$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تم نشر جميع الطرق الموضحة هنا في مكان آخر وتحتوي على تعديلات صغيرة من الطرق الأصلية.
1. جمع مياه الصرف الصحي والمعالجة المسبقة للعينات
ملاحظة: نظرا للتركيزات المنخفضة للحمض النووي الريبي SARS-CoV-2 في العينات البيئية ، فإن تنفيذ خطوة التركيز أمر بالغ الأهمية للكشف الناجحعن 33،34،35. الموصوفة هنا هي أول طريقة تم الإبلاغ عنها للكشف عن SARS-CoV-2 في مياه الصرف الصحي36.
- جمع وتركيز عينة (عينات) مياه الصرف الصحي
- اجمع 1 لتر من عينة مياه الصرف الصحي المركبة لمدة 24 ساعة. قم بتخزين العينة في درجة حرارة 4 درجات مئوية وتابع البروتوكول في غضون 24 ساعة.
- تجانس العينة عن طريق هز الزجاجة برفق. اجمع 70 mL في أنبوب طرد مركزي سعة 100 mL أو قسم العينة إلى أنبوبي طرد مركزي سعة كل منهما 50 mL.
- ارتفاع 20 ميكرولتر من فيروس mengovirus (3.2 × 103 نسخ / ميكرولتر) إلى 70 مل من كل عينة كتحكم داخلي في عملية التركيز. بدلا من ذلك ، قم برفع 10 ميكرولتر من فيروس mengovirus (3.2 × 103 نسخ / ميكرولتر) في كل أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل.
- تجانس العينة وأجهزة الطرد المركزي عند 700 × جم لمدة 10 دقائق لإزالة الجسيمات والكائنات الحية الكبيرة (الحبيبات).
- استخدم المادة الطافية الناتجة للتركيز مع أجهزة الترشيح الفائق بالطرد المركزي مع قطع 10 كيلو دالون أمبير عن طريق الطرد المركزي عند 4000 × جم لمدة 40 دقيقة عند 4 درجات مئوية. قم بسحب التركيز عن طريق الطرد المركزي عند 700 × جم لمدة 40 دقيقة وعكس موضع جهاز الترشيح الفائق.
- قياس حجم التركيز الناتج. سيتغير الحجم اعتمادا على كمية المواد الصلبة في العينة التي تسد مرشحات الطرد المركزي. في هذه الدراسة ، كانت أحجام التركيز التي تم الحصول عليها بين 200-1200 ميكرولتر.
- استخدم المركز الناتج لاستخراج الحمض النووي الريبي باستخدام مجموعة تجارية أو طريقة داخلية. بالنسبة للعينات المستخدمة في هذه الدراسة ، يتم استخدام مجموعة تجارية محددة لاستخراج الحمض النووي الريبي الفيروسي بحجم شطف يبلغ 50 ميكرولتر.
- قم بقياس تركيز الحمض النووي الريبي المستخرج باستخدام مجموعة قياس كمية الحمض النووي الريبي الفلوري. قسم الحمض النووي الريبي المستخرج إلى قسوم وقم بتجميده عند -80 درجة مئوية حتى مزيد من التحليل.
ملاحظة: لكل مجموعة إجراءات عزل الحمض النووي الريبي ، يجب تضمين عنصر تحكم سلبي في العزل (NCI) ، يحتوي فقط على مخازن مؤقتة للكشف عن التلوث المحتمل أثناء الاستخراج.
- جمع عينات الهواء باستخدام جهاز أخذ عينات الهواء المضغوط Coriolis
- اختر استراتيجية أخذ العينات وفقا لهدف البحث من خلال تحديد تكرار أخذ العينات ومواقع أخذ العينات.
- اضبط معدل التدفق على جهاز أخذ عينات الهواء (هنا ، 50 لترا / دقيقة لمدة 30 دقيقة). يرجى ملاحظة أن معدل التدفق الذي يزيد عن 200 لتر / دقيقة يمكن أن يؤدي إلى تدهور الحمض النووي الريبي الفيروسي ، لذلك يوصى باستخدام معدل تدفق أقل من 200 لتر / دقيقة.
- ضع مخروطا معقما في جهاز أخذ عينات الهواء قبل بدء المجموعة عن طريق نبض البداية. بمجرد الانتهاء من أخذ العينات ، أضف 5-15 مل من المحلول الملحي المعقم المخزن بالفوسفات (PBS) في المخروط. دوامة بلطف أو هز العينة باليد لمدة 15 ثانية. قم بتخزين العينات لمدة تصل إلى 24 ساعة عند 4 درجات مئوية أو عند -80 درجة مئوية في أنابيب التبريد.
- يمكن إجراء خطوة تركيز اختيارية. نظف المخاريط وقم بتطهيرها بعد كل تجربة باستخدام المبيض.
- استخراج الحمض النووي الريبي باستخدام مجموعة تجارية أو طريقة داخلية. بالنسبة للعينات في هذه الدراسة ، يتم استخدام مجموعة تجارية محددة لاستخراج الحمض النووي الريبي الفيروسي بحجم شطف 50 ميكرولتر.
- قم بقياس تركيز الحمض النووي الريبي المستخرج باستخدام مجموعة قياس كمية الحمض النووي الريبي الفلوري. قسم الحمض النووي الريبي المستخرج إلى قسوم وقم بتجميده عند -80 درجة مئوية حتى مزيد من التحليل.
ملاحظة: لكل مجموعة إجراءات عزل الحمض النووي الريبي ، يجب تضمين عنصر تحكم سلبي في العزل (NCI) ، يحتوي فقط على مخازن مؤقتة للكشف عن التلوث المحتمل أثناء الاستخراج.
2. القياس الكمي للحمض النووي الريبي SARS-CoV-2 بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي (RT-qPCR)
ملاحظة: البروتوكول أدناه يتوافق مع لوحة تشخيص CDC 2019-Novel Coronavirus (2019-nCoV) RT-PCR37. قسم مزيج البرايمر / المسبار إلى عدة حصص لتجنب دورات التجميد والذوبان.
- تحضير مزيج التفاعل الرئيسي لكل هدف (mengovirus; SARS-CoV-2 [جينات N1 و N2]) كما في الجدول 1 ، في غطاء نظيف في غرفة إعداد الكاشف. امزج مزيج البادئات / المسبار والإنزيم عن طريق الانقلاب خمس مرات. بدلا من ذلك ، دوامة النبض الخفيفة مزيج الاشعال / المسبار والإنزيمخمس مرات.
ملاحظة: حافظ على برودة جميع الكواشف أثناء التحضير والاستخدام. من أجل تقليل دورات التجميد والذوبان ، يوصى بشدة بالتجميد في القسامة.
- قم بتدوير الأنابيب لأسفل (1000 × جم لمدة 15-30 ثانية) لجمع المحتويات في الأسفل ووضع الأنابيب في رف بارد أو على الجليد.
- قم بتسمية أنابيب الطرد المركزي الدقيقة سعة 1.5 مل لكل هدف. أضف إلى كل أنبوب طرد مركزي دقيق كمية كل كاشف مطلوب (الحجم لكل تفاعل مضروبا في عدد التفاعلات بما في ذلك عناصر التحكم المطلوبة). امزج عن طريق السحب لأعلى ولأسفل وأجهزة الطرد المركزي لمدة 5 ثوان لجمع المحتويات في الأسفل.
- احتفظ بأنابيب الطرد المركزي الدقيقة في رف بارد وقم بتوزيع 15 ميكرولتر في أنابيب PCR الشريطية أو لوحة 96 بئرا في رف التبريد. قم بتغطية اللوحة وانقلها إلى منطقة معالجة الحمض النووي (احتفظ بها في رف التبريد).
- قم بإذابة حصة من الحمض النووي الريبي المستخرج ودوامة بلطف لمدة 5 ثوان. ماصة 5 ميكرولتر من الحمض النووي الريبي (بالإضافة إلى 5 ميكرولتر من التحكم غير القالب [NTC] ، والتحكم السلبي في العزل [NCI] ، والتحكم الإيجابي [PC]) لكل بئر تفاعل أو أنبوب يحتوي على المزيج الرئيسي المعد مسبقا. قم بتغيير القفازات كثيرا حسب الحاجة لتجنب التلوث المتبادل.
- قم بتغطية لوحة أو أنابيب التفاعل بالكامل ودوامة برفق. أجهزة الطرد المركزي (1000 × ز لمدة 15-30 ثانية) اللوحة أو أنابيب PCR.
- ابدأ 25 ميكرولتر RT-qPCR بظروف الدورة التالية: النسخ العكسي عند 45 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ؛ تنشيط البلمرة عند 95 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ؛ 45 دورة من تمسخ عند 95 درجة مئوية لمدة 15 ثانية ؛ والتلدين / التمديد عند 60 درجة مئوية لمدة 45 ثانية.
- احسب كفاءة استرداد ضوابط فيروس mengovirus كما أبلغ عنها Conte et al.38:
× 100
3. تسلسل المتغيرات في مياه الصرف الصحي وتحليل البيانات
ملاحظة: البروتوكول الموصوف هو بروتوكول معدل تم إنشاؤه بواسطة Quick et al.39,40. يستخدم مجموعتين من البادئات لتضخيم جينوم SARS-CoV-2 بواسطة منهجية تبليط PCR - بادئات ARTIC وبادئات VarSkip. يتم استخدام مزيج من البادئات لضمان أفضل تغطية للجينوم وتقليل احتمالية حدوث طفرات جديدة تتسبب في فشل الاشعال من نوع واحد. بشكل عام ، ينقسم البروتوكول إلى ثلاثة أجزاء: النسخ العكسي (RT) وتوليد amplicon ، وإعداد مكتبة التسلسل ، والتسلسل وتحليل البيانات.
- النسخ العكسي وتوليد amplicon
- تأكد من أن عينات الإدخال لها قيمة معروفة لعتبة دورة qPCR (Ct) لتخفيفها بشكل صحيح في ماء درجة PCR. يتم الحصول على قيمة Ct أثناء القياس الكمي باستخدام qPCR. التخفيفات هي كما يلي: إذا كانت قيمة Ct هي 12-15 ، قم بتخفيف العينات 1: 100 ؛ إذا كانت قيمة Ct هي 15-18 ، فقم بتخفيف العينات 1:10 ؛ إذا كانت قيمة Ct هي 18-35 ، فلا تخفف العينة. العينات التي تزيد عن قيمة Ct البالغة 35 لديها فرصة كبيرة لعدم العمل.
- في لوحة PCR ، ماصة 16 ميكرولتر من كل عينة إلى موضعها على اللوحة. أضف 4 ميكرولتر من النسخ العكسي (RT) mastermix (5x). قم بتغطية اللوحة وابدأ تفاعل تفاعل PCR بالشروط التالية: 25 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة ، 55 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة ، و 95 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة.
- تحضير 10 ميكرومتر تخفيفات لكل مجموعة أولية (تجمع ARTIC A والمسبح B ، وتجمع VarSkip A والمسبح B). قم بإعداد المزيج الرئيسي لكل مجموعة من البادئات (مجموعة ARTIC A و B ، ومجموعة VarSkip A و B) كما في الجدول 2. سينتج عن هذا أربعة ماسترمكس.
- على لوحة PCR جديدة ، ماصة 20 ميكرولتر من mastermix لكل بئر المقابلة. أضف 5 ميكرولتر من عينة RT إلى كل مزيج.
ملاحظة: ستحتوي كل عينة على أربعة مخاليط تفاعل - تجمع ARTIC A و B ، وتجمع VarSkip A و B.
- قم بتغطية اللوحة وابدأ تفاعل تفاعل PCR على النحو التالي: تنشيط البلمرة عند 98 درجة مئوية لمدة 30 ثانية ؛ 35 دورة من التمسخ عند 98 درجة مئوية لمدة 15 ثانية ؛ والتلدين / التمديد عند 65 درجة مئوية لمدة 4 دقائق. تدور لأسفل (1000 × غرام لمدة 15-30 ثانية) اللوحة. اجمع بين تجمعات تفاعل ARTIC وادمج بشكل منفصل تجمعات تفاعل VarSkip. سيكون لكل عينة تفاعلان أمبليكون 50 ميكرولتر.
- أضف 50 ميكرولتر من الكاشف القائم على الخرز لتنقية تفاعل البوليميراز المتسلسل إلى كل بئر واخلطه جيدا عن طريق الماصة. احتضان في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق.
ملاحظة: قبل كل استخدام ، امزج كاشف تنقية PCR بقوة لإعادة تعليق الخرزات.
- ضع اللوحة على حامل فصل مغناطيسي وانتظر حتى تشكل الخرزات حبيبات والسائل لمسح (~ 5 دقائق). ماصة وتجاهل طاف. احتفظ بلوحة PCR على الحامل المغناطيسي.
- الحفاظ على لوحة PCR على الحامل المغناطيسي ، أضف 200 ميكرولتر من الإيثانول بنسبة 80٪ إلى كل عينة دون لمس حبيبات الخرزة. إزالة الإيثانول.
- كرر الخطوة السابقة. اترك اللوحة على الحامل المغناطيسي مكشوفة لمدة 30 ثانية للسماح للإيثانول بالتبخر.
- قم بإزالة اللوحة من الحامل المغناطيسي وأضف 15 ميكرولتر من الماء بدرجة PCR إلى كل عينة. أعد تعليق الحبيبات عن طريق الماصة. احتضان في درجة حرارة الغرفة لمدة 2 دقيقة.
- ضع اللوحة مرة أخرى على الحامل المغناطيسي واترك الخرزات تلتيت (2 دقيقة). ماصة بعناية 15 ميكرولتر من المادة الطافية من كل عينة إلى لوحة PCR جديدة.
- قم بقياس تركيز كل عينة باستخدام مجموعة قياس كمية الحمض النووي الريبي الفلوري . خذ ما يقرب من 50 نانوغرام من كل عينة في 12.5 ميكرولتر إلى الخطوة التالية. إذا لزم الأمر ، قم بتخفيف العينة في ماء درجة PCR.
- إعداد المكتبة
- أضف 1.75 ميكرولتر من مخزن التفاعل من مجموعة تحضير مكتبة الحمض النووي Illumina و 0.75 ميكرولتر من مزيج الإنزيم لكل عينة. قم بتغطية اللوحة ، الدوامة لفترة وجيزة ، وقم بتدويرها لأسفل (1000 × جم لمدة 15-30 ثانية). احتضان في 21 درجة مئوية لمدة 5 دقائق وعلى 65 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
- في لوحة جديدة ، ماصة 3 ميكرولتر من الماء من درجة PCR لكل عينة إلى لوحة PCR جديدة. أضف 0.75 ميكرولتر من العينات المحضرة ، و 1.25 ميكرولتر من الرموز الشريطية لإعداد مكتبة التسلسل ، و 5 ميكرولتر من مزيج T4 DNA ligase mastermix. تخلط جيدا عن طريق السحب ، ثم تدور لفترة وجيزة (1000 × جم لمدة 15-30 ثانية) في جهاز طرد مركزي وتحتضن عند 21 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة وعند 65 درجة مئوية لمدة 10 دقائق.
ملاحظة: في حالة استخدام أقل من 25 عينة، قم بمضاعفة جميع وحدات التخزين في هذه الخطوة.
- قم بتجميع جميع العينات معا عن طريق إضافة 10 ميكرولتر من كل عينة إلى نفس الأنبوب منخفض الربط. خذ 480 ميكرولتر إلى الخطوة التالية.
- أضف 192 ميكرولتر من الكاشف القائم على الخرز لتنقية تفاعل البوليميراز المتسلسل إلى المسبح واخلطه جيدا عن طريق الماصة. احتضان في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 دقائق.
- ضع الأنبوب على حامل مغناطيسي وانتظر حتى ينظف الطافي وتتشكل حبيبات الخرز. إزالة الطاف. أخرج الأنبوب من الحامل المغناطيسي.
- أضف 700 ميكرولتر من المخزن المؤقت للجزء القصير (SFB) واخلطه عن طريق الماصة. ضع مرة أخرى على الحامل المغناطيسي وانتظر حتى تتشكل الحبيبات وينظف السائل (~ 5 دقائق). ماصة من طاف والتخلص منه.
- كرر الخطوة السابقة. اترك الأنبوب على الحامل المغناطيسي. أضف 100 ميكرولتر من الإيثانول بنسبة 80٪ دون لمس الخرزة. ماصة من الإيثانول والسماح للحبة لتجف لمدة 30 ثانية.
ملاحظة: لا تدع الخرزة تجف أكثر من اللازم.
- قم بإزالة الأنبوب من الحامل المغناطيسي وأضف 35 ميكرولتر من الماء بدرجة PCR. تخلط عن طريق سحب العينات وتحتضن في درجة حرارة الغرفة لمدة 2 دقيقة. ضع الأنبوب على الحامل المغناطيسي واترك الخرزة تلتلى والسائل لتزول. ماصة 35 ميكرولتر من الطافية إلى أنبوب جديد.
- قياس تركيز الحمض النووي الريبي للمكتبة المجمعة. ماصة الحجم اللازم للوصول إلى كمية 30-50 نانوغرام من الحمض النووي الريبي وتعبئته بماء من درجة PCR للوصول إلى حجم نهائي يبلغ 30 ميكرولتر.
- تحضير مزيج تفاعل ربط المحول: 30 ميكرولتر من المكتبة المجمعة ، و 5 ميكرولتر من مزيج المحول II ، و 10 ميكرولتر من المخزن المؤقت لتفاعل الربط (5x) ، و 5 ميكرولتر من T4 DNA ligase. امزج عن طريق السحب والدوران لأسفل (1000 × جم لمدة 15-30 ثانية). احتضان في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 دقائق.
- أضف 20 ميكرولتر من الكاشف القائم على الخرزة لتنقية تفاعل البوليميراز المتسلسل واخلطه عن طريق الماصة. احتضان لمدة 10 دقائق في درجة حرارة الغرفة.
- ضع الأنبوب على الحامل المغناطيسي وانتظر حتى تتشكل حبيبات الخرزة وتصبح المادة الطافية عديمة اللون. ماصة بعناية وتجاهل طاف .
- أخرجه من الحامل المغناطيسي وأضف 125 ميكرولتر من SFB. امزجه عن طريق السحب وضعه مرة أخرى على الحامل المغناطيسي لفصل الخرز. عندما يكون السائل صافيا ، ماصة وتجاهل الطاف.
- كرر الخطوة السابقة. اترك الأنبوب مفتوحا على الحامل المغناطيسي لمدة 30 ثانية حتى يتبخر بعض السائل المتبقي.
- قم بإزالة الأنبوب من الحامل المغناطيسي وأضف 15 ميكرولتر من المخزن المؤقت للشطف. تخلط جيدا عن طريق السحب والدوران لفترة وجيزة (1000 × جم لمدة 15-30 ثانية). احتضان في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق. ضعه على الحامل المغناطيسي لمدة 2 دقيقة.
- ماصة 15 ميكرولتر من المادة الطافية في أنبوب جديد منخفض الربط. هذه هي المكتبة النهائية. قم بقياس التركيز باستخدام مجموعة قياس الحمض النووي الفلورومتري.
ملاحظة: في الخطوة التالية ، هناك حاجة إلى 12 ميكرولتر. إذا كان التركيز مرتفعا جدا وكانت هناك حاجة إلى أقل من 12 ميكرولتر من المكتبة ، املأ ما يصل إلى 12 ميكرولتر بكاشف المحلول العازل.
- تحميل خلية التدفق وتسلسلها
- أدخل خلية التدفق (R9.4.1) في جهاز تسلسل الحمض النووي والحمض النووي الريبي في الوقت الفعلي.
- قم بإعداد مزيج التحضير عن طريق إضافة 30 ميكرولتر من كاشف حبل التدفق (FLT) إلى أنبوب كاشف المخزن المؤقت للتدفق (FB). دوامة للخلط والدوران لأسفل (1000 × جم لمدة 15-30 ثانية).
- افتح غطاء منفذ التحضير. باستخدام ماصة سعة 1000 ميكرولتر ، اضبط على 200 ميكرولتر وأدخل الطرف في منفذ التحضير. أدر عجلة ضبط مستوى الصوت وقم بزيادة مستوى الصوت حتى يظهر السائل الموجود في الطرف. تخلص من الحافة.
ملاحظة: أدر العجلة فقط حتى يتم رؤية بضعة ميكرولتر من السائل في الطرف. قد يؤدي سحب كميات أكبر إلى إتلاف خلية التدفق.
- أضف ببطء 800 ميكرولتر من مزيج التحضير إلى منفذ التحضير ، مع الحرص على عدم إدخال الفقاعات. انتظر لمدة 5 دقائق.
- في غضون ذلك ، قم بإعداد المكتبات للتحميل. امزج 37.5 ميكرولتر من المخزن المؤقت للتسلسل ، و 25.5 ميكرولتر من مخزن التحميل المؤقت ، و 12 ميكرولتر من المكتبة.
ملاحظة: امزج المخزن المؤقت للتحميل قبل سحب الماصة. تستقر الخرزات الموجودة في هذا الكاشف بسرعة كبيرة.
- افتح غطاء المنفذ. ماصة 200 ميكرولتر من مزيج التحضير في منفذ التحضير.
ملاحظة: أثناء السحب إلى منفذ التحضير مع فتح منفذ الغطاء ، سيلاحظ المرء قطرات صغيرة قادمة من منفذ العينة. ماصة بطيئة بما فيه الكفاية حتى يتمكن منفذ العينة من سحب القطرات دون انسكابها.
- قبل تحميل المكتبة المعدة ، امزج جيدا عن طريق الماصة. باستخدام ماصة 100 ميكرولتر مضبوطة على 75 ميكرولتر ، خذ المكتبة والماصة قطرة قطرة في منفذ العينة. لا تلمس المنفذ وانتظر حتى يتم امتصاص كل قطرة في المنفذ قبل تحميل القطرة التالية لتجنب فيضان السائل.
- أغلق منفذ الغطاء ومنفذ التحضير. افتح البرنامج وابدأ تجربة التسلسل. حدد تشغيل الاتصال الأساسي. بالنسبة للمكتبة التي تحتوي على 96 عينة متعددة الإرسال ، عادة ما يكون 10-12 ساعة من التسلسل كافيا لتوليد بيانات كافية.
ملاحظة: باستخدام البرنامج ، يمكن للمرء إدراج ورقة العينة بتنسيق .csv. تتطلب ورقة العينة البيانات التالية: flow_cell_id ، position_id ، sample_id ، experiment_id ، flow_cell_product_code ، والمجموعة. مطلوب معرف خلية التدفق (مدرج على جانب خلية التدفق) مع المجموعة المستخدمة. بالنسبة للبروتوكول المقترح ، يجب تحديد مجموعة LSK109.
- تحليل بيانات التسلسل
- أدخل قراءات fastq المضغوطة في سير عمل wf-artic41. قم بتشغيل سير العمل بشكل منفصل باستخدام نظامين أوليين مختلفين (ARTIC / V4.1 و NEB-VarSkip / v1a). اثنان ". يتم إنشاء ملفات primertrimmed.rg.sorted.bam" لكل عينة.
- دمج ملفات BAM في ملف واحد باستخدام الأمر "samtools merge"42. أدخل ملف BAM المدمج في أداة Freyja ، مع ترك الإعدادات الافتراضية ، لاستعادة وفرة النسب النسبية43.
- لإنشاء ملف FASTA ، أدخل ملف BAM المدمج في أدوات "samtools mpileup" و "ivar" بالإعدادات الافتراضية44,45. لاستدعاء الطفرات ، قم بتحميل ملف FASTA في أداة Nextclade46,47.