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    RNA恒溫?cái)U(kuò)增聯(lián)合熔解曲線分析鑒定胞內(nèi)分枝桿菌的應(yīng)用研究

    2014-04-02 02:09:04李園園陸俊梅胡忠義崔振玲
    關(guān)鍵詞:檢測(cè)

    李園園,程 松,陸俊梅,胡忠義,崔振玲

    胞內(nèi)分枝桿菌(Mycobacteriumintracellulare)是鳥-胞內(nèi)分枝桿菌復(fù)合群(Mycobacteriumavium-intracellularecomplex,MAC)中一類重要的病原菌亞種,可以導(dǎo)致人肺部、淋巴結(jié)、皮膚等多器官的感染,也可導(dǎo)致動(dòng)物的感染和傳播[1-3],是一類重要的人獸共患病傳染源。胞內(nèi)分枝桿菌與MAC內(nèi)其他亞種感染的宿主存在差異[2-3],對(duì)治療藥物的藥物敏感性也存在差異[4],因此對(duì)胞內(nèi)分枝桿菌進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定對(duì)于MAC病的流行病學(xué)研究和臨床治療具有重要意義。本研究建立了RNA恒溫?cái)U(kuò)增實(shí)時(shí)檢測(cè)聯(lián)合熔解曲線分析技術(shù)(RNA isothermal transcription-mediated amplification and real-time detection combined melt curve analysis,RIARD-MCA)快速鑒定胞內(nèi)分枝桿菌的方法,并初步評(píng)價(jià)其對(duì)臨床分離株的鑒定效果。

    1 材料和方法

    1.1材料

    1.1.121種分枝桿菌標(biāo)準(zhǔn)株,來(lái)自國(guó)家菌種保存中心,分別為:結(jié)核分枝桿菌標(biāo)準(zhǔn)株H37Rv(M.tuberculosis,ATCC27294)、堪薩斯分枝桿菌(M.kansassi,ATCC12478)、胞內(nèi)分枝桿菌(M.intracellulare,ATCC13950)、龜分枝桿菌(M.chelonae,ATCC14472)、草分枝桿菌(M.phlei,ATCC11758)、偶發(fā)分枝桿菌(M.fortuitum,ATCC6481)、戈登分枝桿菌(M.gordonae,ATCC14470)、金色分枝桿菌(M.aurum,ATCC23366)、淡黃分枝桿菌(M.gilvum,ATCC43909)、副偶發(fā)分枝桿菌(M.parafortuitum,ATCC19686)、恥垢分枝桿菌(M.smegmatis, ATCC19420)、海分枝桿菌(M.marinum,ATCC927)、愛知分枝桿菌(M.aichiense,ATCC27280)、新金色分枝桿菌(M.neoaurum, ATCC25795)、土分枝桿菌(M.terra,ATCC19619)、不產(chǎn)色分枝桿菌(M.nonchromogenicum,ATCC19530)、母牛分枝桿菌(M.vaccae,ATCC15483)、田鼠分枝桿菌(M.microti,ATCC19422)、鳥分枝桿菌(M.avium,ATCC25291)、瘰疬分枝桿菌(M.scrofulaceum,ATCC19981)、瑪爾摩分枝桿菌(M.malmoense,ATCC29571)。

    1.1.25種呼吸道常見非分枝桿菌致病菌,由上海市肺科醫(yī)院檢驗(yàn)科普通微生物實(shí)驗(yàn)室分離并經(jīng)過(guò)16S rRNA測(cè)序鑒定[5],分別為:肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumoniae)、銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、溶血性鏈球菌(Hemolyticstreptococcus)、綠膿假單胞菌(Pseudomonaspyocyaneum)、鮑曼不動(dòng)桿菌(Acinetobacterbaumannii)。

    1.1.3180株NTM臨床分離株和49株MTB臨床分離株,來(lái)自上海市肺科醫(yī)院結(jié)核病(肺)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室菌株庫(kù)。

    1.2方法

    1.2.1RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌方法 以胞內(nèi)分枝桿菌的16S rRNA的特異序列為檢測(cè)靶標(biāo)設(shè)計(jì)RNA探針和帶有T7啟動(dòng)子的逆轉(zhuǎn)錄擴(kuò)增引物,建立胞內(nèi)分枝桿菌RNA恒溫?cái)U(kuò)增體系。將待檢菌株13 000 r/min離心5 min,棄上清,加入50 μL樣本稀釋液(10 mmol/L檸檬酸鈉,pH8.0,DEPC處理過(guò)的無(wú)菌H2O配制)重懸后放入超聲清洗器中進(jìn)行超聲處理15 min,超聲功率300 W。陽(yáng)性對(duì)照、陰性對(duì)照與待檢菌株同步進(jìn)行,陽(yáng)性對(duì)照為活的胞內(nèi)分枝桿菌,陰性對(duì)照為無(wú)菌水。超聲結(jié)束后,取2 μL處理物加入預(yù)先混合好的30 μL擴(kuò)增檢測(cè)液(40 mmol/L Tris-HCl緩沖液 pH 8.1, 8 mmol/L 氯化鎂, 25 mmol/L 氯化鈉, 2 mmol/L 亞精胺, 5 mmol/L 二硫蘇糖醇, 80 μg/mL 牛血清白蛋白,dATP、dTTP、dGTP和 dCTP各200 μmmol/L, ATP、GTP、CTP和 UTP各1 mmol/L,引物濃度和探針濃度均為0.5 mmol/L)中。將反應(yīng)管置于干熱恒溫器上60 ℃保溫10 min后,再置于42 ℃保溫5 min,同時(shí)將酶液預(yù)熱至42 ℃。預(yù)熱后,向每支反應(yīng)管中加入10 μL酶液(含M-MLV和T7 RNA轉(zhuǎn)錄酶各2000 U),混勻后將反應(yīng)管快速轉(zhuǎn)至實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(ABI 7500,購(gòu)自美國(guó)Applied Biosystems公司)中啟動(dòng)反應(yīng)程序。反應(yīng)程序?yàn)椋簾晒馔ǖ涝O(shè)定為FAM,每個(gè)循環(huán)為42 ℃ 1 min,共40個(gè)循環(huán);熒光信號(hào)收集每分鐘進(jìn)行1次,共檢測(cè)40次。樣本曲線與閾值線交叉點(diǎn)的橫坐標(biāo)讀數(shù)為dt值,dt<40的樣本為擴(kuò)增陽(yáng)性樣本。RNA恒溫?cái)U(kuò)增結(jié)束后立即進(jìn)行40 ℃~95℃熔解曲線分析。RNA恒溫?cái)U(kuò)增曲線陽(yáng)性且熔解曲線與胞內(nèi)分枝桿菌陽(yáng)性對(duì)照一致的判定為胞內(nèi)分枝桿菌;僅擴(kuò)增曲線陽(yáng)性,但熔解曲線與胞內(nèi)分枝桿菌不一致,或者擴(kuò)增曲線陰性則判定為非胞內(nèi)分枝桿菌。引物序列5′-TTCTAAGCCTGGGAAA-3′和5′-AATTTAATACGACTCACGGGATATAGGGAGACCACCAACAAGCTGATAGGC-3′,探針序列為5′-CGUGGACCUUUAGGCGCACCACG-3′,5′端FAM標(biāo)記,3′端DABCYL標(biāo)記。檢測(cè)全程操作及檢測(cè)時(shí)間約2 h。引物由上海生物工程公司合成,RNA探針由上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司合成,其他檢測(cè)試劑購(gòu)自上海仁度生物科技有限公司。

    1.2.2RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌特異度 將21種分枝桿菌標(biāo)準(zhǔn)株在米氏7H10培養(yǎng)基(購(gòu)自美國(guó)Becton,Dickinson)上的陽(yáng)性培養(yǎng)物和5種呼吸道常見致病非分枝桿菌在血平板培養(yǎng)基(溶血性鏈球菌)和麥康凱培養(yǎng)基(銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動(dòng)桿菌、綠膿假單胞菌)上的陽(yáng)性培養(yǎng)物,用生理鹽水磨菌比濁至1 mg/mL,各取1 mL菌懸液進(jìn)行RIARD-MCA檢測(cè)。

    1.2.3RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌靈敏度 將胞內(nèi)分枝桿菌在米氏7H10上培養(yǎng)的陽(yáng)性培養(yǎng)物,用生理鹽水磨菌比濁至1 mg/mL(相當(dāng)于1×107條細(xì)菌/mL),再用生理鹽水作1×10-1~1×10-9稀釋。從每個(gè)稀釋度取1 mL菌懸液進(jìn)行RIARD-MCA檢測(cè),同時(shí)每個(gè)稀釋度取100 μL菌懸液接種于米氏7H10培養(yǎng)基上,培養(yǎng)2~3周后進(jìn)行克隆計(jì)數(shù)。

    1.2.4RIARD-MCA鑒定分枝桿菌臨床分離株 將229株分枝桿菌臨床分離株的陽(yáng)性培養(yǎng)物,每份陽(yáng)性培養(yǎng)物等分為3份,一份用于RIARD-MCA檢測(cè),一份用于測(cè)序檢測(cè),一份凍存?zhèn)溆谩?/p>

    1.2.5PCR基因測(cè)序菌種鑒定 用測(cè)序法對(duì)所有菌株的16S rRNA及hsp65基因進(jìn)行擴(kuò)增測(cè)序,16S rRNA基因PCR擴(kuò)增引物序列為:F1:5’- TGGAGAGTTTGATCCTGGCTCAG -3’,R1:5’- TACCGCGGCTGCTGGCAC-3’,片段大小為500 bp[5]。hsp65基因擴(kuò)增引物為:F2:5’-ATCGCCAAGGAGATCGAGCT-3’,R2:5’-AAGGTGCCGCGGATCTTGTT-3’,片段大小為644 bp[6]。PCR擴(kuò)增試劑使用PrimeSTAR?HS DNA 聚合酶及配套緩沖液(購(gòu)自大連寶生物公司),測(cè)序送華大基因測(cè)序部完成。測(cè)序結(jié)果通過(guò)http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/網(wǎng)站的核酸blast在線比對(duì)軟件進(jìn)行同源性分析,以鑒定菌種。

    1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 以PCR基因測(cè)序菌種鑒定結(jié)果為參考方法,評(píng)價(jià)RIARD-MCA法鑒定胞內(nèi)分枝桿菌的靈敏度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值和kappa檢驗(yàn)值。

    2 結(jié) 果

    2.1RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌特異度 21種分枝桿菌標(biāo)準(zhǔn)株和5種呼吸道常見致病非分枝桿菌檢測(cè)結(jié)果顯示:RNA恒溫?cái)U(kuò)增實(shí)時(shí)檢測(cè)時(shí)胞內(nèi)、鳥分枝桿菌均為陽(yáng)性(圖1a),熔解曲線可有效區(qū)分胞內(nèi)與鳥分枝桿菌(圖1b),RNA恒溫?cái)U(kuò)增陽(yáng)性且熔解曲線起峰位置與胞內(nèi)分枝桿菌標(biāo)準(zhǔn)株一致為胞內(nèi)分枝桿菌。

    2.2RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌靈敏度 RIARD-MCA可以檢測(cè)至10-5mg/mL檢測(cè)管,根據(jù)米氏7H10培養(yǎng)基菌落計(jì)數(shù)結(jié)果,10-5mg/mL檢測(cè)管對(duì)應(yīng)100 CFU/mL濃度,RIARD-MCA靈敏度可達(dá)100 CFU/mL(圖2)。

    圖1RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌檢測(cè)圖中英文對(duì)照

    Fig.1SpecificityofRIARD-MCAonidentificationanddetectionforM.intracellulare

    a: Amplification curve of RIARD-MAC; b: Melting curve of RIARD-MCA;

    1, 5:M.intracellulare; 2, 4:M.avium; 3, 6: Othermycobacterium, 5 common bacteria of respiratory tract and negative control.

    圖2RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌靈敏度檢測(cè)圖

    Fig.2SensitivityofRIARD-MCAonidentificationanddetectionforM.intracellulare

    1: 107CFU/mL; 2: 106CFU/mL; 3: 105CFU/mL; 4: 104CFU/mL; 5: 103CFU/mL; 6: 102CFU/mL; 7: 101CFU/mL, 100CFU/mL, 10-1, 10-2, 10-3CFU/mL and negative control.

    2.3RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌臨床分離株結(jié)果 229株分枝桿菌臨床分離株中,RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌63株;PCR測(cè)序63株全為胞內(nèi)分枝桿菌。

    166株RIARD-MCA判定為非胞內(nèi)分枝桿菌,PCR測(cè)序全為非胞內(nèi)分枝桿菌。其中鳥分枝桿菌7株,偶發(fā)分枝桿菌5株,堪薩斯分枝桿菌3株,膿腫分枝桿菌36株,龜分枝桿菌1株,M.massiliense21株,M.bolletii2株,海分枝桿菌5株,戈登分枝桿菌7株,金色分枝桿菌13株,瘰疬分枝桿菌1株,副瘰疬分枝桿菌2株,MTB 49株,M.colombiense2株,M.marseillense3株,其余9株blast沒(méi)找到完全匹配的菌種,分別接近慢性黃分枝桿菌(M.lentiflavum),戈登分枝桿菌、恥垢分枝桿菌、土分枝桿菌、M.algericum、M.engbekii、M.kumamotonense、M.peregrinum、M.interjectum。以PCR測(cè)序結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn),RIARD-MCA法鑒定胞內(nèi)分枝桿菌的靈敏度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值分別為100%、100%,100%、100%,kappa值為1(表1)。

    表1229株分枝桿菌RIARD-MCA鑒定結(jié)果

    Tab.1RIARD-MCAidentificationanddetectionof229mycobacteria

    RIARD-MCA基因測(cè)序Gene sequencing胞內(nèi)分枝桿菌M. intracellular其他分枝桿菌Other mycobacteria胞內(nèi)分枝桿菌M. intracellular630其他分枝桿菌Other mycobacteria0166

    3 討 論

    近年來(lái),非結(jié)核分枝桿菌(Nontuberculousmycobacteria,NTM)病在世界范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì),已成為威脅人類健康的重要公共衛(wèi)生問(wèn)題[7]。胞內(nèi)分枝桿菌時(shí)一種可導(dǎo)致人類感染發(fā)病的病原體,其感染率在MAC感染中可達(dá)45%~81%[7-9]。胞內(nèi)分枝桿菌和鳥分枝桿菌是MAC中兩個(gè)重要的亞種,均可侵犯人和動(dòng)物的肺臟、淋巴結(jié)、骨骼、皮膚、胃腸道及泌尿生殖道等并造成全身散播[1-4],但其致病宿主、發(fā)病過(guò)程及治療均存在一定差異。MAC亞種的準(zhǔn)確區(qū)分鑒定,對(duì)于明確傳染源,了解病原體的傳播,制定更加準(zhǔn)確有針對(duì)性的治療方案具有重要的意義,因此,有效區(qū)分鳥、胞內(nèi)分枝桿菌至關(guān)重要。胞內(nèi)分枝桿菌和鳥分枝桿菌均屬于緩慢生長(zhǎng)分枝桿菌,培養(yǎng)周期長(zhǎng),通過(guò)傳統(tǒng)的生化方法很難區(qū)分,在無(wú)菌種鑒定的情況下易被誤診為結(jié)核分枝桿菌感染[10]。近年來(lái),隨著分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展和對(duì)菌種基因序列研究的深入,國(guó)內(nèi)外學(xué)者均通過(guò)引入新的分子鑒定方法使分枝桿菌菌種鑒定從表型和生化水平轉(zhuǎn)入基因水平,并開始應(yīng)用于分枝桿菌感染的分子診斷[4,11-13]。

    Richardson等[11]以16S rRNA為檢測(cè)靶標(biāo)采用多重?zé)晒舛縋CR技術(shù),檢測(cè)MAC的靈敏度為99%,但尚無(wú)法區(qū)分鳥、胞內(nèi)分枝桿菌。Park等[12]以ITS為檢測(cè)靶標(biāo)采用DNA探針雜交只能鑒定到MAC,也無(wú)法區(qū)分鳥、胞分枝桿菌。Kim等[13]以hsp65為鑒定靶標(biāo)采用多探針熒光定量PCR聯(lián)合熔解曲線分析可以準(zhǔn)確鑒定胞內(nèi)分枝桿菌。上述基于DNA靶標(biāo)的檢測(cè),多數(shù)菌種鑒定僅限于MAC水平,且以DNA為靶標(biāo)的檢測(cè)無(wú)法區(qū)分死菌活菌,還易受到DNA氣溶膠的污染,出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果。法國(guó)生物梅里埃公司的Accuprobe胞內(nèi)分枝桿菌檢測(cè)試劑盒[4],以胞內(nèi)分枝桿菌核糖體RNA為檢測(cè)靶標(biāo),通過(guò)RNA探針與臨床分離株菌體釋放出的RNA直接雜交檢測(cè)胞內(nèi)分枝桿菌,從而實(shí)現(xiàn)較高的特異度,但該試劑盒需要較大的菌量。

    本實(shí)驗(yàn)室前期已經(jīng)成功建立基于RNA恒溫?cái)U(kuò)增實(shí)時(shí)熒光檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)結(jié)核分枝桿菌的方法[14],根據(jù)研究報(bào)道16S rRNA序列可以區(qū)分鑒定鳥分枝桿菌和胞內(nèi)分枝桿菌[15],本研究以胞內(nèi)分枝桿菌的16S rRNA的特異序列為檢測(cè)靶標(biāo),利用帶有T7啟動(dòng)子的引物,在恒溫條件下大量擴(kuò)增靶標(biāo)RNA,通過(guò)胞內(nèi)分枝桿菌特異的RNA探針與靶標(biāo)RNA的特異雜交,釋放出熒光信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)胞內(nèi)分枝桿菌的檢測(cè)。與其他以16S rDNA為靶標(biāo)的研究相似,由于胞內(nèi)分枝桿菌與鳥胞復(fù)合群內(nèi)其他亞種的16S rRNA靶標(biāo)序列僅有1~3個(gè)堿基的差異,僅通過(guò)RNA探針雜交難以準(zhǔn)確區(qū)分胞內(nèi)分枝桿菌與其他鳥胞內(nèi)分枝桿菌亞種[11],本研究為了進(jìn)一步提高胞內(nèi)分枝桿菌檢測(cè)的特異度,將RNA恒溫?cái)U(kuò)增檢測(cè)與熔解曲線分析聯(lián)合使用,可大幅提高檢測(cè)胞內(nèi)分枝桿菌的特異度。

    本研究以16s rDNA和hsp65基因測(cè)序?yàn)榉肿泳N鑒定為參考方法[5-6],對(duì)RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌臨床分離株進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌具有較高的特異度,與結(jié)核分枝桿菌、18種非結(jié)核分枝桿菌及呼吸道常見的非分枝桿菌無(wú)交叉反應(yīng),且能在229株23種分枝桿菌臨床分離株中準(zhǔn)確的鑒定胞內(nèi)分枝桿菌,其特異度可達(dá)100%,與Kim等[13]以hsp65 DNA為靶標(biāo)的檢測(cè)研究結(jié)果相同。RIARD-MCA擴(kuò)增產(chǎn)物為RNA,極易降解,相比較DNA擴(kuò)增可減少實(shí)驗(yàn)室的交叉污染,且16S rRNA在活菌內(nèi)的拷貝數(shù)高于hsp65 DNA的拷貝數(shù),可以提高檢測(cè)的靈敏度。RIARD-MCA法檢測(cè)胞內(nèi)分枝桿菌與Accuprobe胞內(nèi)分枝桿菌檢測(cè)試劑盒的特異度相似,檢測(cè)臨床分離株的靈敏度也均為100%[4],但是RIARD-MCA檢測(cè)胞內(nèi)分枝桿菌臨床分枝株方法學(xué)靈敏度為100 CFU/mL,其方法學(xué)檢測(cè)靈敏度高于Accuprobe胞內(nèi)分枝桿菌檢測(cè)試劑盒,具有直接檢測(cè)臨床標(biāo)本中胞內(nèi)分枝桿菌的潛力。

    本研究建立的RIARD-MCA鑒定胞內(nèi)分枝桿菌方法,RNA提取僅需要15 min超聲裂解,不需要復(fù)雜的提取過(guò)程,操作簡(jiǎn)單,用一般實(shí)驗(yàn)室常規(guī)配備的實(shí)時(shí)定量PCR儀即可進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)時(shí)間僅約2 h,具有簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì),可以作為一種新型胞內(nèi)分枝桿菌分子鑒定方法用于臨床分離株的鑒定。

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