هنا ، نصف إجراء بسيطا وسريعا للكشف عن الحمض النووي من مسببات الأمراض النحل ، مثل Lotmaria passim و Nosema ceranae ، باستخدام تحلل الخلايا الجاهز للتضخيم ، وتضخيم البوليميراز المعاد تجميعه ، وفحوصات CRISPR / Cas12a.
مقالة منهجية
هنا ، نصف إجراء بسيطا وسريعا للكشف عن الحمض النووي من مسببات الأمراض النحل ، مثل Lotmaria passim و Nosema ceranae ، باستخدام تحلل الخلايا الجاهز للتضخيم ، وتضخيم البوليميراز المعاد تجميعه ، وفحوصات CRISPR / Cas12a.
يعد الكشف المبكر في الموقع لمسببات الأمراض المجهرية أمرا ضروريا للإدارة الفعالة وصحة مستعمرات نحل العسل. حاليا ، المعيار الذهبي للكشف الجزيئي لمسببات الأمراض النحل هو qPCR أو RT-qPCR. هنا ، نقدم بديلا سريعا وحساسا وفعالا من حيث التكلفة للكشف عن مسببات الأمراض الحمض النووي القابل للنشر في الميدان. تجمع هذه الطريقة بين تحلل الخلايا المباشر الجاهز للتضخيم لبطون النحل العامل مع تضخيم البوليميراز المعاد تكيجيه (RPA) ، والانقسام عبر مجسات المراسل بوساطة CRISPR / Cas12a ، والكشف عن طريق فحوصات التدفق الجانبي. لقد نجحنا في التحقق من صحة هذا البروتوكول في نحل العسل المصاب ب Nosema ceranae و Lotmaria passim. يمكن تنفيذ البروتوكول الموصوف باستخدام كتلة حرارية بسيطة أو في درجة حرارة الغرفة ومن المحتمل أن يكون قابلا للتطبيق على أي مسببات الأمراض القائمة على الحمض النووي أو ميكروبات الأمعاء لنحل العسل. تستغرق العملية برمتها حوالي 180 دقيقة وتحقق حساسية مماثلة ل qPCR ، حيث تكتشف ما لا يقل عن 96 نسخة طفيلية / ميكرولتر. في الختام ، يوفر هذا النهج أداة واعدة للتشخيص الميداني الموثوق والسريع لعدوى نحل العسل دون الحاجة إلى معدات معملية معقدة ، مما يجعله مثاليا لمراقبة المستعمرات في الموقع.
النحل هو نوع رئيسي متورط في تلقيح النباتات وهو ضروري لتكاثر النباتات والتنوع البيولوجي والأمن الغذائي1. تستفيد خدمات التلقيح الخاصة بهم من مجموعة واسعة من المحاصيل ذات القيمة الاقتصادية العالية ، حيث تساهم بما يقدر بنحو 235-577 مليار دولار سنويا في الزراعة العالمية. ومع ذلك ، فإن الانخفاض العالمي في أعداد النحل أثار مخاوف جدية بسبب عواقبه المحتملة على الاستقرار البيئي وإنتاجية المحاصيل ، مما أدى إلى خسارة تقدر ب 4.8-16.3 مليار دولار في البلدان الفقيرة المثقلةبالديون 2. تتضمن كتلة اختفاء النحل تفاعلات متعددة بين عدة عوامل: استخدام مبيدات الآفات ، وفقدان الموائل ، وتغير المناخ ، والعدوى بمسببات الأمراض ، بما في ذلك الفيروسات والبكتيريا والفطريات والطلائعيات.
من بين هذه الكائنات الحية الدقيقة ، يتم توزيع Nosema spp. ، وهو فطر ميكروسبوريدي يزعج عمل الأمعاء ، وطفيليات المثقبيات - وخاصة Lotmaria passim - على نطاق واسع في مستعمرات نحل العسل في جميع أنحاءالعالم 3 ، 4. تظهر النتائج الحديثة أن عدوى L. passim ، حتى عندما لا تظهر عليها أعراض ، يمكن أن تقلل من تنظيم الجينات المرتبطة بالمناعة وتغير عملية التمثيل الغذائي للطاقة في نحل العسل ، مما قد يضر بمرونته تحت ضغط إضافي5. وبالمثل ، فإن Nosema spp. تقلل العدوى من طول عمر النحل ، وتثبط وظيفة المناعة ، وتعطل ديناميكيات البحث عن الطعام في المستعمرة ، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاج العسل وزيادة وفيات المستعمرات. علاوة على ذلك ، فإن العدوى المصاحبة التي تشمل كلا من Nosema spp. وقد يكون للمثقبيات تأثيرات تآزرية ، مما يؤدي إلى تفاقم الإجهاد الفسيولوجي وإضعاف دفاعات المضيف. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراقبة مسببات الأمراض المتعددة في وقت واحد.
تتطلب معالجة هذه التهديدات تطوير أدوات تشخيصية سريعة ودقيقة ، والتي تعتمد بدورها على فهم أعمق لاستراتيجيات البيولوجيا والانتقال والبقاء على قيد الحياة لهذه مسبباتالأمراض 6. يظل الكشف عن هذه مسببات الأمراض من خلال الطرق التقليدية ، بما في ذلك الفحص المجهري الضوئي والتضخيم الجزيئي ، موثوقا به ولكنه يواجه قيودا معينة. تم تطوير أمثلة على qPCR و RTqPCR (يتطلب ركوب الدراجات في درجات حرارة مختلفة) ، وطرق متساوية الحرارة ، مثل التضخيم بوساطة الحلقة (LAMP ، يعمل عند درجة حرارة ثابتة) ، للطفيليات الفطرية أو الفيروسية أو البكتيرية أو الأوليات6،7،8،9،10. ومع ذلك، فإن تنفيذ هذه الأساليب يحتاج إلى معدات متخصصة، إلى جانب موظفين مدربين ومرافق مختبرية مجهزة تجهيزا جيدا، مما يحد من عمليتها للتطبيقات الميدانية والرصد الواسع النطاق. لمعالجة هذه المشكلات ، تم تطوير تقنيات جزيئية جديدة - تضخيم أهداف الحمض النووي من خلال تضخيم البوليميراز المركب (RPA) ، جنبا إلى جنب مع الكشف المستند إلى CRISPR / Cas12a - وهو نهج سريع ومحدد وحساس. تعمل الطريقة متساوية الحرارة وتنتج نتائج بصرية تجعلها مناسبة للتشخيص في الموقع أو في نقطة الرعاية ، وفقا ل Shao et al.11 و Xiao et al.12.
RPA هي طريقة بسيطة وسريعة لتضخيم الحمض النووي تعمل عند درجة حرارة ثابتة ، عادة بين 37 درجة مئوية و 42 درجة مئوية. يعتمد على إنزيمات إعادة المؤتلفة ، والبروتينات الملزمة بالحمض النووي أحادية الشريطة ، والبوليميراز الذي يزيح الخيوط لتضخيم الحمض النووي دون الحاجة إلى دورة حرارية. تعتبر تقنية RPA مناسبة بشكل خاص للاختبار في الموقع والتشخيص الميداني نظرا لسرعتها والحد الأدنى من متطلبات المعدات وتوافقها مع العينات الخام11،12،13. لتعزيز الخصوصية ، يمكن اكتشاف منتج RPA باستخدام نوكلياز داخلي Cas12a ، والذي يعمل أيضا ضمن نفس نطاق درجة الحرارة. يرتبط Cas12a بالحمض النووي الريبي لتوجيه CRISPR (gRNA) ، وهو RNA قصير يوجه Cas12a نحو التسلسل المستهدف المضخم ويرتبط بالتسلسل التكميلي في الحمض النووي. عند الربط ، يتم تنشيط Cas12a ويظهر نشاط انقسام جانبي (عبر) ، وتحديدا ضد الحمض النووي أحادي الشريطة (ssDNA). يتيح ذلك استخدام جزيئات مراسل ssDNA المصنفة بالفلوروفورات أو البيوتين ، والتي يمكن أن تولد إشارات مضان أو مرئية ، بما في ذلك قراءات شريط التدفق الجانبي. تشكل RPA و CRISPR / Cas12a معا منصة تشخيص جزيئية قوية سريعة وحساسة ومناسبة للاستخدام في الإعدادات الميدانية أو محدودة الموارد12.
لزيادة تعزيز التطبيق العملي لنهج التشخيص الجزيئي هذا ، قمنا أيضا بتنفيذ طريقة مبسطة لتحلل الخلايا الجاهزة للتضخيم (ARCL) تعتمد على تحلل هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) لبطن النحل11،14 ، مما يلغي الحاجة إلى تحضير العينات على نطاق واسع والكواشف المختبرية. تتيح تقنية الاستخراج السريع للحمض النووي هذه ، جنبا إلى جنب مع التضخيم متساوي الحرارة ونظام الكشف CRISPR / Cas12a ، سير عمل قابل للنشر في الميدان يقلل بشكل كبير من الوقت والتكلفة. الأهم من ذلك ، أن الاختبار يحافظ على الجودة والحساسية العالية والخصوصية التي يمكن مقارنتها ب qPCR ، المعيار الذهبي الحالي للكشف عن مسببات الأمراض في النحل.
هنا ، قمنا بتطبيق هذه المنهجية بنجاح للكشف عن Nosema ceranae و L. passim في نحل العسل (الشكل 1). قمنا بمقارنة هذه الطريقة بمقايسات qPCR القياسية والتحقق من أدائها باستخدام عينات مصابة بشكل طبيعي. تظهر النتائج التي توصلنا إليها أن هذا النهج هو بديل عملي وموثوق للمراقبة الميدانية لصحة نحل العسل ، مع إمكانات قوية للمراقبة واسعة النطاق وجهود التدخل المبكر في تربية النحل.
تم إجراء جميع الإجراءات وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية والوطنية للعمل مع اللافقاريات واستخدام أقل عدد من النحل اللازم لإثبات المفهوم. تم نقل نحل العسل في صناديق خلية متخصصة مع تهوية ودرجة حرارة مناسبة وتخزينها في المختبر عند -20 درجة مئوية حتى التحليل.
1. تحلل الخلايا القلوية HotSHOT
2. تضخيم متساوي الحرارة بواسطة RPA
ملاحظة: تم تصميم البادئات بمساعدة أداة برنامج eprimer3 (https://www.bioinformatics.nl/cgi-bin/emboss/eprimer3) ، على الرغم من أنه يمكن استخدام أدوات تصميم أولية أخرى.
3. الكشف عن الحمض النووي لمسببات الأمراض بواسطة CRISPR / Cas12a
ملاحظة: يمكن إجراء الكشف بعد تقنية RPA بطرق مختلفة. في هذا البروتوكول ، سنقوم بتفصيل الكشف عن طريق التألق (FAM-TTTTTTTT-MGB) والشرائط الكروماتوغرافية المناعية (Biotin-TTTTTTTT-FITC).
قم بتنفيذ جميع الإجراءات في منطقة نظيفة وخالية من الحمض النووي (على سبيل المثال ، مساحة مخصصة لتفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). نظف أسطح العمل والماصات باستخدام 0.5٪ مبيض ، متبوعا بنسبة 70٪ إيثانول. استخدم دائما أطراف المرشح وارتد القفازات. تعامل مع الحمض النووي أو المواد المضخمة في منطقة منفصلة عن منطقة تحضير الكاشف. قم بإذابة جميع الكواشف على الجليد وحافظ على الظروف الباردة طوال فترة التحضير.
لقد وصفنا هنا طريقة سريعة في الموقع باستخدام التحلل القلوي لبطن النحل العامل إلى جانب تضخيم RPA والكشف المستند إلى CRISPR / Cas12a عن طريق التألق و / أو أساليب التدفق الجانبي. يتم تمثيل مخطط سير العمل الكامل في الشكل 3 ، ومخطط التحلل القلوي HotSHOT لبطون النحل العامل في الشكل 4. تظهر النتائج التمثيلية لمقايسة RPA / CRISPR / Cas12a في الشكل 5. للكشف عن L. passim و N. ceranae ، تم استخدام جهاز تدوير حراري لتحديد وحدات التألق النسبية (RFUs) باستخدام مسبار مسمى FAM (الشكل 4 أ). تم إجراء تفاعلات RPA باستخدام 10 نانوغرام من الحمض النووي ، وتم رسم بيانات التألق في رسم بياني (الشكل 4 ب). في المرحلة الأخيرة من الفحص ، تم تصوير عينات في أنابيب مخروطية باستخدام نظام تصوير هلامي (الشكل 4C). للكشف عن مسبار يحمل علامة البيوتين ، تم احتضان العينات في كتلة حرارية (الشكل 4 أ) ؛ تم تحضير محلول الكشف وفقا لتعليمات الشركة المصنعة وتطبيقه على شريط تدفق جانبي (الشكل 4 ب ، ج). أدت هذه الطريقة إلى اكتشاف ناجح لكل من مسببات الأمراض في نحل العسل.
لتحديد كفاءة تفاعلات RPA ، قارنا هذه الطريقة مع qPCR القياسي باستخدام الحمض النووي المنقى من نحل العسل باستخدام المجموعة المشار إليها (انظر جدول المواد). تم اختبار ما مجموعه 32 عينة من النحل باستخدام مواد أولية تستهدف جين β-tubulin ل L. passim لكلتا الطريقتين ثم تم اكتشافها بواسطة CRISPR / Cas12a عبر الانقسام لمجسات الفلورسنت. والجدير بالذكر أنه نتيجة لذلك ، تم العثور على 12 عينة إيجابية بواسطة qPCR ، بينما اكتشف RPA / CRISPR / Cas12a L. passim في 16 عينة (الشكل 5 أ). يشير هذا إلى أن أداء تفاعل RPA أكثر حساسية من تفاعل البوليميراز المتسلسل ، كطريقة تضخيم الحمض النووي القياسية الذهبية.
وبالمثل ، حددنا حد الكشف (LOD) ل qPCR و RPA مقترنا باكتشاف CRISPR / Cas12a ل L. passim DNA كنموذج عامل الأمراض باستخدام التخفيفات التسلسلية ل L. passim DNA تتراوح من 66 نانوغرام إلى 6 fg. اكتشف qPCR أقل من 6 بيكوغرام ، أي ما يعادل ما يقرب من 96 طفيليا (الشكل 5 ب). وبالمقارنة ، فإن LOD ل RPA يتوافق مع 96 طفيليا (الشكل 5 ج ، د).

الشكل 1: سير العمل العام للتحلل القلوي HotSHOT إلى جانب تضخيم RPA وطرق الكشف عن Cas12 في نحل العسل. الاختصارات: RPA = تضخيم البوليميراز المركب ؛ كريسبر = التكرارات المتجانسة القصيرة العنقودية المتباعدة بانتظام ؛ كاس = بروتين مرتبط ب CRISPR. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: معالجة تحلل الخلايا الجاهزة للتضخيم باستخدام المخزن المؤقت HotSHOT. (أ) قطع بطن نحل العسل بمشرط ووضعه في أنبوب طرد مركزي ؛ (ب) باستخدام مدقة ، قم بالنقع باستخدام 400 ميكرولتر من HotShot ؛ (ج) احتضان على كتلة حرارية عند 95 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ؛ و (د) تحييد ب 400 ميكرولتر من 40 ملي مولار Tris-HCl. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: سير العمل العام لإعداد إنزيم Cas12a وحلول مسبار المراسل المسمى FAM والبيوتين. الاختصارات: DEPC-water = المياه المعالجة بثنائي إيثيل بيروكربونات. crRNA = RNA CRISPR. Cas12 = نوع البروتين المرتبط ب CRISPR. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: الكشف عن Lotmaria passim و Nosema ceranae. بطريقة CRISPR / Cas12a باستخدام مجسات FAM و biotin. للكشف عن FAM ، (أ) يتم احتضان العينات في جهاز تدوير حراري. (ب) وحدات التألق النسبية (RFU's) ل L. passim و N.ceranae ؛ (ج) تصور نفس العينات في إطار نظام التوثيق الضوئي. في اختبارات البيوتين ، (أ) عينة تحتضن في كتلة حرارية. (ب) أضيفت عينات في شريط مناعي من المجموعة (انظر جدول المواد)؛ (ج) النتائج بعد الحضانة. الاختصارات: LP = Lotmaria passim; NC = Nosema ceranae. NTC= لا يوجد تحكم في القالب؛ RFU: وحدات التألق النسبية الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 5: مقارنة بين qPCR و RPA ، وحد الكشف عن Lotmaria passim. (أ) الكشف عن L. passim في عينات نحل العسل باستخدام qPCR و RPA التقليديين. (ب) حد الكشف عن qPCR ل L. passim باستخدام SsoFast EvaGreen. (ج) حد الكشف عن L. passim باستخدام CRISPR/Cas12a مع مسبار يحمل علامة FAM؛ (د) تصور نفس اكتشاف CRISPR / Cas12a (من C) تحت نظام تصوير هلام (الصف العلوي) ، ونتائج التدفق الجانبي المقابلة باستخدام CRISPR / Cas12a مع مسبار مسمى بالبيوتين (الصف السفلي). الاختصارات: RPA = تضخيم البوليميراز المركب ؛ qPCR = تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| الكاشف | التركيز النهائي | 10 ميكرولتر | 50 ميكرولتر |
| 2x عازلة التفاعل | 1x | 5 ميكرولتر | 25 ميكرولتر |
| dNTPs (10 ملليمتر) | 1.8 ملي | 1.8 ميكرولتر | 9 ميكرولتر |
| 10x المزيج الأساسي | 1x | 1 ميكرولتر | 5 ميكرولتر |
| التمهيدي الأمامي (10 ميكرومتر) | 480 نانومتر | 0.5 ميكرولتر | 2.4 ميكرولتر |
| التمهيدي العكسي (10 ميكرومتر) | 480 نانومتر | 0.5 ميكرولتر | 2.4 ميكرولتر |
| 20x مزيج التفاعل الأساسي | 1x | 0.5 ميكرولتر | 2.5 ميكرولتر |
| مياه DEPC | -- | 0.7 ميكرولتر | 3.7 ميكرولتر |
الجدول 1: مكونات Mastermix ل RPA بأحجام نهائية تبلغ 10 ميكرولتر و 50 ميكرولتر ، وتركيزات العمل المقابلة:
| الكاشف | التركيز النهائي | تفاعل 10 ميكرولتر | تفاعل 50 ميكرولتر |
| 280 ملي ملي مغنليجرام OAc | 1.8 ملي | 0.5 ميكرولتر | 2.5 ميكرولتر |
| دنا | 10-0.1 نانوغرام | 1 ميكرولتر | 2 ميكرولتر |
الجدول 2: حجم الكواشف المراد إضافتها لكل عينة في تفاعل RPA
| الكاشف | [مخزون] | [نهائي] | 1x (ميكرولتر) |
| إنزيم Cas12a | 1 ميكرومتر | 50 نانومتر | 2.5 |
| الحمض النووي الريبي (cRNA) | 1 ميكرومتر | 100 نانومتر | 5 |
| مسبار FAM | 10 ميكرومتر | 250 نانومتر | 1.25 |
| NEB المخزن المؤقت 10x | 10 أضعاف | 1x | 5 |
| ئامبليكون RPA | - | - | 4 |
| الماء | - | - | 32.25 |
| مجموع | 50 |
الجدول 3: تركيزات الكواشف لعمل مزيج من الكشف عن FAM بطريقة CRISPR / Cas 12a.
| الكاشف | [مخزون] | [نهائي] | 1x (ميكرولتر) |
| إنزيم Cas12a | 1 ميكرومتر | 50 نانومتر | 2.5 |
| الحمض النووي الريبي (cRNA) | 1 ميكرومتر | 100 نانومتر | 5 |
| مسبار البيوتين | 10 ميكرومتر | 500 نانومتر | 2.5 |
| NEB المخزن المؤقت 10x | 10 أضعاف | 1 مرة | 5 |
| ئامبليكون RPA | - | - | 4 |
| الماء | - | - | 31 |
| مجموع | 50 |
الجدول 4: تركيزات الكواشف لعمل مزيج من الكشف عن البيوتين بطريقة CRISPR / Cas 12a.
في هذه الدراسة ، قمنا بتطوير والتحقق من صحة بروتوكول تشخيص جزيئي عملي للكشف عن مسببات أمراض نحل العسل. يدمج سير العمل تحلل الخلايا الجاهز للتضخيم ، والتضخيم متساوي الحرارة باستخدام RPA ، والكشف عالي التحديد عبر CRISPR / Cas12a. من بين طرق استخراج الحمض النووي الكيميائي التي تم تقييمها ، يوفر بروتوكول التحلل القلوي HotSHOT مزايا كبيرة من حيث التكلفة والسرعة والبساطة. إنها تنتج بكفاءة محللات جاهزة للتضخيم دون الحاجة إلى مجموعات تجارية. أثبتت هذه الطريقة موثوقيتها في العديد من التطبيقات ، بما في ذلك الكشف عن مسببات الأمراض في نحلالعسل 14،15،16،17،18. تؤدي الظروف القلوية ذات درجة الحرارة العالية إلى تعطيل أغشية الخلايا والترابط الهيدرجيني بين خيوط الحمض النووي ، مما يؤدي إلى إطلاق الحمض النووي أحادي الشريطة المناسب للتضخيم النهائي. على الرغم من أن القيود المحتملة تشمل وجود مثبطات تفاعل البوليميراز المتسلسل أو التحييد دون المستوى الأمثل ، فقد ثبت أن التحلل القلوي يعمل بفعالية في كائنات حية متنوعة مثل العتائق19 والبكتيريا20 والفطريات14 ، وهو متوافق مع PCR و qPCR وطرق متساوية الحرارة مثل LAMP21 و RPA12.
في أيدينا ، أظهر نظام RPA / CRISPR / Cas12a خصوصية قوية وحساسية مرضية. سمح استخدام crRNAs التي تستهدف المناطق المحفوظة في كل مسببات الأمراض بتحديد دقيق مع عدم وجود تفاعل متبادل مع الحمض النووي المضيف أو الكائنات الحية الدقيقة غير ذات الصلة. حققت التطبيقات السابقة لهذا النظام في نحل العسل حدود الكشف حوالي 6.5 × 102 و 6.2 × 101 نسخة / ميكرولتر لفيروس الجناح المشوه من النوعين A وB 8،12. ومع ذلك ، لم يتم تحسين هذه المقايسات للظروف الميدانية مع استخراج الحمض النووي الريبي السريع و / أو الحمض النووي. في هذا العمل ، قمنا بتكييف الطريقة خصيصا لمسببات الأمراض في الحمض النووي - N. ceranae و L. passim - مما يتيح الكشف المتوافق مع المجال.
تظهر نتائجنا أن RPA / CRISPR / Cas12a تفوقت على تفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي في تحديد العينات الإيجابية (16 مقابل 12) ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى الإشارة المحسنة باستخدام نشاط الانقسام الجانبي CRISPR / Cas12a ، والذي يظل فعالا حتى في المحللات الخام. تم الإبلاغ سابقا عن التحسن في الحساسية مقارنة بالطرق القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل في نماذج مسببات الأمراض المختلفة مثل Yersinia enterocolitica22 أو Diaporthe aspalathi23 أو Vibrio vulnificus24. علاوة على ذلك ، كشف التحليل الكمي عن حد مكافئ للكشف عن RPA / CRISPR / Cas12a و qPCR في ظل ظروف معملية (~ 96 نسخة طفيلية / ميكرولتر). هذا يعني أداء جيدا للطريقة مع خصوصية مماثلة ل TaqMan qPCR ، نظرا للتعرف على التسلسل الإضافي الذي يوفره crRNA. علاوة على ذلك ، لا يتطلب الاختبار سوى الحد الأدنى من المعدات ، ولا يعتمد على جهاز تدوير حراري أو قارئ مضان ، ويمكن تصوره باستخدام شرائط التدفق الجانبي كما تم تطويرها مسبقا لمسببات الأمراض الأخرى25،26. هذا يبسط التفسير ويجعل الاختبار في متناول الفنيين الميدانيين ومربي النحل.
يسفر البروتوكول الحالي عن نتائج قوية ، ولكن من الممكن إجراء المزيد من التحسينات. إن تكييف الاختبار لاستهداف مسببات أمراض النحل الأخرى القائمة على الحمض النووي سيتطلب فقط إعادة تصميم بادئات RPA و crRNAs. بالنسبة لفيروسات الحمض النووي الريبي ، يمكن توسيع البروتوكول ليشمل خطوة النسخ العكسي (RT-RPA) كما هو موضح سابقا للعديد من الأمراض المعدية الفيروسية26،27،28 ، بما في ذلك DWV-A و DWV-B في نحلالعسل 15. بالإضافة إلى ذلك ، من المحتمل أن يتم تقليل إجمالي وقت الفحص - حاليا حوالي 180 دقيقة - من خلال تحسين البروتوكول لتقليل توقيت كل خطوة. بديل آخر هو وعاء واحد RPA / CRISPR / Cas12a الذي يجمع بين جميع كواشف RPA / CRISPR / Cas12a في تفاعل واحد. تم تطبيق هذه المنهجية الشاملة بنجاح للكشف عن مجموعة واسعة من مسببات الأمراض الفيروسية والبكتيرية25،26،29. إلى جانب ذلك وعلى الرغم من أن مجسات ssDNA قد تم توسيعها ونشرها للكشف عن Cas12a ، فقد أبلغت بعض الدراسات عن قدرة Cas12a على مجسات الحمض النووي المزدوج الشريطة عبر الانقسام (dsDNA) التي قد تكون مفيدة للاختبار بسبب استقرار dsDNA30. سيؤدي ذلك إلى وقت الوصول إلى النتيجة أقل من 30 دقيقة ، مما يزيد من تعزيز قابلية التطبيق الميداني. كما أن كواشف RPA و CRISPR المجفدة بالتجميد من شأنها أن تحسن استقرار الكاشف وتلغي الحاجة إلى سلسلة تبريد ، مما يزيد من ملاءمتها للبيئات البعيدة أو منخفضة الموارد. تم تحديد الأداء الناجح ل RPA / CRISPR / Cas12a باستخدام الكواشف المجففة بالتجميد بنجاح للكشف عن Actinobacillus pleuropneumonia31 والفيروسات المعدية التنفسية28،32 ، بما في ذلك SARS-Cov226.
باختصار ، تقدم هذه الدراسة منصة تشخيص جزيئية كاملة في الميدان وفعالة من حيث التكلفة ومحمولة للكشف عن مسببات أمراض نحل العسل. ستستمر هذه المنهجية ، كما هي ، 180 دقيقة تقريبا ، لكن توقيتها الإجمالي يمكن أن يخضع لمزيد من التحسينات. بينما ركزنا على L. passim و Nosema spp. كأهداف لإثبات المفهوم ، فإن النظام معياري وقابل للتكيف مع مجموعة واسعة من مسببات أمراض النحل القائمة على الحمض النووي (على سبيل المثال ، يرقات Paenibacillus أو Melisococcus plutonious) وكذلك لمراقبة المتعايشين المعنيين. يوسع هذا النهج الوصول إلى التشخيص الجزيئي إلى ما هو أبعد من البيئات المختبرية التقليدية ويدعم استراتيجيات التدخل المبكر في تربية النحل. على نطاق أوسع ، تظهر نتائجنا جدوى التقنيات القائمة على كريسبر في تطبيقات التشخيص الجاهزة ميدانيا.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
تم دعم هذا العمل من خلال منحة "أدوات جزيئية جديدة للمراقبة السريعة لأمراض نحل العسل في المناحل في مقاطعة غرناطة" (GOPG-GR-23-0002) في إطار دعوة المساعدة للمجموعات التشغيلية لجمعية الابتكار الأوروبية (AEI) في الإنتاجية الزراعية والاستدامة للحكومة الأندلسية. كما نقدر الدعم المقدم من البرنامج الإسباني لتوليد المعرفة والتعزيز العلمي والتكنولوجي لنظام R + D + I ، ومنحة PID2021-126938OB-I00 بتمويل من MCIN / AEI / 10.13039 / 501100011033 و "ERDF / EU". نحن نقدر بشدة المساعدة والموارد التي يقدمها مربي النحل في Asociación de Pequeños Apicultores de Granada (APAG) و Cooperativas Agroalimentarias de Granada (FAECA). الدراسة جزء من أطروحة الدكتوراه ل D. Pedro García Olmedo. برنامج الدكتوراه في علم الأحياء الأساسي والأنظمة (جامعة غرناطة ، UGR).
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.2 مل أنابيب Eppendorf خالية من الحمض النووي والحمض النووي الريبي | أكسيجن | MTC-02-C | |
| 1.5 مل أنابيب Eppendorf خالية من الحمض النووي والحمض النووي الريبي | أكسيجن | MTC-150-C | |
| 10 μ L نصائح مصفاة منخفضة الاحتفاظ | عيادات المختبر | 5-063-ف 5-0 | |
| 100 μ L نصائح مصفاة منخفضة الاحتفاظ | عيادات المختبر | 5-120-ف 5-0 | |
| 1000 μ L نصائح مصفاة منخفضة الاحتفاظ | عيادات المختبر | 5-203-ف 4-0 | |
| BH-200 سلسلة ستيوارت سخان بلوك جاف | كول بارمر | EW-36610-00 | |
| المياه المعالجة ب DEPC | أمبيكون | AM9906 | |
| إيدتا | سيجما ألدريتش | 798681 | |
| EnGen LBA Cas12a (Cpf1) | نيو إنجلاند بيولابس | طراز M0653T | |
| سيجما ألدريتش | سيجما ألدريتش | 64-17-5 | |
| حمض الهيدروكلوريك | سيجما ألدريتش | 7647-01-0 | |
| مدقات الأنابيب الدقيقة | فيشربراند | 12141364 | |
| ميلينيا جينلاين HybriDetect | ميلينيا | إم جي إتش دي 1 | |
| هيدروكسيد الصوديوم | سيجما ألدريتش | 221465 | |
| طقم RPA TwistAmp Liquid Basic | تويستأمبير | TALQBAS01 | |
| شفرات مشرط | سوان مورتون | 201 | |
| ماصة شانيل واحدة PIPETMAN P1000L Micropipette إخراج معدني | جيلسون | F144059M | |
| ماصة شانيل واحدة PIPETMAN P100L ماصة معدنية | جيلسون | F144057M | |
| ماصة شانيل واحدة PIPETMAN P10L Micropipette إخراج معدني | جيلسون | F144055M | |
| هيبوكلوريت الصوديوم | |||
| نظام الكشف عن PCR في الوقت الحقيقي يعمل باللمس | بيوراد | سي إف إكس 96 | |
| تريس حمض الهيدروكلوريك | سيجما ألدريتش | تي 1503 | |
| تويس أمب سائل أساسي | جدل | TALQBAS01 |
This corrects the article 10.3791/68874