技术领域
[0001] 本
发明涉及寄生虫检测技术领域,具体涉及一种从粪便中提取血吸虫DNA的方法,并针对获得的DNA进行快速鉴定的LF-RPA方法及其应用。
背景技术
[0002] 血吸虫病是人类最古老的的寄生虫病之一,近年来在控制血吸虫病方面的进展依然缓慢。血吸虫病传统的诊断法包括病原学诊断法和免疫学诊断法。病原学诊断法,如粪检法,毛蚴孵化法等,病原检查检出率低,感染往往需要到达一定使其才能从粪便中孵化出毛蚴或收集到虫卵,且较低度的感染往往很难检查出来,具有较高的漏检率,一个检测耗时4-5h,耗时较长,相对不敏感,不能满足我国低流行区的要求。免疫学诊断法如IHA,ELISA法,也是常用的诊断方法,利用
抗原抗体高效特异性的结合,从而检测分析样品中的目标物质,其中的目标物质可以是抗原,抗体,免疫细胞及其分泌的细胞因子,可以对他们进行定性或定量分析。灵敏度较病原学诊断较高,减少了一定的漏检率,相对病原学法简便且快速,具有特异性高,灵敏性强,反应迅速,操作简单的等优点,但是其一般难以区分
治疗前后,治疗后动物体内抗体
水平依旧居高不下,以IHA法和ELISA检测,容易反复诊断阳性导致重复治疗,且和其他寄生虫诊断具有较高的交叉
反应性。
[0003] 随着分子
生物学的快速发展,越来越多的分子生物学检测技术相继被科研工作者开发并应用,分子生物学检测技术是基于特定生物大分子(核酸,
蛋白质)的扩增,目前血吸虫病的分子生物学诊断已经相对研究透彻,能从多种多样的样本如,血清,粪便,虫体等检测血吸虫的DNA,虽然研究表明他们是灵敏且可靠的,但是,由于仪器设备和PCR所需环境要求较高等原因,这些PCR技术仅限于实验室,因此需要建立一种灵敏的,特异性高的,使用方便快速的现场诊断方法。
发明内容
[0004] 为了解决上述技术问题,本文结合LF-RPA技术,建立从粪便抽提DNA进行的寄生虫病诊断,设置虫卵DNA为对照,对比两种来源的模板DNA进行的LF-RPA检测的敏感性和特异性的差异,建立以粪便抽提的DNA为模板的LF-RPA检测技术。
[0005] 具体的,本发明提供一种从粪便中抽提血吸虫DNA的方法,所述方法为:(1)取感染血吸虫的动物粪便置于小烧杯中,加入RO水,玻璃棒搅拌均匀。
[0006] (2)用100目和180目
铜筛网过滤,反复冲洗后收集180目铜筛网上的粪便于量杯中,注满生理盐水,室温下静置,弃上清,取沉淀涂片计数虫卵。
[0007] (3)将沉淀转移至小研钵中,倒入少量液氮冷冻,待液氮挥发完以后,进行
研磨,反复倒入液氮冷冻研磨,如此反复三次;将研磨后
显微镜下观察有无完整虫卵,如有继续研磨。
[0008] (4)将研磨后粉末仔细刮入1.5mlEP管中,加蛋白酶K,混匀将研磨后粉末仔细刮入1.5mlEP管中,加蛋白酶K,混匀。
[0009] (5)加入缓冲液GB,充分颠倒混匀,70℃放置。
[0010] (6)加入无水
乙醇,充分震荡颠倒混匀,此时会出现絮状沉淀,瞬离取出管盖内壁水珠。
[0011] (7)将上述液体和絮状物转移至
吸附柱中,吸附柱放入收集管中,离心,倒掉废液,将吸附柱放入收集管中。
[0012] (8)向吸附柱加入漂洗液PW,离心,倒掉废液,将吸附柱放入收集管中,重复此步骤两次。
[0013] (9)将吸附柱放入收集管中,离心,倒掉废液,将吸附柱置于室温放置,彻底晾干吸附材料中残余的漂洗液。
[0014] (10)将吸附柱转移至一个新的1.5mlEP管中,向吸附膜中央悬空滴加洗脱液TE,室温放置,离心,吸附柱弃掉,盖上EP管,做好标记,放入-20℃
冰箱保存。
[0015] 进一步的,本发明提供一种基于上述粪便中分离出的DNA的LF-RPA检测
试剂盒,所述试剂盒中包括:用于检测日本血吸虫的引物对和探针,所述引物对上游引物的核苷酸序列为TCTACTAAAACCGCGCACTAAGTTGTATATTGG(SEQ ID NO.7),下游引物的核苷酸序列为Biotin-TTCCTTATTTTCACAAGGTGAAGTCAAGCG(SEQ ID NO.8);所述探针的核苷酸序列为 FAM-AACGTTCGATCGTTATGTCAAATAGGACAA(THF) AGGCAT CCTTAGCCAT G-C3-spacer(SEQ ID NO.9);
用于检测曼式血吸虫的引物对和探针,所述引物对上游引物的核苷酸序列为AT CTG AAT CCG ACC AAC CGT TCT ATG AAA ATC G(SEQ ID NO.10),下游引物的核苷酸序列为Biotin -ATATTAACGCCCACGCTCTCGCAAATAATCTA AAAC(SEQ ID NO.11);所述探针的核苷酸序列为 FAM- ACCAACCGTTCTATGAAAATCGTTGTATCT(THF)CGAAACCACTGGACTTTTTATG -C3-spacer(SEQ ID NO.12);
用于检测东毕吸虫的引物对和探针,所述引物对上游引物的核苷酸序列为TTTAGCTTGGAGTATAGTGGTATGTCTTTTTTAG(SEQ ID NO.13),下游引物的核苷酸序列为Biotin-TATATTTGGTTTCCTTTGCTATAAACCAAAGG(SEQ ID NO.14);所述探针的核苷酸序列为 FAM-
AATGATGTTTGTCTTTAGTTGGTTGTCTTC (THF) ATTATTTTTATTAGTAGGTTC3-spacer(SEQ ID NO.15);
进一步的,所述试剂盒包括以下组成成分:LF-RPA引物探针
混合液,LF-RPA反应预混液,PCRD
试纸条和PCRD试纸条缓冲液(PCRD extraction buffer);所述LF-RPA引物探针混合液中,引物的核苷酸序列为上述引物组合,探针的核苷酸序列为上述探针组合。
[0016] 本发明的第三个目的是提供了上述一种快速
鉴别粪便中分离出DNA的LF-RPA试剂盒在检测、鉴别日本血吸虫,曼式血吸虫,东毕吸虫中的应用。
[0017] 进一步的,上述的应用,检测方法包括以下步骤:1)对待检测核酸样品进行重组酶聚合酶扩增;
扩增时所使用的引物对和探针为:
用于检测日本血吸虫的引物对和探针,所述引物对上游引物的核苷酸序列为TCTACTAAAACCGCGCACTAAGTTGTATATTGG(SEQ ID NO.7),下游引物的核苷酸序列为Biotin-TTCCTTATTTTCACAAGGTGAAGTCAAGCG(SEQ ID NO.8);所述探针的核苷酸序列为 FAM-AACGTTCGATCGTTATGTCAAATAGGACAA(THF) AGGCAT CCTTAGCCAT G-C3-spacer(SEQ ID NO.9);
用于检测曼式血吸虫的引物对和探针,所述引物对上游引物的核苷酸序列为AT CTG AAT CCG ACC AAC CGT TCT ATG AAA ATC G(SEQ ID NO.10),下游引物的核苷酸序列为Biotin -ATATTAACGCCCACGCTCTCGCAAATAATCTA AAAC(SEQ ID NO.11);所述探针的核苷酸序列为 FAM- ACCAACCGTTCTATGAAAATCGTTGTATCT(THF)CGAAACCACTGGACTTTTTATG -C3-spacer(SEQ ID NO.12);
用于检测东毕吸虫的引物对和探针,所述引物对上游引物的核苷酸序列为TTTAGCTTGGAGTATAGTGGTATGTCTTTTTTAG(SEQ ID NO.13),下游引物的核苷酸序列为Biotin-TATATTTGGTTTCCTTTGCTATAAACCAAAGG(SEQ ID NO.14);所述探针的核苷酸序列为 FAM-
AATGATGTTTGTCTTTAGTTGGTTGTCTTC (THF) ATTATTTTTATTAGTAGGTTC3-spacer(SEQ ID NO.15);
将待检测核酸样品,LF-RPA引物探针混合液,缓冲液、
醋酸镁溶液等混于反应管中,在
20℃-50℃条件下反应5-30分钟,得到反应产物;
2) 将待检测核酸样品,LF-RPA引物探针混合液,缓冲液、醋酸镁溶液等混于反应管中;
将RPA反应体系缓慢涡旋混匀,放置与37℃水浴锅中充分反应20min,在冰上停止反应;将LF-RPA扩增产物移取2μl到灭菌离心管中,加入98μl的运行缓冲液,充分涡旋混匀后,将10μl样品稀释液滴加至侧流层析免疫试纸条末端,并将侧流层析试纸条迅速转移到含有200μl反应缓冲液的1.5mlEP管中,室温孵育5-10min,观察结果。如果试纸条同时出现检测线和控制线,表明该样品含有血吸虫DNA。如果试纸条只出现控制线,这该样品不含血吸虫DNA。同时阴性对照试纸条只出现控制线,不出现检测线。
[0018] 进一步的,上述检测过程中最优反应
温度为37℃;最优反应时间为20min。
[0019] 所述检测方法不以
疾病的诊断和治疗为目的。
[0020] 本发明的有益效果为:本发明提供的一套LF-RPA技术检测粪便中日本血吸虫、曼氏血吸虫和东毕血吸虫的方法。通过提取寄生虫虫卵DNA进行诊断,检测结果可以被未经任何训练的非专业人员肉眼所识别,有利于
基层单位或边远区落后地方的推广使用,建立起来的诊断方法具有良好的敏感性,特异性,且能够区分日本血吸虫、曼氏血吸虫和东毕血吸虫。提示,从粪便中检测血吸虫DNA具备可行性,该方法较之病原学诊断法,方便,快捷,结果可视性,敏感性更高,较之分子生物学诊断法减少了精密仪器的参与,有利于实现现场条件不足条件下的血吸虫筛查检测,操作简单,结果可视,对于低强度感染的诊断具备优势,对于防治血吸虫等吸虫的感染具有重大的意义。
附图说明
[0021] 图1,LF-RPA法检测粪便中虫卵DNA的特异性检测,其中,1,日本血吸虫DNA和日本血吸虫特异性引物反应的扩增产物;2,日本血吸虫DNA和曼式血吸虫特异性引物反应的扩增产物;3,日本血吸虫DNA和东毕吸虫特异性引物反应的扩增产物;4,曼式血吸虫DNA和曼式血吸虫特异性引物反应的扩增产物;5,曼式血吸虫DNA和日本血吸虫特异性引物反应的扩增产物;6,曼式血吸虫DNA和东毕吸虫特异性引物反应的扩增产物;7,东毕吸虫DNA和东毕吸虫特异性引物反应的扩增产物;8,东毕吸虫DNA和日本血吸虫特异性引物反应的扩增产物;9,东毕吸虫DNA和曼式血吸虫特异性引物反应的扩增产物。
实施例[0022] 材料英国TwistDX公司生产的TwistAmpTMnfo Kits购自英国TwistDX公司;德国Milcnia Biotcc公司生产的侧流层析试纸条(LF strip)购自苏州达麦迪生物医学科技有限公司;引物和探针由苏州金唯智公司合成,稀释至10μM备用;PCR扩增反应体系用到所有试剂均购自
生物工程(大连)有限公司;血液、细胞、组织基因组DNA提取试剂盒购自北京天根生化有限公司。
[0023] 引物设计从GenBank公布的日本血吸虫(GenBank:AF412221.1),曼式血吸虫(GenBank:
M61098.1),东毕吸虫(GenBank:HQ283100.1)基因组序列为模板,用Primer5
软件设计引物并合成。
[0024] 表一,引物序列注:J:日本血吸虫,M:曼氏血吸虫;D:东毕血吸虫;F:正向引物;R:反向引物。
[0025] 提取虫卵DNA提取
(1)显微镜下计数虫卵,转移至1.5mlEP管中,8000rpm离心5min弃上清,得纯净的虫卵,虫卵涂片计数。
[0026] (2)将虫卵转移至小研钵中,倒入少量液氮冷冻,待液氮挥发完以后,进行研磨,反复倒入液氮冷冻研磨,如此反复三次。将研磨后显微镜下观察有无完整虫卵/毛蚴、成虫,如有继续研磨。
[0027] (3)将研磨后粉末仔细刮入1.5mlEP管中,加20μl蛋白酶K,混匀。
[0028] (4)加入200μl缓冲液GB,充分颠倒混匀,70℃放置10min。
[0029] (5)加入200μl无水乙醇,充分震荡颠倒混匀15s,此时会出现絮状沉淀,瞬离取出管盖内壁水珠。
[0030] (6)将上一步说的液体和絮状物转移至吸附柱中,吸附柱放入收集管中,12000rpm离心30s,倒掉废液,将吸附柱放入收集管中。
[0031] (7)向吸附柱加入600μl漂洗液PW,12000rpm离心30s,倒掉废液,将吸附柱放入收集管中,重复此步骤两次。
[0032] (8)将吸附柱放入收集管中,12000rpm离心2min,倒掉废液,将吸附柱置于室温放置5min,彻底晾干吸附材料中残余的漂洗液。
[0033] (9)将吸附柱转移至一个新的1.5mlEP管中,向吸附膜中央悬空滴加50-80μl洗脱液TE,室温放置5min,12000rpm离心2min,吸附柱弃掉,盖上EP管,做好标记,放入-20℃冰箱保存。
[0034] 粪便中虫卵DNA提取(1)取感染日本血吸虫42d后的兔黏液粪便1g/感染曼式血吸虫42d后的小鼠粪便1g/感染东毕吸虫60d后的山羊粪便1g分别置于小烧杯中,加入RO水50ml,玻璃棒搅拌均匀。
[0035] (2)用100目和180目铜筛网过滤,反复冲洗后收集180目铜筛网上的粪便于量杯中,注满生理盐水,室温下静置30min,弃上清,取沉淀涂片计数虫卵。
[0036] (3)将沉淀转移至小研钵中,倒入少量液氮冷冻,待液氮挥发完以后,进行研磨,反复倒入液氮冷冻研磨,如此反复三次。将研磨后显微镜下观察有无完整虫卵,如有继续研磨。
[0037] (4)将研磨后粉末仔细刮入1.5mlEP管中,加20μl蛋白酶K,混匀将研磨后粉末仔细刮入1.5mlEP管中,加20μl蛋白酶K,混匀。
[0038] (5)加入200μl缓冲液GB,充分颠倒混匀,70℃放置10min。
[0039] (6)加入200μl无水乙醇,充分震荡颠倒混匀15s,此时会出现絮状沉淀,瞬离取出管盖内壁水珠。
[0040] (7)将上一步说的液体和絮状物转移至吸附柱中,吸附柱放入收集管中,12000rpm离心30s,倒掉废液,将吸附柱放入收集管中。
[0041] (8)向吸附柱加入600μl漂洗液PW,12000rpm离心30s,倒掉废液,将吸附柱放入收集管中,重复此步骤两次。
[0042] (9)将吸附柱放入收集管中,12000rpm离心2min,倒掉废液,将吸附柱置于室温放置5min,彻底晾干吸附材料中残余的漂洗液。
[0043] (10)将吸附柱转移至一个新的1.5mlEP管中,向吸附膜中央悬空滴加50-80μl洗脱液TE,室温放置5min,12000rpm离心2min,吸附柱弃掉,盖上EP管,做好标记,放入-20℃冰箱保存。
[0044] 检测、测序以日本,曼式,东毕虫卵DNA为模板,PCR引物为表1,进行
聚合酶链反应,各取扩增产物、上下游引物各分装10μl,送苏州金唯智公司测序,测序后在GenBank中匹配,验证扩增产物种属来源。按照表2中加入反应溶液,混合后于PCR仪器中进行扩增反应,反应程序为94℃预变性3min,94℃变性1min,55℃
退火60s,72℃延伸60s,扩增30个循环,然后72℃延伸10min。
[0045] 结果显示所设计的引物具有良好的特异性,只针对对应物种的DNA能扩增出条带,条带大小与理论分子量相符,经测序验证确定扩增产物为目的物种的DNA,提示,以所设计的引物进行的寄生虫物种鉴定具有可行性。
[0046] 表2,PCR反应体系LF-RPA反应体系和反应条件的建立
以GenBank公布的日本血吸虫(GenBank:AF412221.1),曼式血吸虫(GenBank:
M61098.1),东毕吸虫(GenBank:HQ283100.1)基因组序列为模板,根据LF-RPA引物和探针实际原则,并参考了nfo-TwistAmp试剂盒操作手册要求,设计并合成特异性引物和特异性探针。用于LF-RPA扩增反应引物需要对方向引物5’端用生物素进行标记,另外其探针根据LF-RPA扩增反应进行设计,探针5’端用羧基
荧光素(FAM)进行标记,探针3’端用阻断聚合酶扩增的集团修饰(C3 Spacer),并对探针进行四氢呋喃脱
碱基位点(THF)修饰,将设计成功的引物和探针送至苏州金唯智公司合成。(见表3)
按照表4中顺序依次加入反应液,确保几乎同时将醋酸镁溶液加入反应液中启动反应。
将RPA反应体系缓慢涡旋混匀,放置与37℃水浴锅中充分反应20min,在冰上停止反应。将LF-RPA扩增产物移取2μl到灭菌离心管中,加入98μl的运行缓冲液,充分涡旋混匀后,将10μl样品稀释液滴加至侧流层析免疫试纸条末端,并将侧流层析试纸条迅速转移到含有200μl反应缓冲液的1.5mlEP管中,室温孵育5-10min,观察结果。如果试纸条同时出现检测线和控制线,表明该样品含有血吸虫DNA。如果试纸条只出现控制线,这该样品不含血吸虫DNA。同时阴性对照试纸条只出现控制线,不出现检测线。
[0047] 表3,RPA引物及探针序列注:RB:生物素标记的反向引物;probe:FAM标记的探针
表4,LF-RPA的反应体系
引物浓度摸索
为确定LF-RPA最佳反应引物浓度,虫卵DNA浓度和虫卵DNA用量一致的前提下,引物工作浓度为10μM,配制多个LF-RPA反应管,分别加入引物量为0.5μl、1μl、1.5μl、2μl、2.5μl,在37℃下反应20min,冰上终止反应,结合侧流层析免疫试纸条检测,观察结果。
[0048] 经试验发现,引物浓度一定时,随着加入引物量的增加,扩增产物也随之增加,当引物量增加到2ul时,扩增产物量趋于稳定不变。故确定 最佳引物量为2ul。
[0049] 反应温度摸索为确定LF-RPA最佳反应温度虫卵DNA浓度和虫卵DNA用量,引物工作量一致的前提下,配制多个LF-RPA反应管,分别在20℃、25℃、30℃、35℃、37℃、40℃、50℃条件下进行,反应
20min,结合侧流层析免疫试纸条检测,观察结果。
[0050] 在20℃的反应条件下,已经比较清晰地观察到红色检测线,随着反应温度的升高,扩增产量也随之增加,当温度升高到40℃时,反应产物开始减少。本实验反应温度范围为20℃-50℃,其中最佳反应温度为30℃-37℃,据此,本方法选用最佳反应温度37℃。
[0051] 反应时间摸索为确定LF-RPA反应时间,虫卵DNA浓度和虫卵DNA用量,引物工作量,反应温度一致的前提下,配制多个LF-RPA反应管,分别在反应5min、10min、15min、20min、25min、30min时取出反应管,置于冰上终止反应,在最后一管反应管结束后,结合侧流层析免疫试纸条检测,观察结果。
[0052] 本实验结果显示,在37℃反应条件下,反应5min已经出现微弱条带,说明RPA反应在5min时已经开始扩增,在10min时已经产生大量可检测到的扩增产物,20min时检测线红色达到最大值,反应时间再增加也不再变化,确定最佳反应时间为20min。
[0053] 敏感性,特异性检测将虫卵和粪便中虫卵抽提DNA,并将提取的模板DNA以紫外
光谱法测定农浓度,将提取得到的模板DNA分别稀释至0.1ng/μl,0.01ng/μl,0.005ng/μl,0.001ng/μl后,取1μl进行LF-RPA检测,检测模板来源不同对其灵敏度的影响。结果如下,直接从虫卵提取的DNA为模板敏感性远比从粪便中抽提的DNA高,这可能是由于粪便中杂质较多,提取的DNA中血吸虫DNA占比少,但结果显示了从粪便中抽提DNA进行血吸虫虫种鉴定的可行性。(表5)将上述抽提日本、曼式和东毕的虫卵和粪便DNA,稀释至0.1ng/μl后,取1μl,分别与日本,曼式,东毕特异性引物和探针进行LF-RPA检测,检测模板来源不同对其特异性的影响。
由表6所示可见,虫卵DNA和粪便DNA为模板的特异性检测中,特异性引物只有配备相应物种的DNA才能检出阳性,与其余两种血吸虫没有交叉性,提示,粪便DNA进行血吸虫虫种诊断具有可行性和特异性。
[0054] 表5,敏感性检测表6,特异性检测
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。