לפטוספירוזיס בבני אדם מקורו בעיקר במקורות סביבתיים 1,2. נוכחותה של לפטוספירה באגמים, נהרות ונחלים היא אינדיקטור להעברת לפטוספירוזיס בקרב חיות בר, וחיות בית וייצור שעלולות בסופו של דבר לבוא במגע עם גופי מים אלה 1,3,4. יתר על כן, לפטוספירה זוהתה במקורות לא טבעיים, כולל ביוב, עומדים ומי ברז 5,6.
לפטוספירה הוא חיידקמופץ ברחבי העולם 7,8, ותפקיד הסביבה בשימורו ובהעברתו מוכר היטב. לפטוספירה יכולה לשרוד במי שתייה תחת pH משתנה ומינרלים9, ובמקווי מים טבעיים1. הוא יכול לשרוד גם תקופות ארוכות במים מזוקקים10, ותחת pH קבוע (7.8), הוא עשוי לשרוד עד 152 ימים11. יתר על כן, לפטוספירה עשויה לקיים אינטראקציה בקונסורציום חיידקים כדי לשרוד בתנאים קשים12,13. זה עשוי להיות חלק biofilms במים מתוקים עם Azospirillum ו Sphingomonas והוא אפילו מסוגל לגדול ולסבול טמפרטורות מעל 49 °C (75 °F)14,15. הוא יכול גם להתרבות בקרקע ספוגה במים ולהישאר בר קיימא עד 379 ימים16, תוך שמירה על יכולתו לגרום למחלה למשך שנה17,18. עם זאת, מעט ידוע על האקולוגיה בתוך גופי מים וכיצד היא מופצת בתוכם.
מאז גילויו, המחקר של הסוג Leptospira התבסס על בדיקות סרולוגיות. זה לא היה עד המאה הנוכחית כי טכניקות מולקולריות הפך נפוץ יותר במחקר של spirochaete זה. כתם הנקודה כמעט ולא שימש לזיהויו באמצעות (1) בדיקה איזוטופית המבוססת על rRNA 16S ועל רצף בין-פשוט חוזר (ISSR)19,20, (2) כבדיקה חיסונית מבוססת ננו-זהב עבור לפטוספירוזיס אנושי המיושמת על שתן21, או (3) כבדיקה מבוססת נוגדנים לדגימות שתן של בקר22. הטכניקה יצאה מכלל שימוש מכיוון שהתבססה במקור על בדיקות איזוטופיות. עם זאת, זוהי טכניקה ידועה, יחד עם PCR, מניב תוצאות משופרות, וזה נחשב בטוח בשל השימוש של בדיקות לא איזוטופיות. PCR ממלא תפקיד מכריע בהעשרת ה- DNA של לפטוספירה על ידי הגברת מקטע DNA ספציפי שעשוי להימצא בכמויות זעירות בדגימה. במהלך כל מחזור PCR, כמות מקטע הדנ"א הממוקד מוכפלת בתגובה. בסוף התגובה, האמפליקון הוכפל פי יותר ממיליון23. המוצר המוגבר על ידי PCR, לעתים קרובות לא נראה באלקטרופורזה אגרוז, הופך גלוי באמצעות הכלאה ספציפית עם בדיקה מסומנת DIG בכתם נקודה 24,25,26.
טכניקת כתם הנקודה פשוטה, חזקה ומתאימה לדגימות רבות, מה שהופך אותה לנגישה למעבדות עם משאבים מוגבלים. הוא שימש במגוון מחקרי חיידקים, כולל (1) חיידקים אוראליים27, (2) סוגי דגימות אחרים כגון מזון וצואה28, ו-(3) זיהוי חיידקים בלתי ניתנים לגידול29, לעתים קרובות בהסכמה עם טכניקות מולקולריות אחרות. בין היתרונות המוצעים על ידי טכניקת dot-blot הם: (1) לממברנה יכולת קשירה גבוהה, המסוגלת לקשור מעל 200 מיקרוגרם / ס"מ2 של חומצות גרעין ועד 400 מיקרוגרם / ס"מ2; (2) תוצאות כתם נקודה ניתנות לפירוש חזותי ללא צורך בציוד מיוחד, ו-(3) ניתן לאחסן אותן בנוחות במשך שנים בטמפרטורת החדר (RT).
הסוג Leptospira סווג לקלאדים פתוגניים, בינוניים וספרופיטיים30,31. ההבחנה בין קלאדים אלה יכולה להיות מושגת על בסיס גנים ספציפיים כגון lipL41, lipL32, ואת 16S rRNA. LipL32 קיים בקלאדיות הפתוגניות ומפגין רגישות גבוהה בכלים סרולוגיים ומולקולריים שונים, בעוד שהוא נעדר במיני ספרופיטים21. הגן lipL41 ידוע בביטוי היציב שלו ומשמש בטכניקות מולקולריות32, בעוד הגן 16S rRNA מנוצל לסיווגם.
מתודולוגיה זו יכולה להיות מיושמת על כמויות גדולות של מים לאחר שהם רוכזו על ידי צנטריפוגה. הוא מאפשר להעריך נקודות ועומקים שונים בתוך גוף המים כדי לזהות את נוכחותו של DNA לפטוספירלי ואת הקלאדה שאליה הוא שייך. כלי זה הוא בעל ערך הן למטרות אקולוגיות והן למטרות סינון כלליות וניתן להשתמש בו גם כדי לזהות חיידקים אחרים שאינם ניתנים להתרבות שעשויים להימצא במים.
בנוסף, בדיקות PCR ו-dot-blot משתלמות מבחינה טכנית וכלכלית למגוון רחב של מעבדות, גם כאלה שאין להן ציוד מתוחכם או יקר. מחקר זה נועד ליישם את כתם הנקודות המבוסס על דיגוקסיגנין לזיהוי שלושת קלאדי הלפטוספירה בדגימות מים שנאספו מגופי מים טבעיים.
זני חיידקים
במחקר זה נכללו שנים עשר סרוברים של לפטוספירה (Autumnalis, Bataviae, Bratislava, Canicola, Celledoni, Grippothyphosa, Hardjoprajitno, Icterohaemorrhagiae, Pomona, Pyrogenes, Tarassovi ו-Wolffi). סרוברים אלה הם חלק מהאוסף במחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה, הפקולטה לרפואה וטרינרית וזואוטכניקה, האוניברסיטה הלאומית האוטונומית של מקסיקו, והם משמשים כיום במבחן microagglutination (MAT).
כל הסרוברים של לפטוספירה גודלו בתרבית EMJH, והדנ"א שלהם הופק באמצעות ערכת מיצוי DNA מסחרית (ראו טבלת חומרים). תערובת DNA גנומית של שנים-עשר הסרוברים שימשה כבקרה חיובית עבור הקלאדה הפתוגנית של לפטוספירה (Leptospira ). כבקרה חיובית של Leptospira intermediate clade, נכלל DNA גנומי מזן Leptospira fainei serovar Hurstbridge BUT6, וכבקרה חיובית עבור Leptospira saprophyte clade, נכלל גם DNA גנומי של זן Leptospira biflexa serovar Patoc Patoc I.
הבקרות השליליות כללו פלסמיד ריק, DNA מחיידקים שאינם קשורים זה לזה (Ureaplasma urealyticum, Staphylococcus aureus, Brucella abortus, Salmonella typhimurium, Shigella boydii, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii ו-Escherichia coli), ומים בדרגת PCR, ששימשו כבקרה שאינה תבנית.
דגימות מים
שתים עשרה דגימות ניסוי נאספו בשיטת דגימה מרובדת-אקראית ממרכז המחקר הביולוגי והחקלאות הימית Cuemanco (CIBAC) (19° 16' 54" N 99° 6' 11" W). הדגימות האלה התקבלו בשלושה עומקים: שטחי, 10 ו-30 ס"מ (איור 1A, B). נהלי איסוף המים לא השפיעו על אף מין בסכנת הכחדה או מוגן. כל דגימה נאספה בצינור מיקרוצנטריפוגה סטרילי של 15 מ"ל. כדי לאסוף את הדגימה, כל צינור היה שקוע בעדינות במים, מלא בעומק שנבחר, ולאחר מכן נאטם. הדגימות נשמרו בטמפרטורה של 22 מעלות צלזיוס והועברו מייד למעבדה לעיבוד.
כל דגימה רוכזה על ידי צנטריפוגה בצינורות מיקרוצנטריפוגות סטריליים של 1.5 מ"ל ב 8000 x גרם במשך 20 דקות בטמפרטורת החדר. השלב הזה חזר על עצמו עד שכל הדגימות רוכזו בצינור אחד, ששימש לאחר מכן למיצוי דנ"א (איור 1C).

איור 1: ריכוז דגימות מים באמצעות צנטריפוגה. (A) בריכות דיגום מים, ו-(B) נחלים טבעיים. (C) עיבוד דגימות מים מבוססות צנטריפוגה בשלבים חוזרים ונשנים כמה פעמים לפי הצורך (n). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
מיצוי DNA
סה"כ DNA בודד באמצעות ערכת DNA גנומית מסחרית בהתאם להוראות היצרן (ראה טבלת חומרים). מיצויי DNA נמהלו ב-20 μL של חיץ אלוציה, וריכוז הדנ"א נקבע על ידי ספקטרופוטומטר UV ב-260-280 ננומטר, ואוחסן ב-4 מעלות צלזיוס עד לשימוש.
הגברה PCR
מטרות ה-PCR היו הגנים 16S rRNA, lipL41 ו-lipL32, המזהים DNA מהסוג Leptospira ומאפשרים הבחנה בין שלושת הקלאדים: פתוגני, ספרופיטי וביניים. הן הפריימרים והן עיצובי הגשושית התבססו על עבודותיהם הקודמות של אחמד ואחרים, אזאלי ואחרים, בורהי ואחרים, וייס ואחרים וברנגר ואחרים 33,34,35,36,37. הרצף של כל בדיקה, פריימר ומקטע מוגבר מתוארים בטבלה 1, ויישורם עם רצפי הייחוס מופיע בקובץ משלים 1, קובץ משלים 2, קובץ משלים 3, קובץ משלים 4 וקובץ משלים 5. ריאגנטים PCR ותנאי thermocycling מתוארים בסעיף פרוטוקול.
מוצרי הגברה הודגמו על-ידי הפרדה אלקטרופורטית על ג'ל אגרוז 1% ב-TAE (בסיס טריס של 40 מילימטר, חומצה אצטית של 20 מילימטר ו-1 מילימטר EDTA; pH 8.3), במתח של 60 וולט למשך 45 דקות עם זיהוי אתידיום-ברומיד, כפי שמוצג באיור משלים 1. דנ"א גנומי שהתקבל מכל סרובר שימש בריכוזים הנעים בין 6 x 106 ל 1 x 104 עותקים גנומיים שווי ערך (GEq) בכל תגובת PCR, בהתבסס על גודל הגנום של L. interrogans (4, 691, 184 bp)38 עבור לפטוספירה פתוגנית, גודל הגנום של L. biflexa (3, 956, 088 bp)39 עבור לפטוספירה ספרופיטית, וגודל הגנום של זן L. fainei serovar Hurstbridge BUT6 (4, 267, 324 bp) עם מספר הצטרפות AKWZ00000000.2.
רגישות הגשושיות הוערכה באמצעות DNA מכל סרובר פתוגני, זן L. biflexa serovar Patoc Patoc I וזן L. fainei serovar Hurstbridge BUT6 בכל ניסוי. כדי להעריך את הספציפיות של בדיקת PCR והכלאת כתם נקודה, נכלל DNA מחיידקים שאינם קשורים.
טבלה 1: פריימרים ובדיקות PCR להגברת מוצרים לזיהוי קלאדים פתוגניים, ספרופיטים ובינוניים של לפטוספירה. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
בדיקת הכלאה של כתם נקודה
הטכניקה נקראת dot-blot מכיוון שלחורים שבהם דגימת הדנ"א ממוקמת יש צורת נקודה, וכאשר הם נשאבים כדי להתקבע במקומם על ידי שאיבת ואקום, הם מקבלים צורה זו. טכניקה זו פותחה על ידי Kafatos et al.40. הטכניקה מאפשרת כימות למחצה של לפטוספירה בכל דגימה חיובית ל-PCR. הפרוטוקול מורכב מדנטורציה עם NaOH 0.4 M בטמפרטורת החדר, דגימות עם DNA של לפטוספירה מ 30 ng עד 0.05 ng, המתאים 6 x 106 ל 1 x 104 leptospires, מוכתמים על קרום ניילון עם מנגנון 96 באר נקודה כתם. לאחר אימוביליזציה, הדנ"א נקשר לממברנה על ידי חשיפה לאור UV של 120 mJ. כל בדיקת DNA מצומדת עם digoxigenin-11 dUTP על ידי שלב קטליזה transferase מסוף בקצה 3' (Digoxigenin הוא סטרואיד צמחי המתקבל מ Digitalis purpurea, המשמש ככתב41). לאחר ההכלאה המחמירה של בדיקת הדנ"א המסומנת (50 pmol) בטמפרטורה הספציפית על גבי דנ"א המטרה, הכלאות הדנ"א מודגמות על ידי תגובת הכימילומינסנציה עם נוגדן האנטי-דיגוקסיגנין אלקליין פוספטאז מצומד באופן קוולנטי עם המצע CSPD שלו. ההארה נלכדת על-ידי חשיפה לסרט רנטגן (איור 2).

איור 2: שלבי ההליך עבור בדיקת PCR-dot-blot. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.