我们提供了两种基于探针的自主研发一步法RT-qPCR试剂盒,用于检测常见呼吸道病毒。第一种检测方法针对SARS-CoV-2(N基因)、甲型流感病毒(H1N1和H3N2)以及乙型流感病毒。第二种检测方法针对SARS-CoV-2(N基因)和中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV,靶标为UpE和ORF1a)。这些检测方法可在任何专业实验室中成功实施。
方法文章
我们提供了两种基于探针的自主研发一步法RT-qPCR试剂盒,用于检测常见呼吸道病毒。第一种检测方法针对SARS-CoV-2(N基因)、甲型流感病毒(H1N1和H3N2)以及乙型流感病毒。第二种检测方法针对SARS-CoV-2(N基因)和中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV,靶标为UpE和ORF1a)。这些检测方法可在任何专业实验室中成功实施。
导致2019冠状病毒病(COVID-19)的严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)对公众健康构成严重威胁。在流感季节,SARS-CoV-2与其他呼吸道病毒的传播可能导致大范围的呼吸系统疾病负担,难以有效管理。因此,在即将到来的秋冬季,需对SARS-CoV-2、甲型流感病毒、乙型流感病毒以及中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)等呼吸道病毒进行严密监测,尤其是SARS-CoV-2、甲型流感病毒和乙型流感病毒,它们在易感人群、传播途径和临床综合征等方面具有相似的流行病学特征。由于这些病毒之间存在相似性,在缺乏靶向特异性检测方法的情况下,区分其感染病例可能具有挑战性。因此,一种灵敏且具有靶向性的多重检测方法,若能简便地区分这些病毒靶标,将对临床医疗工作者具有重要价值。在本研究中,我们开发了一种基于实时逆转录PCR的检测方法,利用自主研发的R3T一步法RT-qPCR试剂盒,可同时检测SARS-CoV-2、甲型流感病毒、乙型流感病毒以及SARS-CoV-2、MERS-CoV。使用低至10拷贝的合成RNA,我们能够以100%的特异性成功同时识别SARS-CoV-2、甲型流感病毒、乙型流感病毒和MERS-CoV的靶标。该检测方法被证实准确、可靠、简便、灵敏且特异性强。所建立的方法可作为优化的SARS-CoV-2、甲型流感病毒、乙型流感病毒以及SARS-CoV-2、MERS-CoV诊断检测手段,广泛应用于医院、医疗中心、诊断实验室以及科研领域。
新型冠状病毒病2019(COVID-19)的全球大流行是由一种名为严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)的新型冠状病毒引起的1。由于SAR-CoV-2具有高度传染性和快速传播能力,COVID-19疫情最初在中国武汉市暴发,并迅速蔓延至全球。这最终导致患者出现呼吸窘迫症状,甚至死亡2,3,4。已有超过213个国家宣布进入COVID-19大流行状态,确诊病例数量预计将急剧上升,多项研究发表的论文已证实了这一趋势3,5。COVID-19主要通过感染者释放到环境中的微小呼吸道飞沫传播,易感人群通过吸入或密切接触被污染的表面而暴露于病毒。当这些飞沫接触到眼睛、口腔或鼻腔的黏膜时,个体可能被感染6。世界卫生组织(WHO)发布的统计数据显示,全球范围内已有超过7600万例确诊病例,死亡人数高达700万7。因此,联合国将由COVID-19疾病引发的大流行归类为灾难,因其直接影响全球数十亿人的生命,并带来了深远的经济、环境和社会影响。
包括全面检测、早期发现、接触者追踪和病例隔离在内的公共卫生措施已被证明对于控制此次大流行至关重要8,9,10,11。冬季将加剧其他呼吸道病毒(如甲型和乙型流感病毒)的传播,这些病毒具有与 COVID-19 相似的症状,使得早期识别、追踪和隔离 COVID-19 病例变得更加困难。每年,甲型和乙型流感疫情通常在深秋或初冬开始,具有可预测的季节性特征12。SARS-CoV-2 与流感病毒在多种流行病学特征上存在共性。此外,两者在易感人群方面也具有相似性,包括儿童、老年人、免疫功能低下者以及患有哮喘、慢性阻塞性肺疾病、心力衰竭、肾功能衰竭或糖尿病等慢性合并症的个体12,13。这些病毒不仅共享易感人群,还具有相似的传播途径,包括接触传播和呼吸道飞沫传播14。随着流感季节的临近,预计患者可能同时感染多种呼吸道病毒14。因此,在对患者实施隔离前,应对 SARS-CoV-2 和流感病毒进行筛查。由于全球范围内核酸提取和诊断资源的短缺,无法对三种病毒(SARS-CoV-2、甲型流感病毒和乙型流感病毒)分别进行独立检测。为实现在单次反应中同时筛查所有病毒,亟需开发一种能够联合检测的方法或检测试剂。
中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)是人类冠状病毒(CoV)家族的一员。首批MERS-CoV病毒分离株来自一名于2012年9月因急性呼吸系统问题在沙特阿拉伯住院并死亡的患者。15有证据表明,单峰骆驼是MERS-CoV的重要储存宿主。已证实来自感染单峰骆驼的病毒具有人畜共患性,因此能够感染人类。16,17感染该病毒的人类可通过密切接触将病毒传播给他人18截至1月26日th, 截至2018年,全球共报告2143例经实验室确诊的MERS-CoV感染病例,其中包括750例死亡19最常见的MERS-CoV症状包括咳嗽、发热和呼吸急促。已有报道称MERS-CoV感染还可出现肺炎、腹泻及胃肠道疾病症状。20目前尚无针对MERS-CoV的商业化疫苗或特异性治疗手段。因此,及时而准确的诊断对于防止MERS-CoV的大范围暴发以及将其与SARS-CoV-2所致疾病相鉴别至关重要。
迄今为止,已提出多种方法用于检测这些病毒,例如多重RT-PCR21,22,23,24,25、CRISPR/Cas1226,27、CRISPR/Cas928、CRISPR/Cas329、侧向流动免疫分析30、基于纸张的生物分子传感器31、一步法SHERLOCK检测32、DNA适配体33、环介导等温扩增(LAMP)19,34等。上述每种方法在灵敏度和特异性方面均有其独特的优势与局限性。在这些方法中,基于核酸扩增的检测方法——多重qRT-PCR——最为常用,被公认为诊断SARS-CoV-2、甲型流感病毒、乙型流感病毒和MERS-CoV的金标准。
本研究中,我们设计并评估了多种引物组合和探针,利用标准 Twist 合成病毒 RNA,实现对 SARS-CoV-2、甲型流感病毒、乙型流感病毒以及 SARS-CoV-2 和 MERS-CoV 的高效、准确且同步检测。针对 MERS-CoV 或 SARS-CoV-2 目标基因开发的多重检测方法,其基因靶标均依据世界卫生组织(WHO)的推荐。这些基因通常编码参与复制/转录复合体(RTC)形成的蛋白质及复合物35,例如用于 MERS-CoV 检测的开放阅读框 1a(ORF1a)区域。此外,诊断检测中所用基因还编码结构蛋白,如用于 MERS-CoV 检测的包膜蛋白基因上游区域(upE)以及用于 SARS-CoV-2 检测的核衣壳蛋白基因(N)35,36。我们采用自主研发的 R3T 一步法 RT-qPCR 试剂盒建立 RT-qPCR 检测方法以检测病毒37。通过标准 Twist 合成 RNA 的 10 倍系列稀释液,对 R3T 一步法 RT-qPCR 试剂盒及其引物组的病毒检测能力、灵敏度、特异性和动态范围进行了测试与评估。最低可检测限约为每反应 10 个转录本拷贝。结果表明,自主研发的 R3T 一步法 RT-qPCR 试剂盒及引物/探针组可成功用于 SARS-CoV-2、甲型流感病毒、乙型流感病毒以及 SARS-CoV-2 和 MERS-CoV 的常规同步诊断。
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1. Taq 聚合酶的表达与纯化
2. 昆虫细胞表达系统中MMLV-RT的表达与纯化
3. 自制多重R3T一步法RT-qPCR试剂盒组分的制备
4. 实验室自建的多重 SARS-CoV-2、甲型流感、乙型流感以及 SARS-CoV-2、MERS-CoV 一步法 RT-qPCR 检测
注意:对工作台表面进行消毒,并使用96孔板模板规划PCR板布局。
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近年来,利用PCR技术检测常见呼吸道病毒的诊断方法已取得显著进展21,22,23,24,25。然而,尽管已有这些进展,可在单次检测中同时识别多种病毒的多重检测方法尚未得到广泛应用,尤其是在RT-qPCR平台上。该方法已通过使用合成RNA病毒及对反应组分进行实验室内部优化而成功实现37。通过检测限分析,该诊断检测方法的特异性、灵敏度和可靠性均被评估为较高。本研究所提出的方法可显著提高呼吸道病毒诊断的效率与准确性,减少对多次检测的需求,并降低误诊风险43。未来仍需进一步研究,利用患者样本深入探索该方法的优势,并推动其在临床实践中的应用。
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由于SARS-CoV-2、甲型/乙型流感病毒和MERS-CoV变异株等常见呼吸道病毒的广泛传播,导致全球范围内感染率和死亡率居高不下,给医疗保健系统带来了沉重的经济负担12,19,20。出于减轻这一负担的责任感,我们认识到迫切需要一种快速、精确且易于获取的诊断检测方法,例如RT-qPCR,能够在一次检测中区分这些常见病毒。 得益于qRT-PCR的多重检测特性,能够实现对SARS-CoV-2与其他呼吸道病毒(如甲型/乙型流感病毒和MERS-CoV)的鉴别诊断。最终,通过本研究建立的这种多重检测方法,可实现对患者的更优且更精准的治疗46。综上所述,本研究介绍了一种自主研发的一步法多重RT-qPCR检测技术,可针对两种不同的病毒组合进行检测。每种组合均包含三种不同的呼吸道病毒,旨在控制此类传染性病毒的传播,并减轻医疗系统的经济负担。
本多重RT-...
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
这项工作由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的核心资金以及授予 S.M.H. 的国家重大挑战计划(NTGC)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.45 μm 滤膜杯 | Thermo Scientific | 291-4545 | |
| 10X Tris-甘氨酸 SDS 电泳缓冲液 | Novex | LC2675 | |
| 6 孔细胞培养板 | Corning | 353046 | |
| 硫酸铵 | Fisher Scientific | A701-3 | |
| 氨苄青霉素 | Corning | 61-238-RH | |
| 阳离子交换柱(HiTrap SP HP)5 mL | Cytiva | 17-1152-01 | |
| D-(+)-生物素,98+% | Thermo Scientific | A14207.60 | |
| DH10Bac 感受态细胞 | Fisher Scientific | 10361012 | |
| 透析袋(Snakeskin,10,000 分子量截留) | Thermo Scientific | 68100 | |
| 二硫苏糖醇(DTT) | Thermo Scientific | R0862 | |
| 无 DNase/RNase 蒸馏水 | Ambion | AM9930 | |
| dNTPs | Thermo Scientific | R0192 | |
| E. coli BL21(DE3) 感受态细胞 | Invitrogen | C600003 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120-1 | |
| 洗脱缓冲液 | Qiagen | 19086 | |
| ESF 921 昆虫细胞培养基(昆虫细胞培养液) | Expression Systems | 96-001-01 | |
| FBS 溶液 | Gibco | A38400-01 | |
| Fugene(转染试剂) | Promega | E2311 | |
| 庆大霉素 | Fisher Scientific | 15750060 | |
| 甘油 | Sigma Aldrich | G5516-500 | |
| IGEPAL CA-630 | Sigma Aldrich | I8896-100ml | |
| 咪唑 | Sigma Aldrich | 56750-1Kg | |
| 甲型流感病毒(H1N1)合成 RNA | Twist Bioscience | 103001 | |
| 甲型流感病毒(H3N2) 合成 RNA | Twist Bioscience | 103002 | |
| 乙型流感病毒合成 RNA | Twist Bioscience | 103003 | |
| IPTG | Gold Biotechnology | I3481C100 | |
| 卡那霉素 | Gibco | 11815-032 | |
| LB 琼脂 | Fisher Scientific | BP1425-500 | |
| LB 肉汤培养基 | Fisher Scientific | BP1426-500 | |
| 溶菌酶 | Sigma Aldrich | L6876-10G | |
| 氯化镁 | Sigma Aldrich | 13152-1Kg | |
| MERS-CoV 合成 RNA | Twist Bioscience | 103015 | |
| MicroAmp 快速光学 96 孔反应板(带条形码,0.1 mL) | Applied Biosystems | 10310855 | |
| Mini-PROTEAN TGX 预制胶 | Bio-Rad | 456-1093 | |
| 质粒小提试剂盒 | Qiagen | 27106 | |
| Ni-NTA Excel(HisTrap Excel)5 mL | Cytiva | 17-3712-06 | |
| Ni-NTA HP(HisTrap HP)5 mL | Cytiva | 17-5248-02 | |
| 光学粘合盖片(PCR 兼容,无 DNA/RNase/PCR 抑制剂) | Applied Biosystems | 4311971 | |
| 氯化钾 | Fisher Bioreagents | BP366-1 | |
| 引物和探针 | Integrated DNA Technologies, Inc. | ||
| 蛋白酶抑制剂小片剂(无 EDTA) | Thermo Scientific | A32955 | |
| 蛋白分子量标记 | Fermentas | 26616 | |
| RT-qPCR 仪(QuantStudio 7 Flex) | Applied Biosystems | ||
| S.O.C. 培养基 | Fisher Scientific | 15544034 | |
| SARS-CoV-+A2:C442 合成 RNA | Twist Bioscience | 102024 | |
| Sf9 昆虫细胞 | Gibco | A35243 | |
| 氯化钠 | Sigma Aldrich | S3014-1Kg | |
| StrepTrap XT 5 mL | Cytiva | 29401323 | |
| 四环素 | IBI Scientific | IB02200 | |
| Tris 碱(分子生物学级) | Promega | H5135 | |
| Tris-HCl | Affymetrix | 22676 | |
| Tween 20 | Sigma Aldrich | P1379-100ml | |
| X-Gal | Invitrogen | B1690 |
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