本研究中,核糖体间隔区PCR(RS-PCR)与微型电泳系统结合,作为一种快速、高分辨率且成本适中的方法,可用于高通量的金黄色葡萄球菌(S. aureus)基因分型。
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本研究中,核糖体间隔区PCR(RS-PCR)与微型电泳系统结合,作为一种快速、高分辨率且成本适中的方法,可用于高通量的金黄色葡萄球菌(S. aureus)基因分型。
核糖体间隔区PCR(RS-PCR)是一种高分辨力且稳健的基因分型方法 S. aureus 可在中等成本下实现高通量,因此适用于常规用途。为获得最佳分辨率、数据评估与数据管理效果,需配合使用微型电泳系统。结合该电泳系统及实验室自主开发的软件(可在此处免费获取),可实现条带模式向基因型指派的标准化与简便化。DNA提取操作简单(煮沸法提取),反应体系构建便捷,且可在任意标准PCR仪上运行。PCR扩增程序常规,仅需延长升降温过渡时间与延伸时间。相较于 spa 分型和多位点序列分型(MLST)相比,RS-PCR无需DNA测序,从而显著简化了分析流程,并实现了高通量检测。此外,该方法对牛源菌株具有较高的分辨能力。 S. aureus 至少与……一样好 spa 分型效果优于MLST或脉冲场凝胶电泳(PFGE)。目前,RS-PCR数据库共包含141种基因型及其变异型。该方法与毒力基因模式、传染性及致病性高度相关 S. aureus 参与牛乳腺炎的菌株。 S. aureus 基因型B(GTB)具有传染性,可导致牛群出现健康问题,给瑞士及其他欧洲国家带来巨大的经济损失。在瑞士发现的其他所有基因型仅感染个体奶牛或乳腺四分之一部分。通过RS-PCR进行基因分型,可对病原体的流行病学特征及致病潜力进行可靠预测。 S. aureus 参与牛乳腺内感染(IMI)的病原体检测,是临床兽医学中的两个关键因素。鉴于该方法具有上述优势,加之成本适中、样本通量高,本文旨在提供一份详细的分步操作指南,以帮助便捷地建立和开展用于基因分型的RS-PCR技术 S. aureus 在其他实验室中。
金黄色葡萄球菌 (S. aureus) 被认为是全球范围内引起牛乳腺内感染(IMI)的最重要病原体 1Fournier 的研究 等 2 在瑞士奶牛中得到证实,以及Cosandey的研究 等 3 和 Boss 等 4 在12个欧洲国家的奶牛中 S. aureus 从牛乳腺炎分离的菌株为遗传异质性群体。通过16S-23S rRNA间隔区(RS-PCR)的PCR扩增,在101株流行病学上独立的分离株中最初检测到17种基因型 2基因型B和基因型C(GTC)最为常见,占80%,而其他15种基因型(GTs)出现频率较低,每种仅占所有分离株的1%至4%。在欧洲层面 3GTB、GTC、GTF、GTI 和 GTR 是最重要的基因型,占所有分析菌株(n = 456)的 76%。GTB 主要分布于中欧地区,而其他基因型则广泛传播。其余 24% 的菌株包含 41 种基因型,其中许多仅被观察到一次。
Fournier 等2、Cosandey 等3 以及 Graber 等5 的研究进一步表明,基因型与其毒力基因模式高度相关,无论是在瑞士层面还是欧洲层面均如此。这些研究还揭示了S. aureus GTB、GTC 与其他基因型之间在乳房内感染(IMI)流行率上存在巨大差异2,5:以 GTB 为例,一个牛群中高达 87% 的奶牛都感染了该基因型;然而对于 GTC 及其他基因型,每个牛群中仅发现 1 至 2 头奶牛发生 IMI。
S. aureus 引起的乳房炎通常会导致相应乳腺组织发炎,并引起乳汁中炎性细胞数量增加。因此,乳汁体细胞数(SCC)——大多数国家衡量乳品质量的关键指标——会升高,从而导致牛奶价格下降,甚至停止收奶。
除了Fournier的RS-PCR 等 2,已有其他分型方法用于对牛源性菌株进行亚型分类 S. aureus 8-11两种常见的包括 spa 分型 12 多位点序列分型(MLST) 13前者基于对葡萄球菌可变间隔区的DNA测序 spa 编码蛋白A的基因,而后者需要对7个看家基因进行测序。这意味着一种 12 以及七次 PCR 13,分别需要进行扩增子纯化、测序反应,并使用特定设备进行分析。与RS-PCR相比,这些方法在实验室中需要额外耗费大量工作,导致样本通量低且成本高。其中,PFGE的通量尤其低。考虑到这些方法对牛源菌株的分辨能力 S. aureus,RS-PCR 至少与 spa 分型 4 优于MLST 4 或脉冲场凝胶电泳(PFGE) 15.
包括二元分型13在内的所有这些方法在深入理解由S. aureus引起的牛乳腺炎的发病机制方面已显示出其有效性,但由于存在上述限制,它们在大规模临床研究中的适用性较低。此外,Fournier et al.2所描述的通过RS-PCR进行的基因分型,能够可靠地预测参与牛乳腺炎的S. aureus的流行病学潜力和致病潜力,这两项指标在临床兽医学中具有关键意义。
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1. 金黄色葡萄球菌 分离株
2. DNA 提取
3. RS-PCR
4. 电泳
5. 从电泳图谱推断基因型
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基因型的定义及其变异类型
电泳图谱若在多于一条条带上的表现与所有已鉴定基因型均不同,则被视为一种新的基因型。新基因型的命名与扩展遵循 Fournier 等人 5 的方法,由此产生了从 GTA 到 GTZ 的基因型,随后是 GTAA 到 GTAZ、GTBA 到 GTBZ,以及目前的 GTCA 到 GTCC。仅一条条带存在差异的情况被视为基因型变体,该变体以罗马数字上标形式标注在基因型名称之后(例如,GTRI、GTRII)。目前,参考数据库中总共包含 141 种基因型及其变体。
在上述条件下,采用Fournier的RS-PCR方法 等 5 基因型鉴定菌株具有高度可重复性 S. aureus已知基因型或变异的明确鉴定在排除技...
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整个实验过程中最关键的步骤是RS-PCR中DNA过量时(>30 ng 纯DNA/反应)2。通常情况下,若电泳图谱中所有峰的起始和终止均位于基线位置,则分辨率最佳。如果两个峰过于接近,则会导致分辨率不完全。在此情况下,生物分析仪软件可能会错误识别峰,因此需要进行人工识别。
所有可见分离且相关的以 bp 或 FU 表示的峰均被纳入进一步分析。RS-PCR 中模板 DNA 过多会导致峰变宽,从而引起峰重叠和峰分辨率下降。此外,迁移速度变慢会导致峰大小被错误地增高,使得无法准确推断基因型。最后,无关峰的数量也会增加。对于含有超过 3 个峰的图谱,荧光强度最高的峰通常不应超过 150 FU。
如所述,基于RS-PCR的基因分型受限于需要投入专用仪器,并且必须使用免费的Mahal软件。实际上,该方法需要标准PCR仪和生物分析仪。前者目前价格相对低廉,而后者则较为昂贵。即使使用高分辨率琼脂糖,基于琼脂糖的电泳分辨率仍不足够。在此条件下,仅能区分GTB、GTC以及所有其他基因型。然而,使用MED试剂盒或琼脂糖电泳...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢 R. Boss、A. Cosandey、C. Fournier、I. Ivanovic 和 J. Naskova 的出色工作。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 三(羟甲基)氨基甲烷 | Merck | 1.08382.0500 | Mw = 121.14 g/mol |
| Titriplex III | Merck | 1.08418.0250 | Mw = 372.24 g/mol;该物质相当于 Na2EDTA·2H2O |
| 盐酸,5 mol/L | Merck | 1.09911.0001 | |
| 哥伦比亚琼脂 + 5% 羊血 | bioMérieux | 43049 | |
| Agilent DNA7500 试剂盒 | Agilent Technologies | 5067-1504 | |
| Agilent 2100 生物分析仪 | Agilent Technologies | G2940CA | |
| Agilent 2100 Expert 软件 | Agilent Technologies | ||
| HotStarTaq 预混液 | Qiagen | 203445 | |
| 引物 L1 | Mycrosinth | 5'CAA GGC ATC CAC CGT3' | |
| 引物 G1 | Mycrosinth | 5'GAA GTC GTA ACA AGG3' |
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