ここでは、関連疾患の診断精度と臨床利用効率を向上させるマイ コバクテリウム 種を同定するためのDNAマイクロアレイチップ法を紹介します。
方法論記事
ここでは、関連疾患の診断精度と臨床利用効率を向上させるマイ コバクテリウム 種を同定するためのDNAマイクロアレイチップ法を紹介します。
この研究では、 マイコバクテリウム 種を正確に同定するために設計されたDNAマイクロアレイチップ法を紹介します。この方法は、非対称PCR増幅とハイブリダイゼーションの原理を活用することにより、 結核菌 複合体やさまざまな非結核性抗酸菌を含む17の一般的な抗酸菌を標的としています。マイコバクテリア症が疑われる患者の喀痰、膿、気管支肺胞洗浄液、脳脊髄液、穿刺液など、幅広い臨床検体に適用できます。このアッセイでは、非対称PCRにより マイコバクテリウム(Mycobacterium )ゲノムの標的配列を増幅し、その後、マイクロアレイチップ上のプローブとハイブリダイゼーションします。独自のプローブ配置(12列×10列のマイクロアレイで5回繰り返す)と制御プローブの使用により、信頼性が向上しています。1,724のサンプルを用いた臨床試験では、高い性能が示されました。この方法は、シーケンシング結果と比較して、100%の臨床的特異性、感度、および全体的な一致を達成しましたが、検出範囲を超えた2つのまれな非結核性抗酸菌サンプルを除いて。このDNAマイクロアレイチップ法は、従来の診断技術よりも大幅に改善され、診断時間を短縮し、より包括的な検出を提供するため、マイコバクテリア疾患の診断と管理に大きな可能性を秘めています。
細菌属のマイコバクテリウムは、人間と動物の健康に重要な意味を持つ多様な生物群を包含しています。結核の原因物質である結核菌は、長年にわたる世界的な健康問題でした。何十年にもわたる予防と治療の努力にもかかわらず、結核は依然として公衆衛生上の大きな脅威であり、世界中で年間驚異的な数の死亡者と新規感染者を出しています1,2。非結核性抗酸菌(NTM)も、特に特定の患者集団や環境において、重要な病原体としてますます認識されるようになっています。
マイコバクテリウム種の正確な同定は、効果的な疾病管理の基礎です3,4。従来の診断方法には固有の制限があります。歴史的に頼られてきた文化ベースの技術は、時間がかかることで有名です。マイコバクテリアの分離と培養のプロセスには数週間から数か月かかることがあり、その間に患者は病気の進行や他の人への感染の可能性を経験する可能性があります。さらに、一部のマイコバクテリア種は培養が非常に困難であり、偽陰性の結果や治療の遅延または不正確につながります5,6。
また、よく使われる方法である耐酸性染色法では、脱色に抵抗する独自の細胞壁特性に基づいてマイコバクテリアを同定することができます。しかし、異なる マイコバクテリウム 種を区別する特異性を欠いており、マイコバクテリアの存在を広く示すだけである7。ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)などの分子的方法は、これらの欠点のいくつかを克服するための代替手段として登場しています。PCRは、培養法よりも迅速にマイコバクテリアDNAを検出することができるため、より迅速な診断が可能になります。しかし、従来のPCRアッセイは通常、限られた数の遺伝子を標的としており、特に密接に関連する マイコバクテリウム 種5を扱う場合、包括的な種同定を提供しない場合があります。
DNAマイクロアレイ技術は、微生物学と診断の分野に革命をもたらしました。これは、複数の遺伝的標的を同時に分析する能力を提供し、微生物集団のより包括的で詳細なビューを提供します8,9。この分野における最近の研究は、マイコバクテリウム同定のための高度な分子技術の可能性と重要性をさらに明らかにしています。例えば、Wangらによる研究では10、臨床現場での希少なマイコバクテリウム種の検出において、改変DNAマイクロアレイチップの感度と特異性が向上することが実証されました。彼らの調査結果は、マイクロアレイ技術の継続的な最適化の価値を強調しています。Wang氏らによる別の研究11は、結核患者の臨床転帰とDNAマイクロアレイデータの統合に焦点を当てたものです。この結果は、正確なマイコバクテリウム種同定の予後的価値と個別化医療の可能性についての洞察を提供しました。
テストの原理
このキットは、DNAマイクロアレイチップ技術を採用し、非対称ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅およびハイブリダイゼーションの原理と組み合わせて、マイコバクテリウム種の同定を行っています。このキットには、マイコバクテリウム種同定チップと非対称PCR増幅試薬が含まれています。チップは、マイコバクテリウム種の検出と同定のための種特異的プローブで固定されています。検出対象には、結核菌複合体、マイコバクテリウム・イントラセルラーレ、マイコバクテリウム・アヴィウム、マイコバクテリウム・ゴルドナエ、マイコバクテリウム・カンサシー、マイコバクテリウム・フォーチュイタム、マイコバクテリウム・スクロフラセウム、マイコバクテリウム・フラベセンス、マイコバクテリウム・テラエ、マイコバクテリウム・ケロナエおよびマイコバクテリウム・アブセッサス、マイコバクテリウム・フライ、マイコバクテリウム・ノンクロモジェニカム、マイコバクテリウム・マリナム、マイコバクテリウム・ウルセランス、マイコバクテリウム・アウラム、マイコバクテリウム・シュルガイおよびマイコバクテリウム・マルモエンセ、マイコバクテリウム・ゼノピ、マイコバクテリウム・スメグマティス。
これら17種類のマイコバクテリウム種を検出することは、正確な臨床診断と患者管理に不可欠です。結核菌複合体(MTBC)は、結核におけるその役割のために優先されており、感染を抑制し、薬剤耐性に対処するために即時の隔離と多剤併用療法が必要です。M. aviumやM. intracellulareなど、Mycobacterium avium-intracellulare複合体(MAC)内の生物種は、主に免疫不全の人(HIV/AIDSなど)や慢性肺疾患の人に影響を及ぼし、マクロライドベースの長期レジメンが必要です。M. abscessus や M. fortuitum のような急速に増殖するマイコバクテリア (RGM) は、抗生物質耐性で悪名高く、しばしば重度の皮膚、軟部組織、または肺の感染症を引き起こすため、手術と標的抗生物質 (アミカシン、マクロライドなど) の積極的な組み合わせが必要です。M. gordonae や M. smegmatis などの環境生物は頻繁に汚染物質として発生しますが、特定の状況で日和見感染を引き起こす可能性があり、不必要な治療を避けるためには慎重な臨床的相関が必要です。M. marinum (水生生物への曝露に関連) や M. ulcerans (ブルーリ潰瘍に関連) などの病原体には、明確な疫学的ニッチがあり、曝露履歴の評価を導きます。まれではあるが臨床的に関連性のある種(例:M. szulgai、M. malmoense)は結核を模倣し、種特異的なレジメンを必要とする。治療期間、薬剤の選択(例:M. kansasiiのリファンピン感受性対NTMの内因性耐性)、および予後は大幅に異なるため、正確な同定が最も重要です。分子診断と抗菌薬感受性試験は、特に免疫不全の集団や複雑な感染症において、結果を最適化するために不可欠です。
まず、 マイコバクテリウム のゲノムの標的配列を非対称PCRで増幅します。次に、増幅された生成物はチップ上のプローブとハイブリダイズされます。標的の マイコバクテリウム がサンプル中に存在する場合、増幅された生成物はチップ上の対応するプローブに特異的に結合します。最後に、チップ上のハイブリダイゼーションシグナルをスキャンすることにより、サンプル中の マイコバクテリウム の種を特定できます。
遺伝子チップマイクロアレイ技術を用いて、前述の遺伝子を検出するための特異的プローブや各種制御プローブを基板上に固定します。各検出プローブと制御プローブは5回繰り返され、12行×10列のマイクロアレイを形成します。プローブの配置を 図1に示します。各チップには4つの同一のマイクロアレイが含まれており、各マイクロアレイは1つのサンプルを検出できます。
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この研究は、福建医科大学付属泉州第一病院の倫理委員会によって承認されました (承認番号 2024-K035)。インフォームドコンセントは、臨床検体の収集前にすべての患者から得られました。患者には、研究の目的、関連する手順、および医療に影響を与えることなくいつでも中止する権利について通知されました。
1. サンプル要件
注:臨床的に結核が疑われる患者および非結核性抗酸菌(NTM)疾患の患者からサンプルを採取し、このキットで検査する場合は、次の手順に従ってください。
2. 実験の準備
3. 器具・材料の準備
4. 核酸抽出
注:検体調製エリアで操作を実行し、次の手順に従います。
5. PCR増幅
6.チップハイブリダイゼーション
注:PCR増幅反応が終了する前に、次の操作を実行してください。
7. チップスキャンと結果の解釈
注意: マイクロアレイチップスキャナーと対応するソフトウェアを使用して、信号を読み取り、結果を解釈します。また、異常な結果とトラブルシューティングについては、 表 1 も参照してください。次の手順に従って操作します(スキャナーとソフトウェアのユーザーマニュアルを参照してください)。
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肯定的な結果
マイコバクテリウム属(内部統制、IC)および結核菌のプローブの場合、それらの陽性結果値はReceiver Operating Charactery(ROC)法によって決定されます。他の16個のNTMの検出に使用されるプローブの場合、それらの正の結果値はパーセンタイル法によって決定されます。
実験的な品質管理
ポジティブコントロール製品の検出結果は、「結核菌 複合体」である必要があります( 図3Aに示すように)。ネガティブコントロール製品の検出結果は、「 マイコバクテリウムなし」である必要があります( 図3Bに示すように)。対照産物の結果に誤りがある場合、同一実験中の全ての試料の結果は無効とされ、再審査が必要になります。
結果の解釈...
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本論文で紹介するDNAマイクロアレイチップ法は、結核や非結核性抗酸菌症が疑われる患者の臨床検体(喀痰、膿、気管支肺胞洗浄液、脳脊髄液、穿刺液など)中の核酸を直接検出することができ、確定診断までの時間を大幅に短縮することができます。この研究で提示されたDNAマイクロアレイチップ法は、 マイコバクテリウム 種の同定における大きな進歩を表しています。これは、従来の分子診断法や既存の分子診断法に比べていくつかの利点を提供します12。
このアプローチの主な強みの1つは、17種類の一般的なマイコバクテリアを同時に標的にできることです。この広範囲にわたる検出能力は、結核と非結核性抗酸菌症の鑑別診断が困難なことが多い臨床現場では非常に重要です。この手法では、特異的なPCRプライマーと蛍光標識プローブを非対称PCRで使用することで、チッププローブとのハイブリダイゼーションに特異性の高いDNAフラグメントを生成します。精密な塩基対形成の...
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著者には、開示すべき利益相反はありません。
この研究は、福建省自然科学財団プロジェクト(2024J011521)および泉州科学技術計画プロジェクト(2024NY006)の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.9%塩化ナトリウム注射(NaCl) | 福州 HAIWANGFUYAO | H35020289 | |
| アプライドバイオシステムズ増幅装置 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | Veriti 96ウェルサーマルサイクラー | |
| キャピタルバイオ LuxScan10K/B | キャピタルバイオ | ルクススキャン10K/B | |
| CapitalBio スライドウォッシャー 24 | キャピタルバイオ | スライドワッシャー24 | |
| 遠心分離機 | エッペンドルフ | 5424R型 | MaX.速度 15000 min-1 |
| ハイブリダイゼーションバッファー | |||
| HybSet遺伝子マイクロアレイチップとカバー | |||
| マイコバクテリウム種同定キット | キャピタルバイオ | 301030 | |
| ネガティブコントロール、ポジティブコントロール | |||
| 核酸抽出器 | 天龍 | ジーンロテックス 96 | |
| PCR増幅試薬 | |||
| pH 6.8リン酸緩衝液 | 上海元業バイオテクノロジー | R20029-10 | |
| ピペッターとチップ | サーモサイエンティフィック | 0.1 - 10 & ミュー;L、2 - 20 & ミュー;L、および20〜200&m。L、100-1000 &L | |
| qEx-DNA/RNA核酸抽出または精製キット | 天龍 | qEx-DNA/RNA | |
| SDSの | キャピタルバイオ | 441060 | |
| 水酸化ナトリウム(NaOH) | XILONGS 科学的 | XK13-011-00027 | |
| SSCの | キャピタルバイオ | 441050 | |
| サーモスタット式ウォーターバス | スルイ | HH-W600 |
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