RU2787181C1 - Мультиплексная ПЦР-смесь для определения серотипов 12FAB, 15BC, 22FA, 8 Streptococcus pneumoniae и способ ее применения - Google Patents

Мультиплексная ПЦР-смесь для определения серотипов 12FAB, 15BC, 22FA, 8 Streptococcus pneumoniae и способ ее применения Download PDF

Info

Publication number
RU2787181C1
RU2787181C1 RU2021138778A RU2021138778A RU2787181C1 RU 2787181 C1 RU2787181 C1 RU 2787181C1 RU 2021138778 A RU2021138778 A RU 2021138778A RU 2021138778 A RU2021138778 A RU 2021138778A RU 2787181 C1 RU2787181 C1 RU 2787181C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pneumoniae
seq
serotypes
serotype
mixture
Prior art date
Application number
RU2021138778A
Other languages
English (en)
Inventor
Константин Олегович Миронов
Ирина Игоревна Гапонова
Елена Алексеевна Дунаева
Василий Геннадьевич Акимкин
Original Assignee
Федеральное бюджетное учреждение науки "Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное бюджетное учреждение науки "Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора) filed Critical Федеральное бюджетное учреждение науки "Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора)
Application granted granted Critical
Publication of RU2787181C1 publication Critical patent/RU2787181C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к лабораторным методам определения серотипов Streptococcus pneumoniae и может быть использовано для молекулярной диагностики циркулирующих штаммов пневмококковой инфекции (ПИ), проведения микробиологического мониторинга и решения научно-исследовательских задач по изучению пневмококковых инфекций. Предложена мультиплексная ПЦР-смесь для определения серотипов 12FAB, 15ВС, 22FA, 8 Streptococcus pneumonia и способ применения мультиплексной ПЦР-смеси. Определение серотипов 12FAB, 15ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae осуществляют посредством мультиплексной ПЦР-смеси, содержащей оригинальные последовательности олигонуклеотидов SEQ ID NO: 1-12. Изобретение позволяет повысить эффективность обнаружения фрагментов ДНК четырех серотипов S. Pneumoniae - 12FAB, 15ВС, 22FA, 8 методом ПЦР-РРВ в мультиплексном формате, обеспечивает минимальный риск контаминации при проведении исследования и исключает субъективность при оценке результатов. Кроме того, позволяет в короткие сроки идентифицировать максимальную долю циркулирующих серотипов ПИ2. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к лабораторным методам определения серотипов Streptococcus pneumoniae с использованием полимеразной цепной реакции в режиме реального времени (ПЦР-РРВ), и может быть использовано для молекулярной диагностики циркулирующих штаммов пневмококковой инфекции (ПИ), проведения микробиологического мониторинга и решения научно-исследовательских задач по изучению пневмококковых инфекций.
S. pneumoniae является грамположительным анаэробным видом бактерий. В зависимости от химических свойств полисахаридной капсулы выделяют около 50 серогрупп, образующих не менее 100 серотипов, многие из которых ассоциированы с инвазивными ПИ. Важным элементом эпидемиологического надзора за пневмококковыми инфекциями является микробиологический мониторинг, включающий антигенную и генетическую характеристику возбудителей ПИ, а также данные о чувствительности к антибиотикам. Антигенная характеристика возбудителей заключается в определении серотипов, что позволяет оценить эффективность существующих поливалентных вакцин. В России широкое применение получили 13-валентная конъюгированная пневмококковая вакцина (PCV13, «Превенар 13») и 23-валентная полисахаридная вакцина (PPV23, «Пневмовакс 23»). Определение спектра серотипов возбудителей ПИ позволяет планировать иммунопрофилактические мероприятия и оценивать их эффективность в группах лиц, вовлеченных в эпидемический процесс.
Для определения серотипов S. pneumoniae используются серологические способы, основанные на реакции набухания полисахаридной капсулы или реакции латекс-агглютинации. Широко используются и основанные на ПЦР способы детекции серотип-специфических последовательностей срт-локуса, такие как гены полисахаридной полимеразы wzy и флиппазы wzx, а также другие гены, участвующие в биосинтезе капсульного полисахарида (wcwV, galU, wciP, wzg) [Bentley, S.D. Genetic Analysis of the Capsular Biosynthetic Locus from All 90 Pneumococcal Serotypes / S.D. Bentley, D.M. Aanensen, A. Mavroidi et al. // PLoS Gene. - 2006. - Vol. 2. - №3. - P.262-269. doi: 10.1371/journal.pgen.0020031; Selva, L. Rapid and Easy Identification of Capsular Serotypes of Streptococcus pneumoniae by Use of Fragment Analysis by Automated Fluorescence-Based Capillary Electrophoresis / L. Selva, E. del Amo, P. Brotons, C. Munoz-Almagro // J. Clin. Microbiol. - 2012. - Vol. 50.-№11. - P. 3451-3457. doi:10.1128/JCM.01368-12].
В 2006 году R. Pai и соавторы предложили алгоритм серотипирования S. pneumoniae, основанный на последовательных мультиплексных ПЦР [Pai, R. Sequential multiplex PCR approach for determining capsular serotypes of Streptococcus pneumoniae isolates / R. Pai, R. E. Gertz, B. Beall // J. Clin. Microbiol. - 2006. - Vol. 44. - №1. - P.124-131. doi:10.1128/JCM.44.1.124-131.2006]. К недостаткам данного подхода относится необходимость использования электрофоретической детекции продуктов ПЦР в агарозном геле, что, наряду с другими недостатками включения данного этапа, может осложнять дифференциацию серотипов при проведении мультиплексной ПЦР.
Из уровня техники также известен способ определения 29 серотипов [Yun, K. W. Streptococcus pneumoniae type determination by multiplex polymerase chain reaction / K.W. Yun, E. Y. Cho, K.B. Hong et al. // Journal of Korean medical science. 2011. Vol. 26. №8. - P.971-978. doi:10.3346/jkms.2011.26.8.971]. Недостатком данного способа также является этап электрофореза.
Оптимальным способом одновременного определения нескольких серотип-специфических мишеней является ПЦР-РРВ с использованием флуоресцентно меченых зондов. Несмотря на преимущества ПЦР-РРВ для определения серотипов, эффективность ее применения не всегда очевидна, что обусловлено постоянной адаптацией возбудителей под давлением популяционного иммунитета, в том числе обусловленного иммунопрофилактикой с использованием поливалентных вакцин.
Для определения серотипов S. pneumoniae с помощью ПЦР-РРВ используется методика, разработанная в ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора (Москва, Россия), которая предполагает исследование 16 серотип-специфических мишеней в четырех реакционных смесях [MP 4.2.0114-16. Методические рекомендации. 4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Лабораторная диагностика внебольничной пневмонии пневмококковой этиологии. Утверждены и введены в действие 20 октября 2016 г.; Миронов, К.О. Методика ПЦР в режиме реального времени для определения серотипов Streptococcus pneumoniae / К.О. Миронов, А.Е. Платонов, Е.А. Дунаева и др. // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014. №1. - С. 41-48.]. Каждая из реакционных смесей содержит праймеры и зонды для проведения ПЦР на амплификаторах с пятью каналами флуоресцентной детекции. Методика предназначена для определения пневмококков, ассоциированных с инвазивными формами инфекции, капсульные антигены которых включены в состав 10- и 13-валентных конъюгированных вакцин. Серотип-специфические праймеры и зонды распределены по реакционным смесям следующим образом:
реакционная смесь №13, 6 ВА, 19F, 9VA (ПЦР-смесь М5); реакционная смесь №2 - 1, 14, 23F, 4 (ПЦР-смесь N5); реакционная смесь №3 - 18, 9NL, 15AF, HAD (ПЦР-смесь Sp3); реакционная смесь №4 - 2, 5, 7AF, 19А (ПЦР-смесь Sp4).
Каждая реакционная смесь содержит праймеры и зонды для определения четырех серотипов, а также праймеры и зонд для детекции положительного внутреннего контроля фрагмента срт-локуса, общего для всех серотипов.
Несмотря на то, что вышеупомянутая методика позволяет определить указанные серотипы у 79% образцов, возникает ряд сложностей, поскольку при использовании 4-плексной методики такие серотипы, как 8, 12FAB, 15ВС и 22FA, которые, в свою очередь, входят в состав 23-валентной полисахаридной вакцины (PPV23, «Пневмовакс 23»), не определяются.
В силу того, что серотиповой состав возбудителей ПИ изменчив во времени и различается на разных территориях и в разных популяциях, существует потребность в разработке эффективного и доступного инструмента, позволяющего оптимизировать существующие лабораторные подходы, например, за счет использования дополнительных серотип-специфических мишеней, реализуемых с использованием широко распространенного лабораторного оборудования, например, ПЦР-РРВ. Определение серотипов S. pneumoniae позволяет своевременно использовать информацию об эпидемиологических особенностях циркулирующих возбудителей ПИ для эффективного планирования и контроля программ вакцинации.
Технической задачей изобретения является создание мультиплексной ПЦР-смеси и способа ее применения, что позволяет определять серотипы 12FAB, 15ВС, 22FA, 8S. pneumoniae непосредственно в биологическом материале методом ПЦР-РРВ. Данный подход позволяет одновременно выявлять фрагменты генов S. pneumoniae, не прибегая к использованию дополнительных методов выявления ампликонов (электрофорез ДНК в агарозном геле, ДНК-микрочипы), тем самым снижая риск контаминации продуктами амплификации и процент технологических ошибок. Мультиплексный формат ПЦР-РРВ сокращает трудоемкость, стоимость и продолжительность анализа.
Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения фрагментов ДНК четырех серотипов S. Pneumoniae - 12FAB, 15ВС, 22FA, 8 методом ПЦР-РРВ в мультиплексном формате за счет создания мультиплексной ПЦР-смеси, содержащей 4 пары специфичных олигонуклеотидных праймеров и четырех флоуресцентных зондов, а также разработки способа применения упомянутой мультиплексной ПЦР-смеси, который обеспечивает минимальный риск контаминации при проведении исследования и исключает субъективность при оценке результатов. Кроме того, заявляемая группа изобретений позволяет в короткие сроки и с наименьшими затратами идентифицировать максимальную долю циркулирующих серотипов ПИ.
Заявляемая мультиплексная ПЦР-смесь содержит оригинальные олигонуклеотиды, позволяющие идентифицировать 4 серотипа ПИ, а именно:
- олигонуклеотиды для определения 12FAB серотипа S. pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (12FABF) SEQ ID NO: 1, обратный праймер (12FABR) - SEQ ID NO: 2, флоуресцентный зонд (12FABZ) - SEQ ID NO: 3;
- олигонуклеотиды для определения 15 ВС серотипа Streptococcus pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (15BCF) - SEQ ID NO: 4, обратный праймер (15BCR) SEQ ID NO: 5, флоуресцентный зонд (15BCZ) SEQ ID NO: 6;
- олигонуклеотиды для определения 22FA серотипа S. pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (22FAF) - SEQ ID NO: 7, обратный праймер (22FAR) - SEQ ID NO: 8, флоуресцентный зонд (22FAZ) - SEQ ID NO: 9;
- олигонуклеотиды для определения 8 серотипа S. pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (8F) - SEQ ID NO: 10, обратный праймер (8R) - SEQ ID NO: 11, флоуресцентный зонд (8Z) - SEQ ID NO: 12.
Заявляемые олигонуклеотиды разработаны на основе генов S. pneumoniae, входящих в срт-локус [Bentley, S.D. Genetic analysis of the capsular biosynthetic locus from all 90 pneumococcal serotypes / S.D. Bentley, D.M. Aanensen, A. Mavroidi et al. // PLoS Gene. 2006. Vol.2. №3. P.262-269. doi: 10.1371/journal.pgen.0020031]. С этой целью были проанализированы фрагменты последовательностей генома S. pneumoniae (срт-локуса) серотипов 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 для определения консервативных участков ДНК, не имеющих гомологии с фрагментами срт-локуса представителей других серотипов S. pneumoniae.
В результате проведенного анализа были выбраны гомологичные для серотипов 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae фрагменты срт-локуса, к каждому из которых подобраны праймеры и флоуресцентный зонд для амплификации фрагментов пар оснований, длина которых представлена в Таблице 1.
Figure 00000001
Figure 00000002
Для подбора последовательностей-мишеней - мест посадки олигонуклеотидов, используют фрагменты референсных геномов серотипов 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae, взятые из базы данных GenBank. Для поиска консервативных последовательностей применяют современные алгоритмы in silico анализа нуклеотидных последовательностей и программы, находящиеся в открытом доступе, включая Mega и Unipro UGENE, олигокалькуляторы (Oligo Calculators) Thermo Fisher Scientific. Составляют перечень консервативных участков, характерных только для определяемого серотипа S. pneumoniae, к которым подобирают олигонуклеотидные последовательности прямого и обратного праймеров, а также флоуресцентный зонд.
С использованием ресурса Primer BLAST проанализировали серотип-специфичность полученных праймеров. Результаты приведены в Таблице 2.
Figure 00000003
Figure 00000004
В качестве положительного внутреннего контроля используется фрагмент cps-локуса общего для всех серотипов SEQ ID NO: 49-51, с праймерами сртА-f и cpsA-m [Pai, R. Sequential multiplex PCR approach for determining capsular serotypes of Streptococcus pneumoniae isolates / R. Pai, R. E. Gertz, B. Beall // J. Clin. Microbiol. - 2006. - Vol.44. -№1.
P.124-131. doi:10.1128/JCM.44.1.124-131.2006] и зондом cpsA-Z2 [Миронов, КО. Методика ПЦР в режиме реального времени для определения серотипов Streptococcus pneumoniae / К.О. Миронов, А.Е. Платонов, Е.А. Дунаева и др. // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014. №1. С. 41-48.]. Для детекции cps-положительных образцов используют канал для флуорофора Су5.5.
Согласно предлагаемому способу из биологического материала выделяют ДНК. В качестве биологического материла предпочтительно использовать спинномозговую жидкость или образцы культур S. pneumoniae.
Выделение ДНК из биологического материала или штаммов проводят в соответствии с МУ 1.3.2569-09 «Организация работ лабораторий, использующих методы амплификации нуклеиновых кислот при работе с материалом, содержащим микроорганизмы I-IV групп патогенности». Выделение ДНК из биологического материала производят с помощью комплекта реагентов в соответствии с инструкцией производителя. Для выделения ДНК может быть использован комплект реагентов «РИБО-преп» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) или любой аналогичный набор для выделения ДНК. Оптимальная концентрация ДНК - 103-105 копий в 10 мкл.
ПЦР-РРВ проводят в формате мультиплекс в объеме 25 мкл, с применением олигонуклеотидов - праймеров и зондов, представленных в Таблице 2.
Компоненты ПЦР смешиваются следующим образом:
(a) 10 мкл смеси, содержащей:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 49, 50 - по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 3, 6, 9, 12, 51 - по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ.
(b) реактив, содержащий рекомбинантный фермент Taq ДНК-полимеразы,
например 0,5 мкл реактива «Полимераза TaqF» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии
Роспотребнадзора, Россия) или любого аналогичного коммерческого набора в соответствии с инструкцией производителя.
(c) ПЦР-буфер, содержащий MgCl2, например 4,5 мкл ПЦР-буфера «ОТ-ПЦР-смесь-2 FEP/FRT» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) или любого аналогичного коммерческого набора в соответствии с инструкцией производителя.
(d) выделенная ДНК - 10 мкл.
ПЦР-РРВ проводят с флуоресцентной детекцией на приборе «Rotor-Gene Q» («Qiagen», Германия) или на любом другом приборе с 5 каналами детекции.
Амплификацию проводят по следующей программе: 1 цикл 95°С в течение 15 минут, 5 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 секунд / 72°С - 5 секунд, затем 40 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 сек / 72°С - 5 секунд.
Регистрация флуоресцентного сигнала проводится на этапе 60°С по 5 каналам детекции для флуорофоров FAM, R6G, ROX, Су5.
Для анализа результатов задают пороговую линию, соответствующую величине 8-10% от максимального сигнала положительного образца. Образцы, для которых кривые флуоресценции пересекают пороговую линию, и при этом кинетика накопления флуоресцентного сигнала является экспоненциальной, являются положительными. При этом по каналу для флуорофора FAM определяют наличие в биологическом материале 12FAB серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора R6G - наличие 15 ВС серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора ROX - наличие 22FA серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора Су5 - наличие 8 серотипа S. pneumoniae.
Кроме того, применение в заявляемом способе дополнительно трех мультиплексных ПЦР-смесей, содержащих олигонуклеотиды SEQ ID NO: 13-48 позволяют одновременно идентифицировать до 16 серотипов S. pneumoniae, для чего упомянутые олигонуклеотиды распределяют следующим образом: смесь №1 включает SEQ ID NO: 13-24, смесь №2 - SEQ ID NO: 25-36, смесь №3 - SEQ ID NO: 37-48, а ПЦР-РРВ проводят в четыре этапа. Для каждой ПЦР-смеси в качестве положительного внутреннего контроля используется фрагмент срт-локуса общего для всех серотипов S. pneumoniae SEQ ID NO: 49-51.
Из проб биологического материала выделяют ДНК и проводят ПЦР-РРВ в формате мультиплекс.Процедура выделения ДНК описана выше.
Компоненты для каждой ПЦР смешиваются следующим образом:
(а) 10 мкл смеси, содержащей:
(а.а) для смеси №1:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 13, 14, 16, 17, 19, 20, 22, 23, 49, 50 - по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 15, 18, 21, 24, 51 - по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ. (а.Ь) для смеси №2:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 25, 26, 28, 29, 31, 32, 34, 35, 49, 50 - по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 27, 30, 33, 36, 51 - по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ. (а.с) для смеси №3:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 37, 38, 40, 41, 43, 44, 46, 47, 49, 50 - по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 39, 42, 45, 48, 51 по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ.
(a.d) заявляемую мультиплексную ПЦР-смесь, содержащую оригинальные олигонуклеотиды SEQ ID NO: 1-12, готовят, как описано выше.
Общий объем каждой реакционной смеси, включая заявляемую мультиплексную ПЦР-смесь, должен составлять 25 мкл.
(b) реактив, содержащий рекомбинантный фермент Taq ДНК-полимеразы, например, 0,5 мкл реактива «Полимераза TaqF» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) или любого аналогичного коммерческого набора в соответствии с инструкцией производителя.
(c) ПЦР-буфер, содержащий MgCh, например 4,5 мкл ПЦР-буфера «ОТ-ПЦР-смесь-2 FEP/FRT» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) или любого аналогичного коммерческого набора в соответствии с инструкцией производителя.
(d) выделенная ДНК - 10 мкл.
ПЦР-РРВ проводят с флуоресцентной детекцией на приборе «Rotor-Gene Q» («Qiagen», Германия) или на любом другом приборе с 5 каналами детекции.
Амплификацию проводят по следующей программе: 1 цикл 95°С в течение 15 минут, 5 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 секунд / 72°С - 5 секунд, затем 40 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 сек / 72°С - 5 секунд.
Детекция флуоресценции проводится на этапе 60°С по 5 каналам детекции для флуорофоров FAM, R6G, ROX, Су5. Для анализа результатов задают пороговую линию, соответствующую величине 8-10% от максимального сигнала положительного образца. Образцы, для которых кривые флуоресценции пересекают пороговую линию, и при этом кинетика накопления флуоресцентного сигнала является экспоненциальной, являются положительными. ПЦР-РРВ проводят в четыре этапа.
На первом этапе применяют смесь №1, включающую олигонуклеотиды SEQ ID NO: 13-24. При этом по каналу для флуорофора FAM определяют наличие в биологическом материале 3 серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора R6G -наличие 6 ВА серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора ROX - наличие 19F серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора Су5 - наличие 9VA серотипа S. pneumoniae. При отрицательном результате или наличии не типируемых образцов переходят к следующему этапу.
На втором этапе используют смесь №2, которая содержит олигонуклеотиды SEQ ID NO: 25-36. По каналу для флуорофора FAM определяют наличие в биологическом материале 1 серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора R6G - наличие 14 серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора ROX - наличие 23F серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора Су5 - наличие 4 серотипа S. pneumoniae. При отрицательном результате или наличии не типируемых образцов переходят к следующему этапу.
На третьем этапе используют заявляемую мультиплексную ПЦР-смесь, которую применяют согласно заявляемому способу. При положительном результате определяют наличие 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae, а при отрицательном результате или наличии не типируемых образцов переходят к четвертому этапу.
На четвертом этапе используют смесь №3, которая содержит олигонуклеотиды для определения 18, 9NL, 15AF, HAD серотипов S. pneumoniae - SEQ ID NO: 37-48. По каналу для флуорофора FAM определяют наличие в биологическом материале 18 серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора R6G - наличие 9NL серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора ROX - наличие 15AF серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора Су5 - наличие 11AD серотипа S. pneumoniae.
Использование заявляемой мультиплексной ПЦР-смеси согласно описанному способу позволяет в короткие сроки и с наименьшими затратами идентифицировать максимальную долю циркулирующих серотипов инвазивных и неинвазивных форм ПИ, цирулирующих в России в настоящее время.
При этом каждая из упомянутых выше смесей может быть использована для выявления в биологическом материале фрагментов генов соответствующих серотипов S. pneumoniae отдельно.
Заявляемое решение поясняется Фиг. 1-5, на которых продемонстрированы примеры определения серотипов 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae с использованием методики ПЦР-РРВ:
Фиг. 1 - Детекция серотипа 12FAB (канал для флуорофора FAM);
Фиг. 2 - Детекция серотипа 15 ВС (канал для флуорофора R6G);
Фиг. 3 - Детекция серотипа 22FA (канал для флуорофора ROX);
Фиг. 4 - Детекция серотипа 8 (канал для флуорофора Су5);
Фиг. 5 - Детекция cps-положительных образцов (канал для флуорофора Су5.5)
Заявляемое решение является результатом работы в рамках исследования российских штаммов S. pneumoniae, проделанной в ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора (Москва, Россия).
Эффективность заявленного способа была оценена на трех выборках российских штаммов, изолированных от больных инвазивными формами ПИ (Таблица 3). В столбце I отражены результаты определения серотипов согласно MP 4.2.0114-16 «Методические рекомендации. 4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Лабораторная диагностика внебольничной пневмонии пневмококковой этиологии», в столбце II результаты определения серотипов согласно заявляемому решению, в столбце III результаты определения серотипов в объединенной выборке изолятов, информация о которых была опубликована в базе данных PubMLST [Public databases for molecular typing and microbial genome diversity. Электронный ресурс - URL: https://pubmlst.org/ (дата обращения:12.05.2021)]. Критериями включения изолятов в объединенную выборку были источник (больной менингитом или сепсисом) и/или биологический материал (спинномозговая жидкость или кровь); включены изоляты с минимальным идентификационным номером id9931, максимальным - id73033. Количество и доля серотипов, соответствующих серотип-специфическим мишеням, распределенным по ПЦР-смесям, представлены в Таблице 3.
Figure 00000005
Таким образом, заявляемое решение позволяет идентифицировать серотипы более 80% возбудителей инвазивных и неинвазивных форм ПИ, цирулирующих в РФ в настоящее время.
Реализация заявляемой группы изобретения поясняется следующими примерами:
Пример 1. Получение олигонуклеотидов для определения серотипов 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae.
Для подбора последовательностей-мишеней - мест посадки олигонуклеотидов, используют фрагменты референсных геномов серотипов 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae, взятые из базы данных GenBank. Для поиска консервативных последовательностей применяют современные алгоритмы in silico анализа нуклеотидных последовательностей и программы, находящиеся в открытом доступе, включая Mega и Unipro UGENE, олигокалькуляторы (Oligo Calculators) Thermo Fisher Scientific. Составляют перечень консервативных участков, характерных только для определяемого серотипа S. pneumoniae, к которым подобирают олигонуклеотидные последовательности прямого и обратного праймеров, а также флоуресцентный зонд.
В качестве положительного внутреннего контроля используется фрагмент cps-локуса общего для всех серотипов S. pneumoniae SEQ ID NO: 49-51.
Анализ подобранных последовательностей с использованием ресурса Primer BLAST показал, что представленные уникальными последовательностями SEQ ID NO: 1-3 олигонуклеотиды амплифицируют консервативный для 12FAB серотипа участок со специфичностью 96%, представленные уникальными последовательностями SEQ ID NO: 4-6 олигонуклеотиды амплифицируют консервативный для 15 ВС серотипа участок со 100% специфичностью, олигонуклеотиды, представленные уникальными последовательностями SEQ ID NO: 7-9, амплифицируют консервативный для 22FA серотипа участок со 100% специфичностью, олигонуклеотиды, представленные уникальными последовательностями SEQ ID NO: 10-12, амплифицируют консервативный для 8 серотипа участок со 100% специфичностью.
Пример 2. Способ использования мультиплексной ПЦР-смеси для определения 12FAB, 15 ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae.
От больных в возрасте от 1 до 89 лет, имеющих диагноз «внебольничная пневмония» в 2019-2020 годах было получено 86 культур S. pneumoniae.
Из культур выделили ДНК. Выделение ДНК проводили в соответствии с МУ 1.3.2569-09 «Организация работ лабораторий, использующих методы амплификации нуклеиновых кислот при работе с материалом, содержащим микроорганизмы I-IV групп патогенности». Выделение ДНК производили с помощью комплекта реагентов в соответствии с инструкцией производителя. Для выделения ДНК использовали комплект реагентов «РИБО-преп» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия), в оптимальной концентрации ДНК для постановки ПЦР-РРВ - 103-105 копий в 10 мкл.
ПЦР-РРВ проводили в формате мультиплекс в объеме 25 мкл, с применением олигонуклеотидов праймеров и зондов, представленных в Таблице 2. В качестве положительного внутреннего контроля использовали фрагмент срт-локуса общего для всех серотипов S. pneumoniae SEQ ID NO: 49-51.
Компоненты ПЦР смешали следующим образом:
(a) 10 мкл смеси, содержащей:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 49, 50 - по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 3, 6, 9, 12, 51 - по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ.
(b) 0,5 мкл реактива «Полимераза TaqF» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия).
(c) 4,5 мкл ПЦР-буфера «ОТ-ПЦР-смесь-2 FEP/FRT» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия).
(d) выделенная ДНК - 10 мкл.
ПЦР-РРВ проводили с флуоресцентной детекцией на приборе «Rotor-Gene Q» («Qiagen», Германия).
Амплификацию проводили по следующей программе: 1 цикл 95°С в течение 15 минут, 5 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 секунд / 72°С - 5 секунд, затем 40 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 сек / 72°С - 5 секунд.
Детекцию флуоресценции проводили на этапе 60°С по 5 каналам детекции для флуорофоров FAM, R6G, ROX, Су5. Для анализа результатов задали пороговую линию, соответствующую величине 8-10% от максимального сигнала положительного образца. Образцы, для которых кривые флуоресценции пересекали пороговую линию, и при этом кинетика накопления флуоресцентного сигнала являлась экспоненциальной, являются положительными.
По каналу для флуорофора FAM определили наличие 12FAB серотипа S. pneumoniae в одном образце (Фиг. 1), по каналу для флуорофора R6G определили наличие 15 ВС серотипа S. pneumoniae в восьми образцах (Фиг. 2), наличие в двух образцах 22FA серотипа S. pneumoniae определили по каналу для флуорофора ROX (Фиг. 3), по каналу для флуорофора Су5 определили наличие 8 серотипа S. pneumoniae в одном образце (Фиг. 4).
Результаты определения серотипов были подтверждены анализом данных полногеномного секвенирования с использованием программ «SeroBA» и «РneumoСаТ». Дискордантных результатов между результатами ПЦР-РРВ и результатами полногеномного секвенирования не обнаружено.
Пример 3. Способ использования заявляемой мультиплексной ПЦР-смеси в четырехэтапной ПЦР-РРВ.
Получено 90 образцов биологического материала от больных в возрасте от 1 до 89 лет, имеющих диагноз «внебольничная пневмония» в 2019-2020 годах, которые имели положительный срт-локус S. pneumoniae.
Из проб биологического материала выделили ДНК. Выделение ДНК проводили в соответствии с МУ 1.3.2569-09 «Организация работ лабораторий, использующих методы амплификации нуклеиновых кислот при работе с материалом, содержащим микроорганизмы I-IV групп патогенности». Выделение ДНК из биологического материала производили с помощью комплекта реагентов в соответствии с инструкцией производителя. Для выделения ДНК использовали комплект реагентов «РИБО-преп» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия), в оптимальной концентрации ДНК для постановки ПЦР-РРВ - 103-105 копий в 10 мкл. Для каждой ПЦР-смеси в качестве положительного внутреннего контроля использовали фрагмент срт-локуса общего для всех серотипов S. pneumoniae SEQ ID N 49-51.
ПЦР-РРВ проводили в формате мультиплекс.Компоненты для каждой ПЦР смешивали следующим образом:
(a) 10 мкл смеси, содержащей: (а.а.) для смеси №1:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 13, 14, 16, 17, 19, 20, 22, 23, 49, 50 - по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 15, 18, 21, 24, 51 - по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ. (а.Ь.) для смеси №2:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 25, 26, 28, 29, 31, 32, 34, 35, 49, 50 - по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 27, 30, 33, 36, 51 - по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ. (а.с.) для смеси №3:
- олигонуклеотидные праймеры SEQ ID NO: 37, 38, 40, 41, 43, 44, 46, 47, 49, 50- по 0,5 мкМ;
- флоуресцентные зонды SEQ ID NO: 39, 42, 45, 48, 51 - по 0,2 мкМ;
- dNTPs - 0,44 мМ.
(a.d) заявляемую мультиплексную ПЦР-смесь готовили, как описано в Примере 2. Общий объем каждой реакционной смеси составил 25 мкл.
(b) 0,5 мкл реактива «Полимераза TaqF» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия).
(c) 4,5 мкл ПЦР-буфера «ОТ-ПЦР-смесь-2 FEP/FRT» (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия).
(d) выделенная ДНК 10 мкл.
ПЦР-РРВ проводили с флуоресцентной детекцией на приборе «Rotor-Gene Q» («Qiagen», Германия).
Амплификацию проводили по следующей программе: 1 цикл 95°С в течение 15 минут, 5 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 секунд / 72°С - 5 секунд, затем 40 циклов при температуре 95°С - 5 секунд / 60°С - 20 сек / 72°С - 5 секунд.
Детекцию флуоресценции проводили на этапе 60°С по 5 каналам детекции для флуорофоров FAM, R6G, ROX, Су5. Для анализа результатов задали пороговую линию, соответствующую величине 8-10% от максимального сигнала положительного образца.
Образцы, для которых кривые флуоресценции пересекали пороговую линию, и при этом кинетика накопления флуоресцентного сигнала была экспоненциальной, идентифицировались как положительные. ПЦР-РРВ проводили в четыре этапа.
На первом этапе применяли смесь №1, включающую олигонуклеотиды SEQ ID NO: 13-24. Посредством смеси №1 серотипы S. pneumoniae были определены у 27 (30%) образцов, при этом по каналу для флуорофора FAM определяют наличие 3 серотипа S. pneumoniae в 6 образцах, по каналу для флуорофора R6G - наличие 6 ВА серотипа S. pneumoniae в 4 образцах, по каналу для флуорофора ROX - наличие 19F серотипа S. pneumoniae в 8 образцах, по каналу для флуорофора Су5 - наличие 9VA серотипа S. pneumoniae в 9 образцах.
На втором этапе применяли смесь №2, которая содержит олигонуклеотиды SEQ ID NO: 25-36. Посредством указанной смеси серотипы S. pneumoniae были определены у 13 (14,4%) образцов. По каналу для флуорофора FAM определили наличие 1 серотипа S. pneumoniae в 3 образцах биологического материала, по каналу для флуорофора R6G -наличие 14 серотипа S. pneumoniae в 4 образцах, по каналу для флуорофора ROX определили в 4 образцах биологического материала наличие 23F серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора Су5 - наличие 4 серотипа S. pneumoniae в 2 образцах биологического материала.
На третьем этапе использовали заявляемую мультиплексную ПЦР-смесь, которую применяли согласно заявляемому способу. На данном этапе серотипы S. pneumoniae были определены у 19 (21,1%) образцов. По каналу для флуорофора FAM определили наличие в 6 образцах биологического материала 12FAB серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора R6G - наличие 15 ВС серотипа S. pneumoniae в 4 образцах, по каналу для флуорофора ROX - наличие 22FA серотипа S. pneumoniae в 6 образцах, по каналу для флуорофора Су5 - в 3 образцах биологического материала наличие 8 серотипа S. pneumoniae.
На четвертом этапе применяли смесь №3, которая содержит олигонуклеотиды SEQ ID NO: 37-48. На данном этапе серотипы S. pneumoniae были определены у 16 (17,8%) образцов. По каналу для флуорофора FAM определили наличие в 6 образцах биологического материале 18 серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора R6G -наличие 9NL серотипа S. pneumoniae в 4 образцах, по каналу для флуорофора ROX в 6 образцах наличие 15AF серотипа S. pneumoniae, по каналу для флуорофора Су5 - наличие HAD серотипа S. pneumoniae в 3 образцах биологического материала.
Всего серотипы были определены у 75 образцов, что составляет 83,3% от всех 90 cps-положительных образцов. Нетипируемые образцы содержали ДНК S. pneumoniae серотипов 35 В, 24F, 23А, 17F, 35F, 35F, 22F, 38 и 13, то есть эти образцы были истинно отрицательными, поскольку использованные ПЦР-смеси не содержали соответствующих серотип-специфических мишеней.
Из приведенного примера явным образом следует, что упомянутые смеси №1-3 могут быть использованы в моноспецифическом формате для выявления в биологических образцах фрагментов генов соответствующих серотипов S. pneumoniae.
Указанная выборка дополнительно была проанализирована с использованием методики, описанной в MP 4.2.0114-16, и объединенной выборки изолятов, информация о которых была опубликована в базе данных PubMLST. Как продемонстрировано в Таблице 4 при использовании методики, описанной MP 4.2.0114-16 «Методические рекомендации. 4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Лабораторная диагностика внебольничной пневмонии пневмококковой этиологии» серотипы было определены у 56 (62,6%) образцов (столбец II), при использовании объединенной выборки изолятов из PubMLST серотипы S. pneumoniae было определены у 69 (76,7%) (столбец III). Результаты серотипирования с использованием заявляемой мультиплексной ПЦР-смеси отражены в столбце II.
Figure 00000006
Таким образом, заявляемое решение позволяет идентифицировать серотипы более 80% возбудителей пневмококковой инфекции, циркулирующих в РФ в 2019-2020 годах.
Заявляемая мультиплексная ПЦР-смесь для определения серотипов 12FAB, 15ВС, 22FA, 8 S. pneumoniae и способ ее применения позволяют в короткие сроки и с наименьшими затратами идентифицировать максимальную долю циркулирующих серотипов ПИ, кроме того обеспечивают минимальный риск контаминации при проведении исследования и исключают субъективность при оценке результатов.

Claims (12)

1. Мультиплексная ПЦР-смесь для определения серотипов 12FAB, 15ВС, 22FA, 8 Streptococcus pneumoniae, включающая положительный внутренний контроль, содержащий фрагмент cps-локуса общего для всех серотипов S. pneumoniae SEQ ID NO: 49-51, а также:
- олигонуклеотиды для определения 12FAB серотипа S. pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (12FABF) - SEQ ID NO: 1, обратный праймер (12FABR) - SEQ ID NO: 2, флоуресцентный зонд (12FABZ) - SEQ ID NO: 3;
- олигонуклеотиды для определения 15ВС серотипа S. pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (15BCF) - SEQ ID NO: 4, обратный праймер (15BCR) - SEQ ID NO: 5, флоуресцентный зонд (15BCZ) - SEQ ID NO: 6:
- олигонуклеотиды для определения 22FA серотипа S. pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (22FAF) - SEQ ID NO: 1, обратный праймер (22FAR) - SEQ ID NO: 8, флоуресцентный зонд (22FAZ) - SEQ ID NO: 9;
- олигонуклеотиды для определения 8 серотипа S. pneumoniae, имеющие следующий нуклеотидный состав: прямой праймер (8F) - SEQ ID NO: 10, обратный праймер (8R) - SEQ ID NO: 11, флоуресцентный зонд (8Z) - SEQ ID NO: 12.
2. Способ применения мультиплексной ПЦР-смеси по п. 1, включающий выделение ДНК из биологического материала и проведение ПЦР-РРВ в мультиплексном формате с олигонуклеотидами по п. 1, амплификацию, анализ и интерпретацию результатов путем оценки по кривым накопления флуоресцентного сигнала по каждому из заданных для образцов каналов: FAM, R6G, ROX, Су5; где наличие в изучаемом биологическом образце фрагмента гена того или иного серотипа S. pneumoniae определяют по уровню сигнала флуоресценции определенного зонда: по каналу FAM - для 12FAB серотипа S. pneumoniae, по каналу R6G - для 15ВС серотипа S. pneumoniae, по каналу ROX - для 22FA серотипа S. pneumoniae, по каналу Су5 - для 8 серотипа V. pneumoniae.
3. Способ по п. 2, при котором для его осуществления дополнительно применяют олигонуклеотиды SEQ ID NO: 13-48 для приготовления мультиплексных ПЦР-смесей и распределяют следующим образом: смесь №1 - SEQ ID NO: 13-24, смесь №2 - SEQ ID NO: 25-36, смесь №3 - SEQ ID NO: 37-48, положительный внутренний контроль, содержащий фрагмент cps-локуса общего для всех серотипов S. pneumoniae SEQ ID NO: 49-51, используют для каждой мультиплексной ПЦР-смеси, а ПЦР-РРВ проводят в четыре этапа, где:
- на первом этапе применяют смесь №1, при этом положительный результат указывает наличие в изучаемом биологическом образце фрагментов генов 3, 6ВА, 19F, 9VA серотипов S. pneumoniae, а при отрицательном результате или при наличии не типируемых образцов переходят к следующему этапу;
- на втором этапе используют смесь №2, при этом положительный результат указывает на наличие в изучаемом биологическом образце фрагментов генов 1, 14, 2BF, 4 серотипов S. pneumoniae, а при отрицательном результате или при наличии не типируемых образцов переходят к следующему этапу
- на третьем этапе используют мультиплексную ПДР-смесь по п. 1, которую применяют способом по п. 2, а при отрицательном результате или при наличии не типируемых образцов переходят к следующему этапу;
- на четвертом этапе используют смесь №3, при этом положительный результат указывает на наличие в изучаемом биологическом образце фрагментов генов 18, 9NL, 15AF, HAD серотипов S. pneumoniae.
4. Способ по пп. 2, 3, где для анализа результатов задают пороговую линию, соответствующую величине 8-10% от максимального сигнала положительного образца.
RU2021138778A 2021-12-24 Мультиплексная ПЦР-смесь для определения серотипов 12FAB, 15BC, 22FA, 8 Streptococcus pneumoniae и способ ее применения RU2787181C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2787181C1 true RU2787181C1 (ru) 2022-12-29

Family

ID=

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MP 4.2.0114-16. Методические рекомендации. 4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы., Лабораторная диагностика внебольничной пневмонии пневмококковой этиологии. Утверждены и введены в действие 20 октября 2016 г.;https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293743/4293743035.htm#i81776. МИРОНОВ К.О., и др., Методика ПЦР в режиме реального времени для определения серотипов streptococcus pneumoniae 2014, с. 41-48file:///C:/Users/otd1333/Downloads/metodika-ptsr-v-rezhime-realnogo-vremeni-dlya-opredeleniya-se. MELIN M., et al., Serotype-related variation in susceptibility to complement deposi-tion and opsonophagocytosis among clinical isolates of Streptococcus pneumoniae. Infect Immun 2010, 78(12): 5252-61rotipov-streptococcus-pneumoniae.pdf. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2267161B1 (en) Primers, probes and kits for the detection of bacterial species belonging to the genus bartonella
RU2625006C1 (ru) Способ таргетной амплификации геномов возбудителей инфекций органов репродукции человека с целью одновременной идентификации возбудителей с набором праймеров
CN112359125A (zh) 一种快速检测格特隐球菌的方法
US7381547B2 (en) Methods and compositions to detect bacteria using multiplex PCR
CN109371148B (zh) 鉴别三种猪呼吸道细菌的荧光pcr试剂盒及定量检测方法
CN102229989A (zh) 一种结核分枝杆菌乙胺丁醇耐药突变的检测方法及试剂盒
US7960106B2 (en) Diagnostic method and products useful therein
CN108070638B (zh) 一种检测恙虫病东方体的重组酶聚合酶恒温扩增方法、其专用引物和探针及用途
RU2621864C1 (ru) Способ определения видовой принадлежности возбудителя бруцеллеза методом пцр с гибридизационно-флуоресцентным учетом результатов в режиме реального времени
Gou et al. Rapid detection of Haemophilus parasuis using cross-priming amplification and vertical flow visualization
CN103993090A (zh) 对普罗威登斯菌o31,o41,o42,o43和o50特异的核苷酸及其应用
RU2787181C1 (ru) Мультиплексная ПЦР-смесь для определения серотипов 12FAB, 15BC, 22FA, 8 Streptococcus pneumoniae и способ ее применения
RU2715333C1 (ru) Набор реагентов для выявления и идентификации днк возбудителей бруцеллеза методом полимеразной цепной реакции в реальном времени "ом-скрин-бруцеллез-рв"
KR101756736B1 (ko) 다중 실시간 pcr을 통해서 임상샘플로부터 돼지 흉막폐렴균을 신속 탐지하는 방법 및 그 장치
RU2795316C1 (ru) Олигонуклеотиды для определения 15BC серотипа Streptococcus pneumoniae
RU2802203C2 (ru) Олигонуклеотиды для определения 22FA серотипа Streptococcus pneumoniae
RU2802081C2 (ru) Олигонуклеотиды для определения 8 серотипа Streptococcus pneumoniae
RU2795021C1 (ru) Олигонуклеотиды для определения 12FAB серотипа Streptococcus pneumoniae
JP7065976B2 (ja) マルチコピー遺伝子を用いたツツガムシ病の診断方法
CN105441582B (zh) 幽门螺杆菌定性和定量多重基因检测体系及其试剂盒和应用
RU2755690C1 (ru) Способ детекции генов метициллин-резистентности mecA и mecC у стафилококков
RU2525059C2 (ru) Набор для выявления возбудителя ку-лихорадки в биологическом материале методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени (пцр-рв)
KR20200048082A (ko) 쯔쯔가무시균 감염 질환 진단용 키트
CN108384833A (zh) 一种检测2型猪链球菌的rpa方法、其专用引物和探针及用途
CN116121427B (zh) 一种基于荧光rpa技术检测肠炎沙门氏菌的试剂盒及其应用