Hier stellen wir ein Protokoll zum gleichzeitigen Nachweis von vier zoonotischen Darmparasiten aus mehreren Quellen vor, das auf einer Kombination aus Polymerase-Kettenreaktion (PCR) basiert, einem integrierten molekularen Nachweissystem.
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Hier stellen wir ein Protokoll zum gleichzeitigen Nachweis von vier zoonotischen Darmparasiten aus mehreren Quellen vor, das auf einer Kombination aus Polymerase-Kettenreaktion (PCR) basiert, einem integrierten molekularen Nachweissystem.
Infektionskrankheiten sind kritische Faktoren, die sich auf die menschliche Gesundheit, die wirtschaftliche Entwicklung und die soziale Stabilität auswirken. Unter ihnen sind zoonotische parasitäre Darmerkrankungen zunehmend in den Fokus der globalen Besorgnis gerückt, da neu auftretende Infektionskrankheiten, insbesondere Cryptosporidium, Enterocytozoon bieneusi, Blastocystis und Giardia. Es wurden nur wenige Studien zur Epidemiologie der oben genannten Parasiten veröffentlicht, begleitet von Themen wie einzelnen Nachweiszielen, niedrigen Nachweisraten und hohen fehlenden Nachweisraten. Ziel dieser Studie ist es, ein integriertes molekulares Nachweissystem zu etablieren, das auf einer Kombination von PCR-Tests zum gleichzeitigen Nachweis der oben genannten vier zoonotischen Darmparasiten in Proben von wilden Mäusen, Haustieren und Nutztieren (Rinder und Schafe) basiert, um eine effiziente technische Unterstützung für den routinemäßigen Parasitennachweis in mehreren Szenarien zu bieten, einschließlich Tier-Umwelt-Schnittstellen insbesondere in lokalen Überwachungseinrichtungen.
In dieser Studie, bei der der Nachweis von Enterocytozoon bieneusi im Kot von 95 Wildmäusen und 30 Katzen und Hunden (25 von Katzen und 5 von Hunden) als primärer Test verwendet wurde, waren die positiven Ergebnisse jeder PCR genau gleich (5,26%), aber die Kombination von 2 Sätzen Polymerase-Kettenreaktion (PCR)-Tests führte zu einer höheren Positivrate (6,32%) für Enterocytozoon bieneusi. Für Giardia wurden 9 positive Proben mit dem Beta-Giardin (BG)-Gen nachgewiesen, während keine positiven Proben mit den Genen Glutamatdehydrogenase (GDH) und Triosephosphat-Isomerase (TPI) nachgewiesen wurden. Die oben genannten Ergebnisse zeigten, dass eine Kombination von PCR-Tests für mehrere genetische Zielsegmente die Nachweiskapazität für bestimmte Krankheitserreger im Vergleich zu jedem einzelnen PCR-Test erhöhte. Die Zielsequenzen wurden durch Sanger-Sequenzierung bestätigt. Dieses System wurde entwickelt, um die Überwachung des Infektionsstatus, der Verteilung und der phylogenetischen Evolution von zoonotischen Darmparasiten aus verschiedenen Quellen zu verbessern und zu erleichtern und eine Grundlage für genaue und empfindliche Warnungen in einem frühen Stadium zu schaffen. Ziel ist es, eine technische Brücke zur Erreichung des One Health-Ziels über die Schnittstellen Mensch-Tier-Umwelt hinweg zu bauen.
Die Cryptosporidium, Enterocytozoon bieneusi, Blastocystis und Giardia sind häufige und leicht zu vernachlässigende Protozoen-Erreger mit weltweiter Prävalenz. In den letzten Jahren ist aufgrund von Faktoren wie der Rückgewinnung und dem Eindringen in die ökologischen Nischen natürlicher Herde, der Popularität der Heimtierzucht und der Entwicklung der Nutztier- und Geflügelzucht die Prävalenz von zoonotischen Darmparasitenkrankheiten aus mehreren Quellen bei Nagetieren, Haustieren (Katzen und Hunden) und Nutztieren (Rinder und Schafe) zunehmend in den Mittelpunkt des Entstehens gerückt. Ausbruch und Wiederauftreten von Infektionskrankheiten in häuslichen und ländlichen Gebieten, die die menschliche Gesundheit und die globale Sicherheit im Bereich der öffentlichen Gesundheit ernsthaft gefährden 1,2,3,4.
Diese Parasiten haben komplexe intragenerische Arten und eine umfangreiche Anpassungsfähigkeit des Wirts. Sie können nicht nur Nagetiere, Haustiere, Wiederkäuer, Geflügel und Vögel infizieren, sondern auch zoonotische Arten, die den Menschen infizieren und klinische Symptome wie Bauchschmerzen, Durchfall und Erbrechen verursachen können. Sie sind besonders anfällig für Kinder, ältere Menschen, schwangere Frauen und immungeschwächte Bevölkerungsgruppen und können durch Wasser, Nahrung und Luft übertragen werden, was ein erhebliches zoonotisches Risiko für die öffentliche Gesundheit darstellt 3,5,6.
Derzeit stützt sich die Identifizierung der oben genannten vier Parasiten hauptsächlich auf die Morphologie, die aufgrund morphologischer Ähnlichkeiten innerhalb der Gattungen und subjektiver Faktoren, insbesondere bei der Unterscheidung zwischen Arten und Genotypen, anfällig für Fehlidentifikationen ist. Molekularbiologische Techniken wurden häufig eingesetzt, um Arten, Gattungen und Genotypen dieser Parasiten zu identifizieren. Bei Blastocystis und Cryptosporidium konzentriert sich der Nachweis hauptsächlich auf das kleine ribosomale Ribonukleinsäure-Gen (SSU rRNA) 3,7,8; für Enterocytozoon bieneusi das interne transkribierte Spacer-Gen (ITS) 4,9; und für Giardia die Gene Beta-Giardin (BG), Glutamatdehydrogenase (GDH) und Triosephosphat-Isomerase (TPI)10,11. Obwohl die verschachtelte konventionelle Polymerase-Kettenreaktion (PCR) die Identifizierungs- und Typisierungsfähigkeiten dieser vier Parasiten erheblich verbessert hat, reicht sie nicht aus, um übersehene Fälle zu erkennen und neue Spezies oder Quasispezies mit signifikanten genetischen Merkmalen zu identifizieren. Dies wirkt sich häufig auf die Effizienz der epidemiologischen Untersuchung, Übertragung und Krankheitsbekämpfung bei Menschen, Tieren und anderen Wirten aus und stellt große Herausforderungen für die Sicherheit der öffentlichen Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt dar.
Aufgrund der Ähnlichkeiten in den Symptomen, Übertragungswegen und dem Wirtsspektrum dieser vier Parasiten gibt es bisher kein integriertes molekulares System für einen effizienten Nachweis, bei dem ein fehlender Nachweis vermieden und neue Arten oder Quasiarten mit signifikanten genetischen Unterschieden genau identifiziert werden können. Diese Studie etablierte ein ausgereiftes integriertes molekulares Nachweissystem auf der Grundlage der PCR-Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie durch Durchsicht der Literatur für den gleichzeitigen Nachweis der vier zoonotischen Darmparasiten in Proben mit mehreren Quellen (wilde Mäuse, Haustiere, Rinder und Schafe). In Kombination mit bioinformatischer Analyse wurde dieses System eingesetzt, um zoonotische Darmparasiten aus mehreren Quellen zu identifizieren, epidemiologische Faktoren wie Infektionsverteilung und phylogenetische Evolution zu überwachen und frühzeitig vor Infektionen bei Mensch und Tier sowie Umweltkontaminationen zu warnen.
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Die Studie wurde von der Tierethikkommission des Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention genehmigt und durchgeführt. Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit der Ausgabe 2020 der American Veterinary Medical Association Guidelines on Animal Euthanasia, den Leitprinzipien der Vorschriften über die Verabreichung von Versuchstieren (Verordnung Nr. 2 der Staatlichen Wissenschafts- und Technologiekommission der Volksrepublik China, 1988) und den Leitprinzipien für die humane Behandlung von Tieren, die vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie der Volksrepublik China herausgegeben wurden, durchgeführt.
1. Aufbereitung von frischem Kot von Wildmäusen, Haustieren und Nutztieren (Rinder und Schafe)
2. Extraktion der Gesamt-DNA aus frischem Kot von wildlebenden Mäusen, Haustieren und Nutztieren (Rinder und Schafe)
3. Verschachtelter konventioneller PCR-Nachweis von Cryptosporidium und Blastocystis , der auf ribosomale RNA kleiner Untereinheiten (SSU rRNA) abzielt
HINWEIS: Für diesen Schritt wurde Dream Taq Green PCR Mix verwendet.
| Pathogen | Erwartete Produktgröße (bp) | Primer-Sequenzen (5′-3′) | Referenzen | ||
| Kryptosporidium | 830 | Formel 1: CCATTTCCTTCGAAACAGGA | 1 | ||
| R1: TTCTAGAGCTAATACATGCG | |||||
| F2: AAGGAGTAAGGAACAACCTCCA | |||||
| R2: GGAAGGGTTGTATTTATTAGATAAAG | |||||
| 607 | F-1: GACATATCATTCAAGTTTCTGACC | 8,11 | |||
| R1-1: CTGAAGGAGTAAGGAACAACC | |||||
| R2-1: TCTAAGAATTTCACCTCTGACTG | |||||
| Blastocystis | 600 | F1: GGGATCCTGATCCTTCCGCAGGTTCACCTAC | 3 | ||
| R1: GGAAGC TTATCTGGTTGATCCTGCCAGTA | |||||
| F2: ATCTGGTTGATCCTGCCAGT | |||||
| R2: GAGCTTTTTAACTGCAACAACG | |||||
| 460 | F1-1: TGCTTTCGCACTTGTTCATC | 3,12 | |||
| F2-1: GATTTATTGTCACTACCTCC | |||||
| R-1: ATCTGGTTGATCCTGCCAGT | |||||
Tabelle 1: Primersequenzen für SSU rRNA von Cryptosporidium und Blastocystis.
4. Verschachtelter konventioneller PCR-Nachweis des ITS-Gens von Enterocytozoon bieneusi und der Gene Giardia BG, GDH und TPI
HINWEIS: Für diesen Schritt wurde Dream Taq Green PCR Mix verwendet.
| Pathogen | Erwartete Produktgröße (bp) | Primer-Sequenzen (5′-3′) | Referenzen | ||
| Enterocytozoon bieneusi | 390 | F1: GGTCATAGGGATGAAGAG | 9 | ||
| R1: TTCGAGTTCTTTCGCGCCTC | |||||
| F2: GCTCTGAATATCTATGGCT | |||||
| R2: ATCGCCGACGGATCCAAGTG | |||||
| 390 | F1-1: GATGGTCATAGGGATGAAGAGCTT | 2 | |||
| R1-1: TATGCTTAAGTCCAGGGAG | |||||
| F2-1: AGGGATGAAGAGCTTCGGCTCTG | |||||
| R2-1: AGTGATCCTGTATTAGGGATATT | |||||
| Giardia | 511 | BG-F1: AAGCCCGACGACCTCACCCGCAGTGC | 2,10 | ||
| BG-R1: GAGGCCGCCCTGGATCTTCGAGACGAC | |||||
| BG-F2: GAACGAACGAGATCGAGGTCCG | |||||
| BG-R2: CTCGACGAGCTTCGTGTT | |||||
| 530 | GDH-F1: TTCCGTRTYCAGTACAACTC | 2,10 | |||
| GDH-R1: ACCTCGTTCTGRGTGGCGCA | |||||
| GDH-F2: ATGACYGAGCTYCAGAGGCACGT | |||||
| GDH-R2: GTGGCGCARGGCATGATGCA | |||||
| 530 | TPI-F1: AAATIATGCCTGCTCGTCG | 2,10 | |||
| TPI-R1: CAAACCTTITCCGCAAACC | |||||
| TPI-F2: CCCTTCATCGGIGGTAACTT | |||||
| TPI-R2: GTGGCCACCACICCCGTGCC | |||||
Tabelle 2: Primersequenzen für das ITS-Gen Enterocytozoon bieneusi und die Gene Giardia BG, GDH und TPI.
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PCR-Testergebnisse für Mäuse Cryptosporidium, Blastocystis SSU rRNA-Gen, Enterocytozoon bieneusi ITS-Gen und Giardia BG-Gen
Alle 95 rektalen Stuhlproben von Mäusen wurden mit zwei Primersätzen auf das ITS-Gen von Enterocytozoon bieneusi getestet, was zu 5 positiven Proben für jede Methode führte, was zu insgesamt 6 positive...
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Cryptosporidium, Enterocytozoon bieneusi, Blastocystis und Giardia sind häufige zoonotische Darmparasiten; Die ersten beiden werden von den US-amerikanischen National Institutes of Health (NIH) als biologische Krankheitserreger der Kategorie B eingestuft, und alle vier werden von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als 24 der wichtigsten durch Lebensmittel übertragenen Parasiten weltweit aufgeführt. Sie können potenziell Menschen und Tiere infizieren...
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Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Diese Studie wurde von der Gesundheitskommission der Provinz Jiangsu (Zuschuss-Nr. Ym2023024), Yancheng Municipal Medical Research Project (Förder-Nr. YK2023085) und dem Open Fund des Key Laboratory of Pathogenic Microbiology for Emerging and Re-emerging Infectious Diseases (Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention) (PM202402).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Agarose | Qingke Tech | TSJ001 | |
| Qiaquick Gel-Extraktionsset | Qiagen | 28704 | DNA-Gel-Extraktionsset |
| 100 bp Plus DNA-Leiter | TransGen Biotech | BM311 | DNA-Leiter |
| 4S Green Plus Nukleinsäure-Färbung | BBI | A616696-0500 | DNA-Färbung |
| 10&Times; TBE-Puffer | Solarbio | T1051 | Elektrophoreisispuffer |
| Qubit 4.0 | Thermo | https://www.thermofisher.com/in/en/home /industrielle/spektroskopie-elementar -Isotopenanalyse/molekulare Spektroskopie/ fluorometers/qubit/models/qubit-4.html? ef_id=:G:s& s_kwcid=AL!3652!10!77515 785702067!!!! 77516061528018!! 380468 453!1240249321530142& cid=bid_pca_ aqb_r01_co_cp1359_pjt0000_bid 00000_0se_bng_bt_pur_con | Fluoreszenzquantitatives Instrument |
| MINI Space 1000 | Tanon | http://en.biotanon.com/PRODUCT/ PRODUCTLIST?ID=3040& TYPE=DETAIL | Gel-Bildgeber |
| Fast DNA Stool Mini Kit zur DNA-Extraktion | QIAGEN | 51604 | Nukleinsäureextraktions-Set |
| ProFlex-Basis | Thermo | https://www.thermofisher.com/ in/en/home/life-science/pcr/ thermal-cyclers-realtime- instruments/thermal-cyclers /proflex-pcr-system.html | PCR |
| Dream Taq Green PCR Mix | Thermo | K1082 | PCR-Amplifikation |
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