Este protocolo presenta un enfoque basado en qRT-PCR para determinar el número de copia genética de nucleoproteína (N) del virus de la rabia dentro de varias estructuras anatómicas cerebrales bovinas utilizando transcripción in vitro.
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Artículo de método
Este protocolo presenta un enfoque basado en qRT-PCR para determinar el número de copia genética de nucleoproteína (N) del virus de la rabia dentro de varias estructuras anatómicas cerebrales bovinas utilizando transcripción in vitro.
La rabia paralítica bovina (BPR) es una forma de encefalitis viral que tiene una importancia económica sustancial en toda América Latina, donde representa un riesgo zoonótico importante. Aquí, nuestro objetivo era utilizar un protocolo de laboratorio para determinar el número de copia relativa del genoma del virus de la rabia (RABV) en diferentes estructuras anatómicas cerebrales bovinas utilizando la reacción cuantitativa en cadena de transcripción inversa en tiempo real (qRT-PCR). qRT-PCR cuantifica el número específico de copias genéticas presentes en una muestra basada en la fluorescencia emitida después de la amplificación que es directamente proporcional a la cantidad de ácido nucleico objetivo presente en la muestra. Este método es ventajoso debido a su corta duración, menor riesgo de contaminación y potencial para detectar ácidos nucleicos virales en diferentes muestras más fácilmente en comparación con otras técnicas. Los cerebros de seis animales rabiosos se dividieron en seis estructuras anatómicas, a saber, el cuerno, el cerebelo, la corteza, la medulla, los pons y el tálamo del Ammón. Todos los cerebros fueron identificados como positivos para los antígenos RABV basados en una prueba directa de inmunofluorescencia. También se evaluaron las mismas estructuras anatómicas del cerebro de cuatro bovinos negativos de RABV. El ARN se extrajo de cada estructura y se utilizó para qRT-PCR. Se realizó un ensayo para determinar el número de copias de genes RABV utilizando un gen de nucleoproteína transcrita in vitro. La curva estándar utilizada para cuantificar el ARN viral mostró una eficiencia del 100% y linealidad de 0,99. El análisis reveló que la corteza, la medulla y el tálamo eran las porciones ideales del SNC para su uso en la detección rabv, basándose en la observación de que estas estructuras poseían los niveles más altos de RABV. La especificidad de la prueba fue del 100%. Todas las muestras fueron positivas, no se detectaron falsos positivos. Este método se puede utilizar para detectar RABV en muestras que contienen bajos niveles de RABV durante el diagnóstico de BPR.
La rabia puede ser confirmada ante mortem y post mortem por diversas técnicas que permiten la detección de ácidos nucleicos virales en el cerebro, la piel, la orina o la saliva1. La detección del gen de la nucleoproteína del virus de la rabia(N)se utiliza principalmente para el diagnóstico de rabia mediante pruebas moleculares. Este gen también se utiliza para el genotipado viral. La rabia se puede diagnosticar en animales utilizando cualquier porción del cerebro afectado; sin embargo, para excluir la posibilidad de rabia, tejido de al menos dos regiones en el cerebro debe ser probado2. Existen varios métodos de diagnóstico para la detección de la rabia en animales; sin embargo, la prueba directa de inmunofluorescencia sigue siendo la técnica de referencia estándar3. Otras pruebas incluyen pruebas biológicas que incorporan inoculación del ratón, infección en el cultivo de tejidos y reacción en cadena de la polimerasa (PCR)4. Todas estas técnicas son recomendadas por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Organización Mundial de Sanidad Animal (OIE) para el diagnóstico de rabia en humanos y animales, respectivamente5.
Las técnicas de detección y amplificación de ácidos nucleicos han revolucionado el diagnóstico de la rabia en los últimos años6 y estas técnicas desempeñan un papel importante en el diagnóstico ante mortem de la rabia humana. Se han evaluado varias pruebas basadas en PCR para complementar las pruebas convencionales para diagnósticos de rabia ante mortem y post mortem 7,8,9,10. La mayoría de los ensayos apuntan al gen de la nucleoproteína viral de la rabia para la amplificación, que es la región más conservada en el genoma viral1,11. En los últimos 20 años, se han desarrollado varios ensayos moleculares para diagnosticar rabv, y algunos de estos ensayos se han utilizado para la caracterización del virus. La mayoría de los ensayos tienen como objetivo detectar genes conservados dentro del genoma viral, más comúnmente mediante el uso de ensayos convencionales o cuantitativos de reacción en cadena de polimerasa en tiempo real (qRT-PCR)12,13.
La PCR es una técnica diagnóstica altamente sensible que puede detectar el genoma de un patógeno dado dentro de los tejidos, incluso cuando estos tejidos están descompuestos. Utilizando enfoques basados en PCR, se pueden detectar cantidades mínimas de un agente infeccioso en una muestra clínica a través de la amplificación selectiva y repetitiva de una secuencia de nucleótidos de ADN14. qRT-PCR que incorpora sondas fluorescentes (por ejemplo, TaqMan) o tintes de unión al ADN (por ejemplo, SYBR Green) se ha utilizado en ensayos para diagnosticar RABV tanto ante- como post- mortem con alta sensibilidad; sin embargo, este enfoque requiere equipo especializado. Para superar esta limitación, se ha sugerido la amplificación isotérmica mediada por bucle de transcripción inversa (RT-LAMP), basada en su bajo costo, simplicidad y características deseables para la detección de RABV. Este ensayo es particularmente importante, ya que puede utilizarse en los países en desarrollo15.
qRT-PCR se basa en la detección y cuantificación de una molécula, donde los aumentos de señal fluorescente son en proporción directa a la cantidad de producto PCR en una sola reacción. A medida que aumenta el número de copias del objetivo de ácido nucleico, también lo hace la fluorescencia. Los tintes intercalantes no específicos, como el tinte de unión al ADN verde SYBR o las sondas de oligonucleótido específicas de la secuencia que transportan un fluoróforo y un quencher, se utilizan comúnmente para proporcionar la lectura fluorescente en qRT-PCR. Este ensayo ofrece ventajas sobre rt-PCR convencionales que incluyen un tiempo de prueba más corto (2-4 h), menor riesgo de contaminación debido al sistema de tubo cerrado (falta de manipulación post-PCR de productos amplificados), y la capacidad de detectar diferentes objetivos simultáneamente16. qRT-PCR se puede utilizar para diagnosticar la rabia ante mortem a partir de saliva y otras muestras. Este ensayo también se puede utilizar como una prueba universal en tiempo real para la detección de diferentes especies de Lyssavirus o linajes de RABV15. En este enfoque rt-pcr combinado, se utilizan dos reacciones. El primero detecta diferentes linajes genéticos de RABV, y el segundo detecta la especie Lyssavirus. Ambos pasos implican ensayos qRT-PCR, donde el primero utiliza sondas de hibridación y el segundo utiliza tintes15. Debido al gran número de pruebas que han demostrado una detección molecular exitosa de RABV utilizando esta técnica, el actual Manual Terrestre de la OIE (2018) recomienda el uso de PCR para la detección molecular de RABV17.
México es un país con un considerable potencial ganadero. Los estados con mayor producción ganadera contienen regiones tropicales húmedas y regiones secas que están en riesgo de brotes de rabia debido a la presencia del murciélago vampiro Desmodus rotundus, el principal transmisor de la rabia. Por lo tanto, es esencial desarrollar más herramientas para la prevención y control de la rabia paralítica bovina (BPR) en México. Basándose en esto, el objetivo de este estudio era utilizar qRT-PCR cuantitativo para determinar el número de partículas virales en diferentes estructuras anatómicas de cerebros bovinos después de la muerte debido a la infección por rabia.
Seis cerebros obtenidos de bovinos positivos de RABV fueron donados por un laboratorio externo para su uso en el desarrollo del protocolo qRT-PCR descrito a continuación. Las muestras de estructura cerebral bovina fueron transportadas en cadena fría a la instalación BSL-2 del laboratorio CENID-MA del INIFAP y almacenadas a -80 °C hasta su uso. Los cerebros fueron obtenidos de animales de los estados de Campeche, Yucatán y Querétaro. Antes del recibo, varias estructuras fueron diseccionadas del cerebro. Estas estructuras incluían el cuerno del Ammón, cerebelo, corteza, medulla, pons y tálamo18,19. El material genético fue extraído como se describe a continuación. Se confirmó el diagnóstico de RABV utilizando anticuerpos fluorescentes directos (DFA)20. Como control positivo, se utilizaron cerebros de ratón que fueron inoculados con RABV21. Además, se utilizaron cuatro cerebros de ganado negativos de RABV (según lo determinado por DFA) como controles negativos.
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Este estudio fue aprobado y realizado de acuerdo con las recomendaciones para el uso de animales proporcionadas por el Comité Institucional de Cuidado y Uso Animal (IACUC) del Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Microbiología Animal (CENID-MA).
1. Muestras
2. Anticuerpos fluorescentes directos (ADF) para confirmar la rabia
NOTA: La detección del antígeno antirrábico por DFA es un método cualitativo para determinar la presencia de la nucleoproteína de la rabia utilizando anticuerpos etiquetados con fluoresceína. La prueba se realizó utilizando el protocolo proporcionado por Dean et al. (1966)20, como se describe a continuación.
3. Generar un control positivo para RT-PCR
4. Extracción de ARN
NOTA: El ARN total se extrajo directamente de cerebros bovinos utilizando un método de extracción orgánica de acuerdo con el siguiente protocolo.
5. síntesis de cDNA y PCR
6. Transcripción in vitro
NOTA: La transcripción in vitro genera ARNM de un gen objetivo. Utilice un par de imprimación que amplíe el gen COMPLETO RABV N y uno que se utilice como control positivo para el ensayo qRT-PCR. Estas imprimaciones están diseñadas para amplificar el gen RABV N completo y para añadir un promotor que reconozca la polimerasa T7 (TAATACGACTCACTATAG).
7. Reacción en cadena de polimerasa de transcripción inversa en tiempo real (qRT-PCR)
8. Curva de calibración o curva estándar
9. qRT-PCR de muestras biológicas
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Los resultados de DFA mostraron positividad del 100%, 100%, 83,3%, 66% y positividad del 50% para RABV en la corteza, tálamo, medulla, pons y cuerno, respectivamente. Estos resultados confirmaron los resultados anteriores, y al menos tres de las estructuras diseccionadas de cada cerebro fueron positivas para RABV. En la Figura 1se muestra una tinción DAF positiva representativa.
La Figura 2 muestra la amplificación de un fragmento del...
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Estudios anteriores han demostrado que DFA sólo puede detectar RABV dentro de los siete días posteriores a la lectura de la muestra a temperatura ambiente (21 °C)14. Por el contrario, este trabajo demostró que la sensibilidad de RT-PCR comienza a disminuir después de que las muestras han estado expuestas a la temperatura ambiente durante 12 días. Por lo tanto, el genoma rabv puede ser detectado por qRT-PCR en muestras expuestas a temperatura ambiente durante un tiempo de hasta 23 días. Esto demues...
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Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas, Forestales y Ganaderas (INIFAP). Agradecemos a Jerzayn Fraustro Esquivel su colaboración en el desarrollo del video asociado a este documento.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Cloroformo | SIGMA | C7559 | Facilita la recuperación de la fase acuosa de las PCR que han sido recubiertas con aceite mineral. |
| ADN Limpio & Concentrador-500 | Zimo | D4031 | El ADN Limpio & El concentrador-500 (DCC-500) está diseñado para la purificación rápida y de gran formato y la concentración de hasta 500 & g de ADN de alta calidad procedente de muestras que incluyen digestiones de endonucleasas de restricción a gran escala y preparaciones de ADN impuro. |
| Etanol | Amresco | 193-500 | Purificación de ácidos nucleicos Kit de sistema de |
| PCR de alta fidelidad FastStart, dNTPack | Roche | 3553400001 | Enzima de alta fidelidad para la amplificación de productos de PCR evitando cambios aleatorios de base |
| GelDoc XR | BioRad | XR+ | Analiza geles de proteínas y ADN de mayor tamaño |
| GelRed | Biotium | 41003 | Se trata de una nueva generación de tinciones en gel de ácidos nucleicos, que poseen nuevas características químicas diseñadas para minimizar la posibilidad de que los tintes interactúen con los ácidos nucleicos de las células vivas. |
| Gradiente del termociclador iCycler | BioRad | 582BR | La temperatura se puede monitorear y controlar mediante el algoritmo del instrumento, la sonda en la muestra o los modos de bloque de muestra |
| Sondas universales iTaq Kit de un solo paso | BioRad | 1725141 | Mezcla de reacción para realizar reacciones de PCR en tiempo real utilizando sondas de hibridación tipo TaqMan |
| Alcohol isopropílico | Amresco | 0918-500 | Precipitación de ácidos nucleicos |
| Kit de extracción de gel QIAquick | Qiagen | 28706 | Los kits QIAquick contienen un conjunto de membrana de sílice para la unión del ADN en tampón con alto contenido de sal y elución con tampón con bajo contenido de sal o agua. El procedimiento de purificación elimina cebadores, nucleótidos, enzimas, aceite mineral, sales, agarosa, bromuro de etidio y otras impurezas de las muestras de ADN |
| M-MLV Transcriptasa inversa | Invitrogen | 28025-021 | La transcriptasa inversa del virus de >la leucemia murina de Moloney (M-MLV RT) utiliza ARN o ADN monocatenario en presencia de un cebador para sintetizar una cadena < ADN complementaria. |
| Espectrofotómetro de microvolumen | NanoDrop 2000 | Thermo-Scientific | ND2000 |
| cebador Oligo(dT)18 | Invitrogen | SO132 | El cebador oligo (dT)18 es un oligonucleótido sintético monocatenario de 18 meros con extremos 5' y 3'-hidroxilo. |
| Kit de sistemas de producción de ARN a gran escala RiboMAX SP6 y T7 | Promega | P1300 | reacciones de transcripción in vitro se utilizan para sintetizar cantidades de microgramos de sondas de ARN a partir de plantillas de ADN recombinante. La mayoría de las reacciones de transcripción diseñadas para generar sondas de ARN están optimizadas para maximizar la incorporación de ribonucleótidos radiomarcados en lugar de producir grandes cantidades de ARN |
| ADN polimerasa Taq | Invitrogen | #EP0402 | La ADN polimerasa Taq es una ADN polimerasa altamente termoestable de la bacteria termófila Thermus aquaticus. La enzima cataliza 5' y 3' síntesis de ADN |
| 15596026 | El reactivo TRIzol | es | un reactivo completo, listo para usar, diseñado para el aislamiento de ARN total de alta calidad o el aislamiento simultáneo de ARN, ADN y proteínas de una variedad de muestras biológicas. |
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