Для этого стерильной бактериологической петлей собирают 5 морфологически схожих колоний и суспендируют полученный материал в стерильном изотоническом растворе или разбавителе. Доводят бактериальную суспензию до значения оптической плотности 0,5 по стандарту мутности МакФарланда. Это соответствует концентрации 1-2×108 КОЕ/мл путем добавления в суспензию микробной массы или разбавления ее стерильным изотоническим раствором или разбавителем.For inoculation, a standard microbial suspension of a pure culture of Pseudomonas aeruginosa is used, equivalent to 0.5 McFarland turbidity standard, prepared using the method of direct suspension in sterile isotonic solution or a diluent of the material of colonies of an 18-24-hour pure agar culture of bacteria grown on a dense selective nutrient medium for pseudomonas (Pseudomonas Agar (For Pyocyanin)). For this, 5 morphologically similar colonies are collected with a sterile bacteriological loop and the resulting material is suspended in a sterile isotonic solution or diluent. The bacterial suspension is brought to an optical density of 0.5 according to the McFarland turbidity standard. This corresponds to a concentration of 1-2 × 10 8 CFU / ml by adding a microbial mass to the suspension or diluting it with a sterile isotonic solution or diluent.

По 5 мкл инокулюма в течение 15 минут после приготовления вносят в каждую пробирку (или лунку полистиролового планшета), содержащую 90 мкл питательного бульона и 10 мкл соответствующего разведения антибактериального препарата, и в одну пробирку (или лунку полистеролового планшета) с 100 мкл питательного бульона без антибиотика (положительный контроль). Конечная концентрация микроорганизма в каждой пробирке достигнет необходимой - примерно 5×106 КОЕ/мл. Все пробирки (или лунки полистиролового планшета) с тестируемыми штаммами закрывают и инкубируют в обычной атмосфере при температуре 37°С в течение 2 ч в термостатируемом шейкере.Within 15 minutes after preparation, 5 μl of inoculum is added to each tube (or well of a polystyrene plate) containing 90 μl of nutrient broth and 10 μl of an appropriate dilution of an antibacterial drug, and into one tube (or well of a polystyrene plate) with 100 μl of nutrient broth without antibiotic (positive control). The final concentration of the microorganism in each tube will reach the required one - approximately 5 × 10 6 CFU / ml. All tubes (or wells of a polystyrene plate) with the tested strains are closed and incubated in a normal atmosphere at 37 ° C for 2 hours in a thermostatted shaker.

По истечении времени культивирования проводят экстракцию ДНК из содержимого пробирок с использованием набора для выделения ДНК из клинических образцов («Лизирующий раствор», АО «Вектор-Бест», Россия). Очищенная ДНК служит матрицей для проведения количественной ПЦР в режиме реального времени.After the cultivation time has elapsed, DNA is extracted from the contents of the tubes using a kit for isolating DNA from clinical samples ("Lysis solution", JSC "Vector-Best", Russia). The purified DNA serves as a template for real-time quantitative PCR.

Для получения количественных данных методом ПЦР конструируют панель калибровочных образцов и положительный контрольный образец Pseudomonas aeruginosa.To obtain quantitative data by PCR, a panel of calibration samples and a positive control sample of Pseudomonas aeruginosa are constructed.

Калибровочный образец конструируют с использованием в качестве ДНК-матрицы плазмиду pAL-TA (3,0 т.п.н.) со вставкой участка гена 16S рРНК Pseudomonas aeruginosa (270 п.н.), в результате чего получают плазмиду pAL-TAPseudAer16S. Клонирование проводят по Маниатис Т. и соавт.[Маниатис, Т. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. Перевод с англ. языка под редакцией А.А. Баева и К.Г. Скрябина / Т. Маниатис, Э. Фрич, Дж. Сэмбрук. - Москва: Мир, 1984, - 479 с]. Выделенная с помощью ионообменной смолы Chelex100 тотальная ДНК используется в качестве матрицы для проведения классической ПЦР с целью накопления участка гена 16S рРНК Pseudomonas aeruginosa (270 п.н.). Амплификацию проводят на термоциклере Терцик МС-2 («ДНК-Технология», Россия) с использованием пары видоспецифичных праймеров к выбранному участку следующей структуры:A calibration sample was constructed using the pAL-TA plasmid (3.0 kb) as a DNA template with an insert of the Pseudomonas aeruginosa 16S rRNA gene region (270 bp), resulting in the pAL-TAPseudAer16S plasmid. Cloning is carried out according to Maniatis T. et al. [Maniatis, T. Methods of genetic engineering. Molecular cloning. Translation from English. language edited by A.A. Baeva and K.G. Scriabin / T. Maniatis, E. Fritsch, J. Sambrook. - Moscow: Mir, 1984, - 479 s]. The total DNA isolated using the Chelex100 ion exchange resin is used as a template for classical PCR in order to accumulate a region of the 16S rRNA gene of Pseudomonas aeruginosa (270 bp). Amplification is carried out on a Tertsik MS-2 thermal cycler (DNA-Technology, Russia) using a pair of species-specific primers to the selected site of the following structure:

5' agaaagtgggggatcttcggacctca 3'5 'agaaagtgggggatcttcggacctca 3'

5' tgttggtaacgtcaaaacagcaaggtattaactt 3'.5 'tgttggtaacgtcaaaacagcaaggtattaactt 3'.

Выделение искомого амплифицированного участка из реакционной смеси проводят с применением набора для очистки ДНК («Цитокин», Санкт-Петербург). Полученный фрагмент клонируют с использованием векторной плазмиды pAL-TA. Для этого в стерильной микроцентрифужной пробирке готовят реакционную смесь для лигирования, включающую ДНК-вектор и клонируемый фрагмент в эквимолярном соотношении, буфер для лигирования (конечная концентрация - 66 мМ трис-HCl, рН 7,5, 5 мМ MgCl2, 5 мМ дитиотрейтол, 1 мМ АТФ) и ДНК - лигазу фага Т4 (1 ед/мкг ДНК) («Fermentas», Литва). Реакцию проводят при 4-10°С в течение ночи.Isolation of the desired amplified site from the reaction mixture is carried out using a DNA purification kit (Cytokin, St. Petersburg). The resulting fragment was cloned using the vector plasmid pAL-TA. For this, a ligation reaction mixture is prepared in a sterile microcentrifuge tube, including a DNA vector and a cloned fragment in an equimolar ratio, a ligation buffer (final concentration 66 mM Tris-HCl, pH 7.5, 5 mM MgCl 2 , 5 mM dithiothreitol, 1 mM ATP) and DNA ligase of phage T4 (1 unit / μg DNA) (Fermentas, Lithuania). The reaction is carried out at 4-10 ° C overnight.

Для трансформации культуру Escherichia coli XL1 -Blue выращивают в жидкой питательной среде LB при 37°С в течение 16-20 ч. Затем центрифугированием осаждают бактериальные клетки и полученный осадок ресуспендируют в 1/2 первоначального объема 10 мМ раствора CaCl2. Полученный раствор выдерживают 20 мин при комнатной температуре, центрифугируют и ресуспендируют в 1/50 первоначального объема 50 мМ CaCl2. Через 12-24 ч хранения при 2°-4°С 0,2 мл суспензии клеток смешивают с 10 мкл лигированной смеси и инкубируют 30-60 мин на льду. Далее трансформационную смесь переносят на 2 мин в водяную баню (42°С) (тепловой шок), добавляют к суспензии 1 мл среды LB, инкубируют 1 ч при 37°С на шейкере или перемешивая каждые 15 минут. Затем смесь центрифугируют 2 мин (4000 об./мин), отбирают 100 мкл надосадочной жидкости, содержащей трансформированные клетки, и высевают на чашки с агаризованной средой LB, содержащей антибиотик ампициллин («Serva», ФРГ) в концентрации 100 мкг/мл, а также ИПТГ (изопропил-бета-галактопиранозид, конечная концентрация 200 мг/мл) и X-gal (5-бром-4-хлор-3-индолил-бета-D-галактопиранозид, конечная концентрация 20 мг/мл). Чашки инкубируют в течение 16-20 часов в термостате при 37°С. Из всего числа выросших колоний отбирают бесцветные и уже рассевают на твердой питательной среде LB.For transformation, the culture of Escherichia coli XL1 -Blue is grown in a liquid nutrient medium LB at 37 ° C for 16-20 hours. Then bacterial cells are precipitated by centrifugation and the resulting sediment is resuspended in 1/2 of the initial volume of 10 mM CaCl 2 solution. The resulting solution was incubated for 20 min at room temperature, centrifuged and resuspended in 1/50 of the original volume of 50 mM CaCl 2 . After 12-24 hours of storage at 2 ° -4 ° C, 0.2 ml of the cell suspension is mixed with 10 μl of the ligation mixture and incubated for 30-60 minutes on ice. Next, the transformation mixture is transferred for 2 min to a water bath (42 ° C) (heat shock), 1 ml of LB medium is added to the suspension, incubated for 1 h at 37 ° C on a shaker or stirring every 15 minutes. Then the mixture is centrifuged for 2 min (4000 rpm), 100 μl of the supernatant containing the transformed cells is taken, and plated on plates with agar LB medium containing the antibiotic ampicillin (Serva, Germany) at a concentration of 100 μg / ml, and also IPTG (isopropyl-beta-galactopyranoside, final concentration 200 mg / ml) and X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-beta-D-galactopyranoside, final concentration 20 mg / ml). The dishes are incubated for 16-20 hours in a thermostat at 37 ° C. Colorless colonies are selected from the total number of grown colonies and are already plated on solid nutrient medium LB.

Из выросших бесцветных колоний выделяют плазмидные ДНК и, используя их в качестве матриц, проводят классическую ПЦР для подтверждения наличия вставки гена. Разделение продуктов амплификации осуществляют электрофоретически в 1,7%-ном горизонтальном агарозном геле («Sigma», США) с последующей визуализацией после окраски бромистым этидием ультрафиолетом в фотодокументационной системе. В качестве электролита для электрофореза применяют 50-кратный трис-ацетатный буфер (2 М Tris-base, рН=8,0; 1,56 М уксусная кислота, рН 7,6; 50 мМ ЭДТА, рН=8,0).Plasmid DNA is isolated from the grown colorless colonies and, using them as templates, classical PCR is performed to confirm the presence of a gene insert. Separation of amplification products is carried out electrophoretically in a 1.7% horizontal agarose gel (Sigma, USA), followed by visualization after staining with ethidium bromide with ultraviolet light in a photo documentation system. As an electrolyte for electrophoresis, a 50-fold tris-acetate buffer (2 M Tris-base, pH = 8.0; 1.56 M acetic acid, pH 7.6; 50 mM EDTA, pH = 8.0) is used.

Одну из «положительных» колоний пересевают для накопления на чашки с агаризованной средой LB, содержащей антибиотик ампициллин (конечная концентрация 100 мкг/мл) и помещают в термостат при 37°С на ночь. Бактериологической петлей снимают большую часть выросших колоний и переносят в пробирку типа Eppendorf (1,5 мл). Далее щелочным методом (лизисом) выделяют плазмиду из бактериальных клеток, используя следующие буферы: 1) для разделения клеток - 1М Tris-HCl, 1М ЭДТА, сахароза; 2) для лизиса клеток - 10% SDS, 5М NaOH; 3) для нейтрализации примесей - 5М ацетата калия, 1,56М уксусная кислота. Полученную плазмиду очищают от ферментов, ионов и РНК. Для этого препарат ДНК обрабатывают РНК-азой (конечная концентрация 50 мкг/мл) в течение 16-20 часов при 4°-10°С. Затем плазмиду растворяют в 25 мкл бидистиллированной воды и проводят препаративный электрофорез (элюцию), смешивая 25 мкл плазмиды и 20 мкл смеси красителей (бромфеноловый синий, ксиленцианол, 30% глицерин). После проведения элюции экстрагируют ДНК из вырезанных фрагментов агарозного геля, содержащих ДНК необходимой длины с помощью набора для очистки ДНК («Цитокин», Санкт-Петербург).One of the "positive" colonies is subcultured for accumulation on plates with agar medium LB containing the antibiotic ampicillin (final concentration 100 μg / ml) and placed in a thermostat at 37 ° C overnight. Most of the grown colonies are removed with a bacteriological loop and transferred to an Eppendorf tube (1.5 ml). Then the plasmid is isolated from bacterial cells using the alkaline method (lysis) using the following buffers: 1) for cell separation - 1M Tris-HCl, 1M EDTA, sucrose; 2) for cell lysis - 10% SDS, 5M NaOH; 3) to neutralize impurities - 5M potassium acetate, 1.56M acetic acid. The resulting plasmid is purified from enzymes, ions and RNA. For this, the DNA preparation is treated with RNAase (final concentration 50 μg / ml) for 16-20 hours at 4 ° -10 ° C. Then the plasmid is dissolved in 25 μl of bidistilled water and preparative electrophoresis (elution) is performed by mixing 25 μl of the plasmid and 20 μl of a mixture of dyes (bromophenol blue, xylene cyanol, 30% glycerol). After elution, DNA is extracted from excised fragments of agarose gel containing DNA of the required length using a DNA purification kit (Cytokin, St. Petersburg).

Чистоту и концентрацию препарата ДНК определяют спектрофотометрически с помощью оптиковолоконного спектрофотометра NanoDrop 1000 (Thermo Scientific, США). Для проведения спектрофотометрического анализа 1 мкл образца наносят на неподвижный модуль прибора. Сверху на каплю опускают подвижный модуль прибора, в результате чего из образца формируется столбик жидкости между подвижным и неподвижным модулями. Прибор измеряет поглощение света в столбике образца. Измеренная концентрация двухцепочной ДНК составляет 88,4 нг/мкл (2,5×1010 копий ДНК/мл).The purity and concentration of the DNA preparation is determined spectrophotometrically using a NanoDrop 1000 fiber optic spectrophotometer (Thermo Scientific, USA). For spectrophotometric analysis, 1 μL of the sample is applied to a stationary module of the device. The movable module of the device is lowered onto the top of the drop, as a result of which a column of liquid is formed from the sample between the movable and stationary modules. The instrument measures the light absorption in the sample column. The measured concentration of double-stranded DNA is 88.4 ng / μl (2.5 x 10 10 copies of DNA / ml).

Положительный контрольный образец получают описанным выше способом путем встраивания участка гена 16S рРНК условно патогенного микроорганизма Pseudomonas aeruginosa в вектор pAL-TA («Евроген», Москва) с последующей трансформацией и наработкой плазмиды в клетках E.coli XL1 -Blue.A positive control sample is obtained by the method described above by inserting a region of the 16S rRNA gene of the opportunistic microorganism Pseudomonas aeruginosa into the pAL-TA vector (Evrogen, Moscow), followed by transformation and production of the plasmid in E. coli XL1-Blue cells.

Для постановки ПЦР в режиме реального времени используют подобранную и апробированную пару видоспецифичных праймеров к участкам ДНК Pseudomonas aeruginosaFor the production of PCR in real time, a selected and tested pair of species-specific primers for the DNA regions of Pseudomonas aeruginosa is used

(Ps.aer F_Prl 5' agaaagtgggggatcttcggacctca 3' и(Ps.aer F_Prl 5 'agaaagtgggggatcttcggacctca 3' and

Ps.aer R_Pr2 5' tgttggtaacgtcaaaacagcaaggtattaactt 3')Ps.aer R_Pr2 5 'tgttggtaacgtcaaaacagcaaggtattaactt 3')

и реакционную смесь ПЦР-Микс SYBR Green I (ООО «СИНТОЛ). ПЦР проводят с помощью детектирующего амплификатора CFX96 Touch "REAL TIME" (Bio-Rad, США). Учет результатов проводят с помощью программного обеспечения Bio-Rad CFX Manager. Прибор калибруют тремя разведениями калибровочных образцов, приготовленных путем десятикратных серийных разведений плазмиды pAL-TAPseudAerl6S известной концентрации. Реакцию амплификации проводят в 25 мкл смеси, содержащей 10 мкл 2,5× реакционной смеси ПЦР-Микс SYBR Green I, 8 мкл ddH2O, 2 мкл каждого из пары праймеров и 3 мкл тотальной ДНК. Режим амплификации: начальная денатурация при 95°С в течение 5 мин; 35 циклов, включая денатурацию при 95°С - 10 сек, отжиг праймеров при 59°С - 25 сек, элонгацию при 72°С - 30 сек; терминальная элонгация 72°С - 30 сек.and the reaction mixture PCR-Mix SYBR Green I (SINTOL LLC). PCR is carried out using a detecting amplifier CFX96 Touch "REAL TIME" (Bio-Rad, USA). Results are recorded using Bio-Rad CFX Manager software. The instrument is calibrated with three dilutions of calibration samples prepared by tenfold serial dilutions of the plasmid pAL-TAPseudAerl6S of known concentration. The amplification reaction is carried out in 25 μl of a mixture containing 10 μl of 2.5 × PCR-Mix SYBR Green I reaction mixture, 8 μl of ddH 2 O, 2 μl of each of a pair of primers and 3 μl of total DNA. Amplification mode: initial denaturation at 95 ° C for 5 min; 35 cycles, including denaturation at 95 ° С - 10 sec, annealing of primers at 59 ° С - 25 sec, elongation at 72 ° С - 30 sec; terminal elongation 72 ° С - 30 sec.

Абсолютное определение уровня представленности транскриптов проводят с применением стандартной кривой, получаемой при использовании калибровочных образцов с различной концентрацией, и с последующим определением количества копий ДНК Pseudomonas aeruginosa в исследуемом образце экстраполяцией на полученную стандартную кривую.The absolute determination of the level of transcript representation is carried out using a standard curve obtained using calibration samples with different concentrations, and with subsequent determination of the number of copies of Pseudomonas aeruginosa DNA in the test sample by extrapolation to the obtained standard curve.

Абсолютное количество копий ДНК вычисляют по формуле:The absolute number of DNA copies is calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:where:

N0 - концентрация матриц исследуемого образца (ГЭ/образец);N 0 - concentration of matrices of the test sample (GE / sample);

Nor - стандартная начальная концентрация (ГЭ/образец);N or - standard initial concentration (GE / sample);

Е - эффективность РТ-ПЦР;E - efficiency of RT-PCR;

Ctor - пороговый цикл для стандартного образца;Ct or - threshold cycle for a standard sample;

Ct0 - пороговый цикл для исследуемого образца.Ct 0 - threshold cycle for the test sample.

Интерпретацию полученных данных количественного молекулярно-генетического анализа проводят с учетом начального количества копий ДНК культуры Pseudomonas aeruginosa. При значении количества копий ДНК, совпадающим или отличающимся не более чем в 2 раза от исходного количества копий ДНК культуры в питательном бульоне до культивирования, результат интерпретируют как «положительный», эффективность антибактериального препарата оценивают как высокую, выражающуюся в полном подавлении роста культуры в питательном бульоне. При значении количества копий ДНК, отличающимся от исходного количества копий ДНК культуры более чем в 2 раза, эффективность антибактериального препарата оценивают как низкую, выражающуюся в частичной или полной резистентности штамма к тестируемому соединению. Подобный количественный анализ антимикробной активности сразу нескольких антибактериальных препаратов дает возможность сравнения их между собой и выбора наиболее эффективного.The interpretation of the obtained data of quantitative molecular genetic analysis is carried out taking into account the initial number of DNA copies of the Pseudomonas aeruginosa culture. If the value of the number of DNA copies coincides or differs by no more than 2 times from the initial number of DNA copies of the culture in the nutrient broth before cultivation, the result is interpreted as "positive", the effectiveness of the antibacterial drug is assessed as high, expressed in the complete suppression of the growth of the culture in the nutrient broth ... If the value of the number of DNA copies differs from the initial number of copies of the culture's DNA by more than 2 times, the effectiveness of the antibacterial drug is assessed as low, expressed in partial or complete resistance of the strain to the test compound. Such a quantitative analysis of the antimicrobial activity of several antibacterial drugs at once makes it possible to compare them with each other and choose the most effective one.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами: на фиг. 1 изображен график амплификации участков генов 16S рРНК Pseudomonas aeruginosa после непродолжительного культивирования микроорганизма в рабочих растворах амикацина (концентрации антибиотика - от 256 до 1 мкг/мл); на фиг. 2 - график амплификации участков генов 16S рРНК Pseudomonas aeruginosa после непродолжительного культивирования микроорганизма в рабочих растворах гентамицина (концентрации антибиотика - от 256 до 1 мкг/мл).The invention is illustrated by the following figures: FIG. 1 shows a graph of the amplification of regions of the 16S rRNA genes of Pseudomonas aeruginosa after short-term cultivation of the microorganism in working solutions of amikacin (antibiotic concentration - from 256 to 1 μg / ml); in fig. 2 is a graph of amplification of Pseudomonas aeruginosa 16S rRNA gene regions after short-term cultivation of the microorganism in working solutions of gentamicin (antibiotic concentration - from 256 to 1 μg / ml).

Способ сравнительной оценки эффективности антимикробных веществ в отношении условно патогенных видов Pseudomonas aeruginosa. иллюстрируется следующими примерами.Method for comparative assessment of the effectiveness of antimicrobial substances against opportunistic species Pseudomonas aeruginosa. illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1.

С использованием предлагаемой экспресс-методики тестирования проводили количественную оценку эффективности антибактериального препарата амикацина, относящегося к фармакологической группе аминогликозидов III поколения и обладающего активностью как в отношении грамотрицательных, так и в отношении грамположительных аэробных бактерий.Using the proposed express testing methodology, a quantitative assessment of the effectiveness of the antibacterial preparation amikacin, which belongs to the pharmacological group of III generation aminoglycosides and is active against both gram-negative and gram-positive aerobic bacteria, was carried out.

На первом этапе исследования произвели последовательные двукратные разведения рабочего раствора антибиотика. В полученном ряде пробирок с растворами антибактериального препарата, концентрации в соседних пробирках отличались в 2 раза и составляли 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 мкг/мл соответственно. Следующим этапом было приготовление стандартной микробной взвеси чистой культуры Pseudomonas aeruginosa, эквивалентной 0,5 по стандарту мутности МакФарланда. Для этого к стерильному изотоническому раствору добавляли несколько колоний чистой 18-24-часовой культуры бактерий, выросшей на плотной неселективной питательной среде. Таким образом, концентрация чистой культуры микроорганизма составила 1,5×108 КОЕ/мл.At the first stage of the study, successive two-fold dilutions of the antibiotic working solution were performed. In the resulting series of test tubes with solutions of the antibacterial drug, the concentrations in adjacent test tubes differed by a factor of 2 and amounted to 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 μg / ml, respectively. The next step was to prepare a standard microbial suspension of a pure culture of Pseudomonas aeruginosa, equivalent to 0.5 McFarland turbidity standard. For this, several colonies of a pure 18-24-hour culture of bacteria grown on a dense non-selective nutrient medium were added to a sterile isotonic solution. Thus, the concentration of the pure culture of the microorganism was 1.5 × 10 8 CFU / ml.

Затем готовили культуральную смесь, состоящую из рабочего разведения амикацина, чистой культуры Pseudomonas aeruginosa и питательного бульона. Для этого по 5 мкл чистой культуры в течение 15 минут после приготовления вносили в каждую пробирку, содержащую 90 мкл питательного бульона и 10 мкл соответствующего разведения антибактериального препарата. Конечная концентрация бактерии Pseudomonas aeruginosa в каждой пробирке достигала необходимой концентрации - примерно 1,5⋅106 КОЕ/мл. Все пробирки с тестируемыми штаммами закрывали и инкубировали в обычной атмосфере при температуре 37°С в течение 2 ч.Then a culture mixture was prepared, consisting of a working dilution of amikacin, a pure culture of Pseudomonas aeruginosa, and a nutrient broth. For this, 5 μl of pure culture within 15 minutes after preparation was introduced into each tube containing 90 μl of nutrient broth and 10 μl of the corresponding dilution of the antibacterial drug. The final concentration of the bacteria Pseudomonas aeruginosa in each tube reached the required concentration - approximately 1.5⋅10 6 CFU / ml. All tubes with the tested strains were closed and incubated in a normal atmosphere at 37 ° C for 2 h.

По истечении времени культивирования проводили экстракцию ДНК из содержимого пробирок с использованием набора для выделения ДНК из клинических образцов («Лизирующий раствор», АО «Вектор-Бест», Россия). Далее выделенную ДНК использовали для постановки количественной ПЦР в режиме реального времени. Проведение ПЦР-анализа оптимизировали путем использования десятикратных разведений рекомбинантной плазмиды pAL-TAPseudAerl6S (концентрация двухцепочной ДНК 88,4 нг/мкл (2,5×1010 копий ДНК/мл)), сконструированной путем встраивания участка гена 16S рРНК условно патогенного микроорганизма Pseudomonas aeruginosa в вектор pAL-TA («Евроген», Москва) с последующей трансформацией и наработкой плазмиды в клетках E.coli XL 1-Blue. Также при постановке количественной ПЦР в режиме реального времени использовали положительный контрольный образец для бактерии Pseudomonas aeruginosa, сконструированный указанным выше способом.At the end of the cultivation time, DNA was extracted from the contents of the tubes using a kit for isolating DNA from clinical samples ("Lysis solution", JSC "Vector-Best", Russia). Then, the isolated DNA was used for performing quantitative PCR in real time. The PCR analysis was optimized by using tenfold dilutions of the recombinant plasmid pAL-TAPseudAerl6S (double-stranded DNA concentration 88.4 ng / μl (2.5 × 10 10 DNA copies / ml)), constructed by inserting a region of the 16S rRNA gene of the opportunistic microorganism Pseudomonas aeruginosa into the pAL-TA vector (Evrogen, Moscow) with subsequent transformation and plasmid production in E. coli XL 1-Blue cells. Also, when performing quantitative PCR in real time, a positive control sample for the bacterium Pseudomonas aeruginosa, constructed as described above, was used.

Для постановки ПЦР в режиме реального времени использовали подобранную и апробированную пару видоспецифичных праймеров к участкам ДНК Pseudomonas aeruginosa (Ps.aer F_Prl 5' agaaagtgggggatcttcggacctca 3' и Ps.aer R_Pr2 5' tgttggtaacgtcaaaacagcaaggtattaactt 3') и реакционную смесь ПЦР-Микс SYBR Green I (ООО «СИНТОЛ). ПЦР проводили с помощью детектирующего амплификатора CFX96 Touch "REAL TIME" (Bio-Rad, США). Учет результатов проводили с помощью программного обеспечения Bio-Rad CFX Manager. Реакцию амплификации проводили в 25 мкл смеси, содержащей 10 мкл 2,5× реакционной смеси ПЦР-Микс SYBR Green I, 8 мкл ddH2O, 2 мкл каждого из пары праймеров и 3 мкл тотальной ДНК. Режим амплификации: начальная денатурация при 95°С в течение 5 мин; 35 циклов, включая денатурацию при 95°С - 10 сек, отжиг праймеров при 59°С - 25 сек, элонгацию при 72°С - 30 сек; терминальная элонгация 72°С - 30 сек.To set up PCR in real time, a selected and tested pair of species-specific primers were used for Pseudomonas aeruginosa DNA regions (Ps.aer F_Prl 5 'agaaagtgggggatcttcggacctca 3' and Ps.aer R_Pr2 5 'tgttggtaacagtgtcaa' SINTOL LLC). PCR was performed using a CFX96 Touch "REAL TIME" detecting amplifier (Bio-Rad, USA). The results were recorded using the Bio-Rad CFX Manager software. The amplification reaction was carried out in 25 μl of a mixture containing 10 μl of 2.5 × PCR-Mix SYBR Green I reaction mixture, 8 μl of ddH 2 O, 2 μl of each of a pair of primers, and 3 μl of total DNA. Amplification mode: initial denaturation at 95 ° C for 5 min; 35 cycles, including denaturation at 95 ° С - 10 sec, annealing of primers at 59 ° С - 25 sec, elongation at 72 ° С - 30 sec; terminal elongation 72 ° С - 30 sec.

В соответствии с предлагаемым способом по формуле

Figure 00000002
(N0 - концентрация матриц исследуемого образца (ГЭ/образец), Nor - стандартная начальная концентрация (ГЭ/образец), Е -эффективность РТ-ПЦР, Ctor - пороговый цикл для стандартного образца, Ct0 - пороговый цикл для исследуемого образца) было рассчитано количество копий ДНК в исследуемых образцах, прошедших культивирование в присутствии антибиотика в концентрациях от 256,0 до 1,0 мкг/мл, а также измерено количество копий ДНК чистой культуры до культивирования. Концентрация чистой культуры в бульоне до культивирования составила 8,50×106 ГЭ/образец. Были получены следующие результаты оценки эффективности рабочих растворов амикацина с различными концентрациями в отношении исследуемого клинического штамма бактерий Pseudomonas aeruginosa, выделенного из клинического материала больных с бактериальной инфекцией: 256 мкг/мл - 8,53×106 ГЭ/образец, 128 мкг/мл - 9,33×106 ГЭ/образец, 64 мкг/мл - 1,38×107 ГЭ/образец, 32 мкг/мл - 1,70×107 ГЭ/образец, 16 мкг/мл - 2,30×107 ГЭ/образец, 8 мкг/мл - 3,03×107 ГЭ/образец, 4 мкг/мл - 1,79×107 ГЭ/образец, 2 мкг/мл - 1,0×107 ГЭ/образец, 1 мкг/мл - 3,43×107 ГЭ/образец (фиг. 1).In accordance with the proposed method according to the formula
Figure 00000002
(N 0 is the concentration of matrices of the test sample (GE / sample), N or is the standard initial concentration (GE / sample), E is the efficiency of RT-PCR, Ct or is the threshold cycle for the standard sample, Ct 0 is the threshold cycle for the test sample. ), the number of DNA copies in the test samples that were cultured in the presence of an antibiotic at concentrations from 256.0 to 1.0 μg / ml was calculated, and the number of DNA copies of a pure culture was measured before cultivation. The concentration of the pure culture in the broth before cultivation was 8.50 × 10 6 GE / sample. The following results of evaluating the effectiveness of working solutions of amikacin with various concentrations against the studied clinical strain of bacteria Pseudomonas aeruginosa isolated from clinical material of patients with bacterial infection were obtained: 256 μg / ml - 8.53 × 10 6 GE / sample, 128 μg / ml - 9.33 × 10 6 GE / sample, 64 μg / ml - 1.38 × 10 7 GE / sample, 32 μg / ml - 1.70 × 10 7 GE / sample, 16 μg / ml - 2.30 × 10 7 GE / sample, 8 μg / ml - 3.03 × 10 7 GE / sample, 4 μg / ml - 1.79 × 10 7 GE / sample, 2 μg / ml - 1.0 × 10 7 GE / sample, 1 μg / ml - 3.43 × 10 7 GE / sample (Fig. 1).

Таким образом, предлагаемый нами способ оценки эффективности лекарственных соединений в отношении клинически значимых штаммов позволил сделать вывод о том, что применение антибиотика амикацина в концентрациях 256 мкг/мл, 128 мкг/мл, 64 мкг/мл, 32 мкг/мл способствует значительному подавлению бактериального роста Pseudomonas aeruginosa, чем более низкие концентрации антибиотика, т.к. количество копий ДНК, отличается не более чем в 2 раза от исходного количества копий ДНК культуры в питательном бульоне до культивирования, эффективность антибактериального препарата в данных концентрациях оцениваем как высокую, выражающуюся в полном подавлении роста культуры в питательном бульоне. Соответственно более низкие концентрации антибиотика (16 мкг/мл, 8 мкг/мл, 4 мкг/мл, 2 мкг/мл) оцениваем не эффективными в отношении выбранного штамма микроорганизмов, т.к. количество копий ДНК микроорганизмов в питательном бульоне в присутствии антибиотика после непродолжительного культивирования превышает более чем в 2 раза количество копий ДНК культуры в питательном бульоне до культивирования.Thus, our proposed method for assessing the effectiveness of medicinal compounds against clinically significant strains made it possible to conclude that the use of the antibiotic amikacin at concentrations of 256 μg / ml, 128 μg / ml, 64 μg / ml, 32 μg / ml contributes to a significant suppression of bacterial growth of Pseudomonas aeruginosa than lower antibiotic concentrations because the number of DNA copies differs by no more than 2 times from the initial number of DNA copies of the culture in the nutrient broth before cultivation, the effectiveness of the antibacterial drug at these concentrations is estimated as high, expressed in the complete suppression of the culture growth in the nutrient broth. Accordingly, lower concentrations of the antibiotic (16 μg / ml, 8 μg / ml, 4 μg / ml, 2 μg / ml) are estimated to be ineffective against the selected strain of microorganisms, since the number of DNA copies of microorganisms in the nutrient broth in the presence of an antibiotic after a short cultivation is more than 2 times the number of DNA copies of the culture in the nutrient broth before cultivation.

Пример 2.Example 2.

Предлагаемая экспресс-методика тестирования была использована для количественной оценки эффективности антибактериального препарата гентамицина, относящегося к группе аминогликозидов и обладающего бактерицидным действием в отношении многих грамположительных и грамотрицательных бактерий.The proposed rapid testing technique was used to quantify the effectiveness of the antibacterial preparation gentamicin, which belongs to the aminoglycoside group and has a bactericidal effect against many gram-positive and gram-negative bacteria.

На первом этапе исследования произвели последовательные двукратные разведения рабочего раствора антибиотика. В полученном ряде пробирок с растворами антибактериального препарата, концентрации в соседних пробирках отличались в 2 раза и составляли 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 мкг/мл соответственно. Следующим этапом было приготовление стандартной микробной взвеси чистой культуры Pseudomonas aeruginosa, эквивалентной 0,5 по стандарту мутности МакФарланда. Для этого к стерильному изотоническому раствору добавляли несколько колоний чистой 18-24-часовой культуры бактерий, выросшей на плотной неселективной питательной среде. Таким образом, концентрация чистой культуры составила 1,5×108 КОЕ/мл.At the first stage of the study, successive two-fold dilutions of the antibiotic working solution were performed. In the resulting series of test tubes with solutions of the antibacterial drug, the concentrations in adjacent test tubes differed by a factor of 2 and amounted to 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 μg / ml, respectively. The next step was to prepare a standard microbial suspension of a pure culture of Pseudomonas aeruginosa, equivalent to 0.5 McFarland turbidity standard. For this, several colonies of a pure 18-24-hour culture of bacteria grown on a dense non-selective nutrient medium were added to a sterile isotonic solution. Thus, the concentration of the pure culture was 1.5 × 10 8 CFU / ml.

Затем готовили культуральную смесь, состоящую из рабочего разведения гентамицина, чистой культуры Pseudomonas aeruginosa и питательного бульона. Для этого по 5 мкл бактериальной культуры в течение 15 минут после приготовления вносили в каждую пробирку, содержащую 90 мкл питательного бульона и 10 мкл соответствующего разведения антибактериального препарата. Конечная концентрация бактерии Pseudomonas aeruginosa в каждой пробирке достигнула необходимой концентрации - примерно 1,5⋅106 КОЕ/мл. Все пробирки с тестируемыми штаммами закрывали и инкубировали в обычной атмосфере при температуре 37°С в течение 2 ч.Then, a culture mixture was prepared, consisting of a working dilution of gentamicin, a pure culture of Pseudomonas aeruginosa, and a nutrient broth. For this, 5 μl of bacterial culture within 15 minutes after preparation was introduced into each tube containing 90 μl of nutrient broth and 10 μl of the corresponding dilution of the antibacterial drug. The final concentration of the bacterium Pseudomonas aeruginosa in each tube reached the required concentration - approximately 1.5⋅10 6 CFU / ml. All tubes with the tested strains were closed and incubated in a normal atmosphere at 37 ° C for 2 h.

По истечении времени культивирования проводили экстракцию ДНК из содержимого пробирок с использованием набора для выделения ДНК из клинических образцов («Лизирующий раствор», АО «Вектор-Бест», Россия). Далее выделенную ДНК использовали для постановки количественной ПЦР в режиме реального времени. Процедуру проведения ПЦР-анализа оптимизировали путем использования десятикратных разведений рекомбинантной плазмиды pAL-TAPseudAerl6S (концентрация двухцепочечной ДНК 88,4 нг/мкл (2,5×1010 копий ДНК/мл)), сконструированной путем встраивания участка гена 16S рРНК условно патогенного микроорганизма Pseudomonas aeruginosa в вектор pAL-TA («Евроген», Москва) с последующей трансформацией и наработкой плазмиды в клетках E.coli XL 1-Blue. Также при постановке количественной ПЦР в режиме реального времени использовали положительный контрольный образец для бактерии Pseudomonas aeruginosa, сконструированный указанным выше способом.At the end of the cultivation time, DNA was extracted from the contents of the tubes using a kit for isolating DNA from clinical samples ("Lysis solution", JSC "Vector-Best", Russia). Then, the isolated DNA was used for performing quantitative PCR in real time. The PCR analysis procedure was optimized by using tenfold dilutions of the recombinant plasmid pAL-TAPseudAerl6S (double-stranded DNA concentration 88.4 ng / μl (2.5 × 10 10 DNA copies / ml)), constructed by inserting a region of the 16S rRNA gene of the opportunistic Pseudomonas microorganism aeruginosa into the pAL-TA vector (Evrogen, Moscow) with subsequent transformation and plasmid production in E. coli XL 1-Blue cells. Also, when performing quantitative PCR in real time, a positive control sample for the bacterium Pseudomonas aeruginosa, constructed as described above, was used.

Для постановки ПЦР в режиме реального времени использовали подобранную и апробированную пару видоспецифичных праймеров к участкам ДНК Pseudomonas aeruginosa (Ps.aer F_Prl 5' agaaagtgggggatcttcggacctca 3' и Ps.aer R_Pr2 5' tgttggtaacgtcaaaacagcaaggtattaactt 3') и реакционную смесь ПЦР-Микс SYBR Green I (ООО «СИНТОЛ). ПЦР проводили с помощью детектирующего амплификатора CFX96 Touch "REAL TIME" (Bio-Rad, США). Учет результатов проводили с помощью программного обеспечения Bio-Rad CFX Manager. Реакцию амплификации проводили в 25 мкл смеси, содержащей 10 мкл 2,5× реакционной смеси ПЦР-Микс SYBR Green I, 8 мкл ddH2O, 2 мкл каждого из пары праймеров и 3 мкл тотальной ДНК. Режим амплификации: начальная денатурация при 95°С в течение 5 мин; 35 циклов, включая денатурацию при 95°С - 10 сек, отжиг праймеров при 59°С - 25 сек, элонгацию при 72°С - 30 сек; терминальная элонгация 72°С - 30 сек.To set up PCR in real time, a selected and tested pair of species-specific primers were used for Pseudomonas aeruginosa DNA regions (Ps.aer F_Prl 5 'agaaagtgggggatcttcggacctca 3' and Ps.aer R_Pr2 5 'tgttggtaacagtgtcaa' LLC SINTOL). PCR was performed using a CFX96 Touch "REAL TIME" detecting amplifier (Bio-Rad, USA). The results were recorded using the Bio-Rad CFX Manager software. The amplification reaction was carried out in 25 μl of a mixture containing 10 μl of 2.5 × PCR-Mix SYBR Green I reaction mixture, 8 μl of ddH 2 O, 2 μl of each of a pair of primers, and 3 μl of total DNA. Amplification mode: initial denaturation at 95 ° C for 5 min; 35 cycles, including denaturation at 95 ° С - 10 sec, annealing of primers at 59 ° С - 25 sec, elongation at 72 ° С - 30 sec; terminal elongation 72 ° С - 30 sec.

В соответствии с предлагаемым нами способом по формуле

Figure 00000003
(N0 - концентрация матриц исследуемого образца (ГЭ/образец), Nor - стандартная начальная концентрация (ГЭ/образец), Е - эффективность РТ-ПЦР, Ctor - пороговый цикл для стандартного образца, Ct0 - пороговый цикл для исследуемого образца) было рассчитано количество копий ДНК в исследуемых образцах, прошедших культивирование в присутствии антибиотика в концентрациях от 256,0 до 1,0 мкг/мл, а также измерено количество копий ДНК чистой культуры до культивирования. Концентрация чистой культуры в бульоне до культивирования составила 8,50×106 ГЭ/образец. Для разведений 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 мкг/мл полученные концентрации составили 8,9×106 ГЭ/образец, 16,5×106 ГЭ/образец, 14,3×106 ГЭ/образец, 1,3×107 ГЭ/образец, 1,35×107 ГЭ/образец, 1,86×107 ГЭ/образец, 1,67×107 ГЭ/образец, 4,71×107 ГЭ/образец, 3,09×107 ГЭ/образец соответственно (фиг. 2).In accordance with our proposed method according to the formula
Figure 00000003
(N 0 is the concentration of matrices of the test sample (GE / sample), N or is the standard initial concentration (GE / sample), E is the RT-PCR efficiency, Ct or is the threshold cycle for the standard sample, Ct 0 is the threshold cycle for the test sample. ), the number of DNA copies in the test samples that were cultured in the presence of an antibiotic at concentrations from 256.0 to 1.0 μg / ml was calculated, and the number of DNA copies of a pure culture was measured before cultivation. The concentration of the pure culture in the broth before cultivation was 8.50 × 10 6 GE / sample. For dilutions 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 μg / ml, the obtained concentrations were 8.9 × 10 6 GE / sample, 16.5 × 10 6 GE / sample, 14.3 × 10 6 GE / sample, 1.3 × 10 7 GE / sample, 1.35 × 10 7 GE / sample, 1.86 × 10 7 GE / sample, 1.67 × 10 7 GE / sample, 4.71 × 10 7 GE / sample, 3.09 × 10 7 GE / sample, respectively (Fig. 2).

Результаты проведения предлагаемого нами способа оценки эффективности рабочих растворов гентамицина с различными концентрациями в отношении исследуемого клинического штамма бактерий Pseudomonas aeruginosa, выделенного из клинического материала больных бактериальной инфекцией, позволили удостовериться в том, что рабочие растворы антибиотика в концентрациях 256 мкг/мл, 128 мкг/мл, 64 мкг/мл и 32 мкг/мл, 16 мкг/мл проявляют достаточно высокую активность в отношении тестируемого штамма Pseudomonas aeruginosa, поскольку количество копий ДНК, отличается не более чем в 2 раза от исходного количества копий ДНК культуры в питательном бульоне до культивирования, эффективность антибактериального препарата в данных концентрациях оцениваем как высокую, выражающуюся в полном подавлении роста культуры в питательном бульоне. Соответственно более низкие концентрации антибиотика (8 мкг/мл, 4 мкг/мл, 2 мкг/мл) оцениваем не эффективными в отношении выбранного штамма микроорганизмов, т.к. количество копий ДНК микроорганизмов в питательном бульоне в присутствии антибиотика после непродолжительного культивирования превышает более чем в 2 раза количество копий ДНК культуры в питательном бульоне до культивирования.The results of the proposed method for evaluating the effectiveness of working solutions of gentamicin with various concentrations in relation to the investigated clinical strain of bacteria Pseudomonas aeruginosa, isolated from clinical material of patients with bacterial infection, made it possible to make sure that working solutions of the antibiotic at concentrations of 256 μg / ml, 128 μg / ml , 64 μg / ml and 32 μg / ml, 16 μg / ml show rather high activity against the tested Pseudomonas aeruginosa strain, since the number of DNA copies differs by no more than 2 times from the initial number of culture DNA copies in the nutrient broth before cultivation, the effectiveness of the antibacterial drug in these concentrations is estimated as high, expressed in the complete suppression of the growth of the culture in the nutrient broth. Accordingly, lower concentrations of the antibiotic (8 μg / ml, 4 μg / ml, 2 μg / ml) are estimated to be ineffective against the selected strain of microorganisms, since the number of DNA copies of microorganisms in the nutrient broth in the presence of an antibiotic after a short cultivation is more than 2 times the number of DNA copies of the culture in the nutrient broth before cultivation.

Claims (8)

Способ количественной оценки эффективности антибактериальных препаратов и новых химических соединений в отношении Pseudomonas aeruginosa, включающий получение биологического материала от больного бактериальной инфекцией, вызванной Pseudomonas aeruginosa; получение чистой культуры микроорганизма Pseudomonas aeruginosa; непродолжительное культивирование исследуемого штамма бактерий в различных концентрациях антибактериального вещества, отличающийся тем, что проводят выделение бактериальной ДНК из культуральной жидкости; количественную ПЦР в режиме реального времени с использованием панели сконструированных калибровочных образцов с известной концентрацией, причем калибровочный образец конструируют с использованием в качестве ДНК-матрицы плазмиды pAL-TA со вставкой участка гена 16S рРНК Pseudomonas aeruginosa, в результате чего получают плазмиду pAL-TAPseudAer16S, после чего определяют количество копий ДНК Pseudomonas aeruginosa в исследуемом образце по формуле:A method for quantifying the effectiveness of antibacterial drugs and new chemical compounds against Pseudomonas aeruginosa, comprising obtaining biological material from a patient with a bacterial infection caused by Pseudomonas aeruginosa; obtaining a pure culture of the microorganism Pseudomonas aeruginosa; short-term cultivation of the studied bacterial strain in various concentrations of antibacterial substance, characterized in that the isolation of bacterial DNA from the culture liquid is carried out; quantitative real-time PCR using a panel of designed calibration samples with a known concentration, and the calibration sample was constructed using pAL-TA plasmid with an insert of the 16S rRNA gene region of Pseudomonas aeruginosa as a DNA template, resulting in the pAL-TAPseudAer16S plasmid, after which determines the number of copies of Pseudomonas aeruginosa DNA in the test sample according to the formula:
Figure 00000004
Figure 00000004
где N0 - концентрация матриц исследуемого образца (ГЭ/образец),where N 0 is the concentration of matrices of the test sample (GE / sample), Nor - стандартная начальная концентрация (ГЭ/образец),N or - standard initial concentration (GE / sample), Е - эффективность РТ-ПЦР,E - efficiency of RT-PCR, Ctor - пороговый цикл для стандартного образца,Ct or - threshold cycle for a standard sample, Ct0 - пороговый цикл для исследуемого образца;Ct 0 - threshold cycle for the test sample; при значении количества копий ДНК, совпадающем или отличающемся не более чем в 2 раза от исходного количества копий ДНК культуры в питательном бульоне до культивирования, результат интерпретируют как «положительный», эффективность антибактериального препарата оценивают как высокую, выражающуюся в полном подавлении роста культуры в питательном бульоне; при значении количества копий ДНК, отличающемся от исходного количества копий ДНК культуры в 2 и более раз, эффективность антибактериального препарата оценивают как низкую, выражающуюся в частичной или полной резистентности штамма к тестируемому соединению.if the value of the number of DNA copies coincides or differs by no more than 2 times from the initial number of DNA copies of the culture in the nutrient broth before cultivation, the result is interpreted as "positive", the effectiveness of the antibacterial drug is assessed as high, expressed in the complete suppression of the growth of the culture in the nutrient broth ; when the value of the number of DNA copies differs from the initial number of copies of the culture's DNA by 2 or more times, the effectiveness of the antibacterial drug is assessed as low, expressed in partial or complete resistance of the strain to the test compound.
RU2021113954A 2021-05-17 2021-05-17 Precision method for comparative rapid evaluation of effectiveness of antimicrobial substances against the conditionally pathogenic species pseudomonas aeruginosa RU2760788C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113954A RU2760788C1 (en) 2021-05-17 2021-05-17 Precision method for comparative rapid evaluation of effectiveness of antimicrobial substances against the conditionally pathogenic species pseudomonas aeruginosa

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113954A RU2760788C1 (en) 2021-05-17 2021-05-17 Precision method for comparative rapid evaluation of effectiveness of antimicrobial substances against the conditionally pathogenic species pseudomonas aeruginosa

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760788C1 true RU2760788C1 (en) 2021-11-30

Family

ID=79174301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113954A RU2760788C1 (en) 2021-05-17 2021-05-17 Precision method for comparative rapid evaluation of effectiveness of antimicrobial substances against the conditionally pathogenic species pseudomonas aeruginosa

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760788C1 (en)

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Askoura M. et al. Efflux pump inhibitors (EPIs) as new antimicrobial agents against Pseudomonas aeruginosa, Libyan Journal of Medicine, 2011, Т. 6, No. 1. *
Das M. C. et al. Attenuation of Pseudomonas aeruginosa biofilm formation by Vitexin: A combinatorial study with azithromycin and gentamicin, Scientific reports, 2016, Т. 6, No. 1, С. 1-13. *
Хабирова А. Д. и др. Экспериментальная оценка панели генно-инженерных калибраторов для количественной оценки антимикробной активности химических соединений на платформе ПЦР в режиме реального времени в отношении Pseudomonas aeruginosa,Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2019, номер 3. *
Хабирова А. Д. и др. Экспериментальная оценка панели генно-инженерных калибраторов для количественной оценки антимикробной активности химических соединений на платформе ПЦР в режиме реального времени в отношении Pseudomonas aeruginosa,Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2019, номер 3. Das M. C. et al. Attenuation of Pseudomonas aeruginosa biofilm formation by Vitexin: A combinatorial study with azithromycin and gentamicin, Scientific reports, 2016, Т. 6, No. 1, С. 1-13. Askoura M. et al. Efflux pump inhibitors (EPIs) as new antimicrobial agents against Pseudomonas aeruginosa, Libyan Journal of Medicine, 2011, Т. 6, No. 1. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Boyle et al. Rapid quantitative detection of chytridiomycosis (Batrachochytrium dendrobatidis) in amphibian samples using real-time Taqman PCR assay
CN112522429A (en) Method and reagent set for detecting bacillus anthracis by RPA (reverse transcriptase polymerase chain reaction) combined CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) technology
Tang et al. An effective method for isolation of DNA from pig faeces and comparison of five different methods
US20070264680A1 (en) Method and Test-Kit for the Detection and Quantification of Organisms
AU2006209416A1 (en) Method of quantitatively analysing microorganism targeting rRNA
Chang et al. Optimization and application of propidium monoazide-quantitative PCR method for viable bacterial bioaerosols
Pribylova et al. Effect of short-and long-term antibiotic exposure on the viability of Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis as measured by propidium monoazide F57 real time quantitative PCR and culture
Ahmad et al. Identification of Acinetobacter baumannii and Determination of MDR and XDR Strains
CN116004874A (en) Primer combination and kit for detecting Chlamydia psittaci based on isothermal amplification method
JP5753778B2 (en) Method for measuring the biological activity of helminth eggs, especially Trichinella eggs
Fernandes et al. Morphological transition of Helicobacter pylori adapted to water
RU2435860C1 (en) FLUORESCENT-MARKED OLIGONUCLEOTIDE PROBE FOR IDENTIFICATION OF GLANDERS AND MELIOIDOSIS AGENTS Bpseudomallei AND Bmallei
RU2760788C1 (en) Precision method for comparative rapid evaluation of effectiveness of antimicrobial substances against the conditionally pathogenic species pseudomonas aeruginosa
KR20090100950A (en) Method for detection brucellosis using real time pcr
RU2707548C1 (en) Strain of bacteria salmonella enterica subspecies enterica serovar typhi b-8453 with low level resistance to fluoroquinolones, used as a control strain for phenotypic and molecular studies in diagnosing typhoid fever
Jung et al. In-situ hybridization for the detection of Haemophilus parasuis in naturally infected pigs
RU2551208C1 (en) SET OF OLIGONUCLEOTIDE PRIMERS AND FLUORESCENTLY LABELLED PROBE FOR IDENTIFICATION OF Burkholderia mallei AND ITS DIFFERENTIATION FROM Burkholderia pseudomallei
Mozioğlu et al. Oligomer based real-time detection of microorganisms producing nuclease enzymes
Müs¸ tak et al. Detection of Microsporum canis and Trichophyton mentagrophytes by loop‐mediated isothermal amplification (LAMP) and real‐time quantitative PCR (qPCR) methods
AU2007302638B2 (en) Agent for degrading a nucleic acid and method of degrading a nucleic acid
Prakoso et al. Galleria mellonella infection model to evaluate pathogenic and nonpathogenic Leptospira strains
CN109825618B (en) Dual PCR detection method for detecting bee-brood cocci and bee larva bacillus
ES2626481T3 (en) Molecular targets and methods for formulation screening and preservative efficacy testing
DE102013225037B4 (en) Method for detecting resistant germs and device for carrying out the same
JP2007020423A (en) Nucleic acid fragment for detecting intestinal bacterial group