王淑娟,王東方,劉 影,楊海波,趙勝杰,曹偉偉,王 翠,趙雪麗,馬震原,閆若潛
(河南省動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心,河南 鄭州 450008)
口蹄疫(Foot-and-mouth disease,FMD)是由口蹄疫病毒(Foot-and-mouth disease virus,FMDV)引起的一種急性、烈性、高度傳染性、水皰性疾病,以發(fā)熱,唇部、口腔黏膜、乳房及蹄部出現(xiàn)爛斑或水皰性病理變化為典型的臨床特征[1-3]。該病主要感染牛、水牛,綿羊、山羊和豬在內(nèi)的70多種偶蹄目動(dòng)物[4]。該病廣泛流行于世界各地,嚴(yán)重影響畜牧業(yè)生產(chǎn)、動(dòng)物及其產(chǎn)品的流通和國(guó)際貿(mào)易,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,世界動(dòng)物衛(wèi)生組織(OIE)和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)將其列為A 類(lèi)動(dòng)物傳染病之首,我國(guó)也將其列為一類(lèi)動(dòng)物疫病。
FMDV分為O型、A型、C型、亞洲Ⅰ型 (AsiaⅠ型)等7 個(gè)血清型[5],各血清型的分布極其不均勻,A 型、O型、C型和AsiaⅠ型廣泛分布,主要在歐洲、美洲、亞洲、非洲地區(qū)出現(xiàn)[6]。亞洲以東亞、東南亞和鄰接中東地區(qū)疫情較嚴(yán)重,流行血清型以 A 型和 O 型為主[7],我國(guó)以O(shè)型為主[8]。
FMDV感染豬以后引起的臨床癥狀與塞尼卡病毒病、豬水皰病和水皰性口炎等難以區(qū)分,僅憑借臨床癥狀和病理變化診斷FMDV存在一定困難。因此,建立一種快速、特異、敏感地檢測(cè)FMDV的檢測(cè)方法勢(shì)在必行。病毒分離是檢測(cè)病毒最可靠的方法,但該方法操作麻煩,檢測(cè)周期長(zhǎng)且需在特定的實(shí)驗(yàn)室中才能進(jìn)行。病原核酸檢測(cè)是實(shí)驗(yàn)室診斷最常用的方法,目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建立了多種FMDV 核酸檢測(cè)方法。酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)、反向間接血凝試驗(yàn)等方法敏感性不高; 國(guó)內(nèi)外學(xué)者建立的RT-PCR和多重反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(mRT-PCR) 方法[9-10],雖然具有較快速、特異的特點(diǎn),但需要制膠、電泳等后續(xù)鑒定工作,操作復(fù)雜,而且增加了對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染 ; Madi等[11],李金海等[12]建立了檢測(cè)FMDV的熒光定量PCR (FQ-PCR)可以快速、敏感地檢測(cè)FMDV,但不能分型。
本試驗(yàn)針對(duì)不同亞型FMDV通用序列(以下簡(jiǎn)稱(chēng)FMDV通用型)和O型FMDV序列設(shè)計(jì)了特異性引物和探針,提供了一種FMDV通用型(T型)和O型的二重TaqMan MGB FQ-PCR檢測(cè)方法,在一個(gè)PCR體系中可同時(shí)對(duì)通用型和O型FMDV核酸進(jìn)行快速、特異、敏感的檢測(cè),在確定是否為FMDV感染的同時(shí),又能確定是否是O型FMDV感染,該方法不需要電泳鑒定,能夠簡(jiǎn)化操作,為FMDV提供了快速、特異、靈敏的檢測(cè)方法。
1.1 毒株、菌種與重組質(zhì)粒 經(jīng)滅活的口蹄疫病毒O型、A型與Asia Ⅰ型標(biāo)準(zhǔn)株細(xì)胞培養(yǎng)物,均購(gòu)自國(guó)內(nèi)某公司試劑盒陽(yáng)性對(duì)照。BHK-21細(xì)胞、豬流行性腹瀉病毒(PEDV)、豬傳染性胃腸炎病毒(TGEV)、塞尼卡病毒(SVV)等,均由河南省動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心實(shí)驗(yàn)室提供。pGEM-T/FMDV-T(通用型)和pGEM-T/FMDV-O(O型)重組質(zhì)粒:長(zhǎng)度633 bp FMDV-T和234 bp FMDV-O特異性PCR擴(kuò)增片段分別克隆入pGEM-T Easy載體,提取重組質(zhì)粒后,通過(guò)紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定其OD260和OD280值,重復(fù)5次,確定質(zhì)粒DNA的濃度,參考Kim等[13]介紹的方法計(jì)算其濃度,定量并稀釋至 1.0×1010拷貝/μL,于-20 ℃凍存?zhèn)溆谩?/p>
1.2 儀器和試劑 ABI 7500熒光定量PCR儀,購(gòu)自美國(guó)ABI公司;KingFisher全自動(dòng)核酸提取儀,購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher公司;磁珠法核酸全自動(dòng)提取試劑盒,購(gòu)自Ambion生物科技公司;ExTaqDNA聚合酶、dNTPs、DNA回收試劑盒等,均購(gòu)自寶生物工程(大連)有限公司;MLV反轉(zhuǎn)錄酶、RNA酶抑制劑、pGEM-T Easy載體、JM109感受態(tài)細(xì)胞,均購(gòu)自Promega公司。
1.3 引物設(shè)計(jì)和合成 經(jīng)大量比對(duì)GenBank中FMDV基因序列,選取不同亞型FMDV共有基因和O型 FMDVVP1基因高度保守且具有型特異性基因序列為模板,設(shè)計(jì)了1條特異性反轉(zhuǎn)錄引物FMDVR P0,2對(duì)特異性引物對(duì)FMDVT-F P1、FMDVT-R P2、FMDVO-F P3、FMDVO-R P4,2條TaqMan MGB探針FMDVT-MGB-FAM-Probe Probe-P5、FMDVO-MGB-VIC-Probe Probe-P6,引物和探針均由Invitrogen公司合成(表1)。
表1 引物與探針序列Table 1 The primers and probes sequences
1.4 樣品核酸的提取和反轉(zhuǎn)錄 參照磁珠法核酸提取試劑盒說(shuō)明書(shū),采用Kinfisher全自動(dòng)核酸儀分別提取經(jīng)滅活的口蹄疫病毒O型、A型與Asia Ⅰ型標(biāo)準(zhǔn)株細(xì)胞培養(yǎng)物、BHK-21細(xì)胞對(duì)照、PEDV、TGEV、SVV的總RNA。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)確定的最佳反轉(zhuǎn)錄體系為:M-MLV 5×Reaction Buffer(含Mg2+) 4 μL; 2.5 mmol/L dNTPs 4 μL;M-MLV 0.5 μL;RNA酶抑制劑 0.5 μL;反轉(zhuǎn)錄引物P0共1 μL;總體積10 μL。然后加入提取的不同樣品總RNA共10 μL后,37 ℃水浴1 h進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,反應(yīng)結(jié)束后,70 ℃ 15 min 滅活反轉(zhuǎn)錄酶,反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(cDNA)直接用于下步PCR擴(kuò)增或-20 ℃凍存?zhèn)溆谩?/p>
1.5 通用型和O型口蹄疫病毒二重FQ-PCR反應(yīng)條件的優(yōu)化 將pGEM-T/FMDV-T 和pGEM-T/FMDV-O重組質(zhì)粒分別稀釋至終濃度1.0×106拷貝/μL作為檢測(cè)模板,P1/P2、P3/P4引物對(duì)分別稀釋為終濃度0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 μmol/L 和1.0 μmol/L,Probe-P5、Probe-P6探針?lè)謩e稀釋到終濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 μmol/L和1.0 μmol/L,應(yīng)用熒光PCR儀采用矩陣法篩選不同濃度的FMDV-T/FMDV-O引物和探針組合,篩選針對(duì)FMDV-T/FMDV-O的二重FQ-PCR最佳引物濃度、探針濃度和最佳反應(yīng)條件。
1.6 敏感性試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立 將pGEM-T/FMDV-T和pGEM-T/FMDV-O重組質(zhì)粒分別作等量混合,將其作為標(biāo)準(zhǔn)品,分別10倍系列稀釋至終濃度為1.0×106~1.0×10-1拷貝/μL,共8個(gè)稀釋度,按步驟1.5優(yōu)化的FQ-PCR反應(yīng)條件進(jìn)行FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR敏感性試驗(yàn)。分別以pGEM-T/FMDV-T和pGEM-T/FMDV-O重組質(zhì)粒起始模板數(shù)的對(duì)數(shù)為X軸,以二重FQ-PCR循環(huán)次數(shù)Ct值為Y軸作回歸曲線,建立二重FQ-PCR方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.7 特異性檢驗(yàn) 利用建立的二重FQ-PCR方法對(duì)PEDV、TGEV、SVV進(jìn)行擴(kuò)增,同時(shí)以經(jīng)滅活的口蹄疫病毒O型、A型與Asia Ⅰ型標(biāo)準(zhǔn)株細(xì)胞培養(yǎng)物混合物為陽(yáng)性對(duì)照,正常BHK-21細(xì)胞培養(yǎng)物為陰性對(duì)照,以驗(yàn)證該方法的特異性。
1.8 穩(wěn)定性和重復(fù)性試驗(yàn) 分別將4個(gè)濃度(1.0×105~1.0×102拷貝/μL)的10倍系列稀釋的pGEM-T/FMDV-T和pGEM-T/FMDV-O重組質(zhì)粒等量混合物進(jìn)行二重FQ-PCR擴(kuò)增,每個(gè)系列設(shè)定3個(gè)重復(fù),以驗(yàn)證該方法的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
1.9 應(yīng)用試驗(yàn) 依據(jù)建立的FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR和口蹄疫病毒O型、A型與AsiaⅠ型三重RT-PCR普通檢測(cè)方法,配制檢測(cè)試劑,以口蹄疫病毒O型、A型和Asia Ⅰ型細(xì)胞滅活病毒標(biāo)準(zhǔn)株單一培養(yǎng)物的等量混合物為陽(yáng)性對(duì)照,正常BHK-21細(xì)胞培養(yǎng)物為陰性對(duì)照,對(duì)15份臨床疑似FMDV感染樣品(樣品編號(hào)為:1~15)進(jìn)行了應(yīng)用檢測(cè),對(duì)這2種方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析,并與其測(cè)序結(jié)果比較。
2.1 質(zhì)粒DNA濃度的測(cè)定 通過(guò)紫外分光光度計(jì)分別測(cè)定pGEM-T/FMDV-T 和pGEM-T/FMDV-O重組質(zhì)粒OD260平均值分別為2.360和2.457,OD280平均值分別為1.197和1.311,OD260/OD280平均值分別為1.971和1.873;參考質(zhì)粒DNA拷貝數(shù)計(jì)算方法,計(jì)算出pGEM-T/FMDV-T 和pGEM-T/FMDV-O質(zhì)??截悢?shù)分別為1.81×1010拷貝/μL和1.88×1010拷貝/μL,均稀釋至1.0×1010拷貝/μL。
2.2 FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR反應(yīng)條件 二重FQ-PCR反應(yīng)體系25 μL:2.5 mmol/L dNTPs 2 μL,10×ExTaq緩沖液 2.5 μL,5U/μLExTaq酶 0.25 μL;引物(20 μmol/L)P1/P2、P3/P4各0.5 μL,探針(10 μmol/L)Probe-P5 0.6 μL,探針(10 μmol/L)Probe-P6 0.8 μL;1.0×106拷貝/μL的質(zhì)粒模板 2 μL,補(bǔ)ddH2O至25 μL。二重FQ-PCR反應(yīng)程序:94 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性15 s,60 ℃退火30 s,40個(gè) 循環(huán)。最佳反應(yīng)條件下的FQ-PCR結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 FMDV-T/FMDV-O 二重FQ-PCR的擴(kuò)增曲線Fig.1 The kinetic curve for FMDV-T/FMDV-O FQ-PCR1:FAM探針FMDV-T擴(kuò)增曲線; 2:VIC探針FMDV-O擴(kuò)增曲線; 3~4:陰性對(duì)照1:Kinetic curve for FMDV-T of FAM probe; 2:Kinetic curve for FMDV-O of VIC probe; 3~4:Negative control
2.3 FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR敏感性及標(biāo)準(zhǔn)曲線 二重FQ-PCR檢測(cè)FMDV-T和FMDV-O最低檢出限均為1.0×101拷貝/μL(圖2和圖3)。由敏感性檢測(cè)結(jié)果建立FMDV-T標(biāo)準(zhǔn)曲線,相關(guān)系數(shù)為0.999,斜率為-3.11,截距為36.10,從而可以得出拷貝數(shù)(X)與Ct值之間的線性關(guān)系表達(dá)式:Ct=-3.11×logX+36.1(圖4);由敏感性檢測(cè)結(jié)果建立FMDV-O標(biāo)準(zhǔn)曲線,相關(guān)系數(shù)0.995,斜率為-3.28, 截距為35.29,從而可以得出拷貝數(shù)(X)與Ct值之間的線性關(guān)系表達(dá)式:Ct=-3.28×logX+35.29(圖5)。
圖2 FMDV-T FQ-PCR 的擴(kuò)增曲線Fig.2 The kinetic curve for FMDV-T FQ-PCR1~8:對(duì)應(yīng)的質(zhì)粒濃度1.0×106, 1.0×105, 1.0×104,1.0×103, 1.0×102, 1.0×101, 1.0×100,1.0×10-1拷貝/μL; 9:陰性對(duì)照1~8: Plasmid concentration 1.0×106,1.0×105,1.0×104, 1.0×103, 1.0×102, 1.0×101,1.0×100, 1.0×10-1copies/μL, respectively; 9:Negative control
圖3 FMDV-O FQ-PCR 的擴(kuò)增曲線Fig.3 The kinetic curve for FMDV-O FQ-PCR1~8:對(duì)應(yīng)的質(zhì)粒濃度1.0×106, 1.0×105, 1.0×104,1.0×103, 1.0×102, 1.0×101, 1.0×100, 1.0×10-1拷貝/μL; 9:陰性對(duì)照1~8: Plasmid concentration 1.0×106, 1.0×105, 1.0×104,1.0×103, 1.0×102, 1.0×101,1.0×100, 1.0×10-1copies/μL,respectively; 9:Negative control
圖4 FMDV-T FQ-PCR標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4 The standard curve for FMDV-T FQ-PCR
圖5 FMDV-O FQ-PCR標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.5 The standard curve for FMDV-O FQ-PCR
2.4 特異性 采用建立的FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR方法對(duì)PEDV、TGEV、經(jīng)滅活的口蹄疫病毒O型、A型與Asia Ⅰ型標(biāo)準(zhǔn)株細(xì)胞培養(yǎng)物混合物,正常BHK-21細(xì)胞培養(yǎng)物進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示,經(jīng)滅活的口蹄疫病毒O型、A型與Asia Ⅰ型標(biāo)準(zhǔn)株細(xì)胞培養(yǎng)物混合物呈雙陽(yáng)性曲線擴(kuò)增,Ct值分別為18.4和16.8,但正常BHK-21細(xì)胞培養(yǎng)物、PEDV、TGEV、SVV等均未出現(xiàn)特定的擴(kuò)增曲線(圖6)。
圖6 FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR方法的特異性試驗(yàn)Fig.6 Specificity test for FMDV-T/FMDV-O FQ-PCR1:FMDV-T質(zhì)粒; 2:FMDV-O質(zhì)粒; 3~7:正常BHK-21細(xì)胞培養(yǎng)物、PEDV、TGEV、SVV及陰性對(duì)照1:FMDV-T plasmid; 2:FMDV-O plasmid; 3~7:BHK-21,PEDV,TGEV,SVV and negative control
2.5 穩(wěn)定性和重復(fù)性 采用建立的FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR方法對(duì)4個(gè)濃度(1.0×105~1.0×102拷貝/μL)的10倍系列稀釋的pGEM-T/FMDV-T和pGEM-T/FMDV-O重組等量質(zhì)?;旌衔镞M(jìn)行檢測(cè),并且每個(gè)系列設(shè)定3個(gè)重復(fù)。結(jié)果表明,濃度為1.0×105、1.0×104、1.0×103拷貝/μL和1.0×102拷貝/μL的4個(gè)濃度的FMDV-T/FMDV-O重組質(zhì)粒等量混合物3次試驗(yàn)結(jié)果均為陽(yáng)性并且重復(fù)性良好,批內(nèi)試驗(yàn)和批間試驗(yàn)變異系數(shù)均<0.04,說(shuō)明建立的FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR方法具有很好的穩(wěn)定性和重復(fù)性(圖7,表2,表3)。
2.6 臨床樣品檢測(cè) 依據(jù)建立的FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR和口蹄疫病毒O型、A型與Asia Ⅰ型三重RT-PCR普通檢測(cè)方法,配制檢測(cè)試劑,以口蹄疫病毒O型、A型和Asia Ⅰ型細(xì)胞滅活病毒標(biāo)準(zhǔn)株單一培養(yǎng)物的等量混合物為陽(yáng)性對(duì)照,正常BHK-21細(xì)胞培養(yǎng)物為陰性對(duì)照,對(duì)15份臨床疑似FMDV感染樣品(樣品編號(hào):1~15)進(jìn)行了應(yīng)用檢測(cè),對(duì)這2種方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析,并與FMDV測(cè)序結(jié)果比較。
圖7 FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR方法的重復(fù)性試驗(yàn)Fig.7 Reproducibility test for FMDV-T/FMDV-O FQ-PCRT1-3:1.0×105拷貝/μL FMDV-T質(zhì)粒; T4-6: 1.0×104拷貝/μL FMDV-T質(zhì)粒; T7-9: 1.0×103拷貝/μL FMDV-T質(zhì)粒; T10-12: 1.0×102拷貝/μL FMDV-T質(zhì)粒; O1-3: 1.0×105拷貝/μL FMDV-O質(zhì)粒; O4-6: 1.0×104拷貝/μL FMDV-O質(zhì)粒; O7-9: 1.0×103拷貝/μL FMDV-O質(zhì)粒; O10-12: 1.0×102拷貝/μL FMDV-O質(zhì)粒;NC: 陰性對(duì)照T1-3: 1.0×105 copies/μL FMDV-T plasmid; T4-6: 1.0×104 copies/μL FMDV-T plasmid; T7-9: 1.0×103 copies/μL FMDV-T plasmid; T10-12: 1.0×102 copies/μL FMDV-T plasmid; O1-3: 1.0×105 copies/μL FMDV-O plasmid; O4-6: 1.0×104 copies /μL FMDV-O plasmid; O7-9: 1.0×103 copies/μL FMDV-O plasmid; O10-12: 1.0×102 copies/μL FMDV-O plasmid; NC: Negative control
測(cè)定結(jié)果如圖8所示。結(jié)果表明,采用RT-PCR檢測(cè)5份為FMDV-T陽(yáng)性,4份為FMDV-O陽(yáng)性,采用本試驗(yàn)建立的FMDV-T/FMDV-O二重FQ-PCR檢測(cè),9份為FMDV-T陽(yáng)性,7份為FMDV-O陽(yáng)性,該FQ-PCR方法檢測(cè)結(jié)果與FMDV 共有基因、O型 FMDVVP1基因測(cè)序結(jié)果符合率為100%。將本試驗(yàn)部分疑似FMDV感染樣品送國(guó)家口蹄疫參考實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行復(fù)核,結(jié)果確認(rèn)為FMDV-O陽(yáng)性[14]。表明本試驗(yàn)建立的FMDV-T / FMDV-O二重FQ-PCR方法比普通PCR方法的靈敏性高。
FMD是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重影響畜牧業(yè)健康發(fā)展的惡性動(dòng)物傳染病,一旦暴發(fā)會(huì)對(duì)畜牧產(chǎn)業(yè)造成毀滅性的災(zāi)難[15]?!秶?guó)家中長(zhǎng)期動(dòng)物疫病防治規(guī)劃(2010-2020年)》也制定了FMD的控制和凈化目標(biāo),這就要求我們必須加大監(jiān)測(cè)力度,特別是加大病原學(xué)監(jiān)測(cè)的范圍和數(shù)量,因此,F(xiàn)MDV檢測(cè)方法的快速、簡(jiǎn)便和高通量將越來(lái)越受到重視[16]。FQ-PCR技術(shù)具有敏感性高、特異性好、操作簡(jiǎn)單快捷,給檢測(cè)工作帶來(lái)很大便利。FQ-PCR技術(shù)分為染料法和探針?lè)?種,Jamnikar等[17]對(duì)染料法和探針?lè)ㄟM(jìn)行了比較,認(rèn)為探針?lè)ㄓ糜诙勘萐YBR Green I 染料法更為準(zhǔn)確,且特異性更高。本試驗(yàn)建立的通用型和O型口蹄疫病毒二重FQ-PCR檢測(cè)方法采用了TaqMan MGB探針,與傳統(tǒng)的TaqMan探針相比,TaqMan MGB探針縮短了探針的長(zhǎng)度,大大提高了探針的Tm值,也降低了探針的合成成本,TaqMan MGB探針的淬滅基團(tuán)采用非熒光淬滅基團(tuán),其本身不產(chǎn)生熒光信號(hào),可大大降低本底信號(hào)的強(qiáng)度,使擴(kuò)增結(jié)果更加特異、敏感[18]。
表2 FMDV-T的二重FQ-PCR方法重復(fù)性Table 2 The results of FMDV-T reproducibility
表3 FMDV-O的二重FQ-PCR方法重復(fù)性Table 3 The results of FMDV-O reproducibility
圖8 臨床樣品檢測(cè)Fig.8 Detection of clinical samples
本試驗(yàn)在一個(gè)PCR反應(yīng)體系中進(jìn)行FMDV通用型和O型的二重檢測(cè)反應(yīng),同時(shí)收集代表FMDV通用型和O型的熒光信號(hào),對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè),從而建立了能夠同時(shí)檢測(cè) FMDV 通用型及O型二重FQ-PCR 方法。實(shí)驗(yàn)室及臨床樣品檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明,該方法具有操作簡(jiǎn)便快速、特異性強(qiáng)、敏感性高等優(yōu)點(diǎn),為通用型和O型FMDV的快速檢測(cè)提供了一種新方法。
目前,我國(guó)主要流行 O 型和 A 型 FMD,而 AsiaⅠ型自 2009 年之后未見(jiàn)臨床病例報(bào)道[19],并且國(guó)家已退出 AsiaⅠ型 FMD 的強(qiáng)制免疫,主要針對(duì) FMDV 的 O 型和 A 型進(jìn)行病原鑒別診斷。因此仍需在本試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)針對(duì)FMDV通用型、O型和A型的熒光定量PCR檢測(cè)方法。