여기서는 선택된 유전 마커의 휴대용 나노포어 시퀀싱을 사용하여 Toxoplasma gondii 균주를 신속히 식별하고 유전자형 분류하는 프로토콜을 제시하여, 실험실에서 유지 관리하는 분리주에서 확장 가능하고 표적 균주를 식별할 수 있게 하며, 향후 감시 환경에 적용될 가능성이 있습니다.
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여기서는 선택된 유전 마커의 휴대용 나노포어 시퀀싱을 사용하여 Toxoplasma gondii 균주를 신속히 식별하고 유전자형 분류하는 프로토콜을 제시하여, 실험실에서 유지 관리하는 분리주에서 확장 가능하고 표적 균주를 식별할 수 있게 하며, 향후 감시 환경에 적용될 가능성이 있습니다.
톡소플라즈마 곤디이는 전 세계적으로 분포하는 종복합체 기생충으로, 상당한 유전적 다양성을 특징으로 하여 균주 구별을 위해 정확한 분자 접근법이 필요합니다. 이 프로토콜의 목표는 배양된 T. gondii 분리주에 대한 표적 다중 유전자형 분석에 대한 재현 가능한 워크플로우를 확립하는 것입니다. 이 절차는 대표적인 유형 I(RH) 및 유형 II(ME49) 균주의 시험관 내 전파, 유전체 DNA 추출, SAG2 및 SAG3 유전자의 유위 특이적 증폭, 그리고 단일 염기염기 다형성(SNP) 및 삽입/결실(INDEL) 사건을 검출하기 위한 시퀀싱 기반 분석을 포함합니다. 시퀀싱 데이터는 고신뢰 합의 서열을 생성하고 균주 특이적 다형성 식별을 위한 비교 정렬을 수행하기 위해 처리됩니다. 이 워크플로우를 원형 균주에 적용한 결과, 높은 매핑 효율성, 표적 좌위 전반에 걸쳐 일관된 읽기 깊이, 예상 증폭자 크기의 정확한 복원이 입증되어 좌위 수준의 유전 변이를 신뢰성 있게 검출할 수 있음을 확인하였습니다. 포괄적인 유전자형 할당은 추가적인 표준화된 마커 포함을 요구하지만, 이 프로토콜은 실험실에서 유지 중인 T. gondii 분리주에 대한 표적 유전적 특성화를 위한 확장 가능하고 재현 가능한 틀을 제공하며, 일관된 다중 유전자 좌위 서열 분석을 지원합니다.
톡소플라즈마 곤디이는 전 세계에 분포하는 종합체(apicomplexan) 기생충으로, 주요 식과 수중 인수공통전병 위협으로, 거의 모든 온혈동물을 감염시킬 수 있으며, 고양이가 최종 숙주로 작용한다1. 인간과 동물의 감염은 주로 조직 낭종이나 포자 난낭포의 섭취를 통해 발생하며, 기생충이 타키조이트와 서기 단계를 번갈아 가며 나타나는 능력은 신경 및 근육 조직에 장기적으로 지속될 수 있게 하여 육류 매개 및 환경 전파에 기여합니다 2,3.
유럽과 북미에서 세 개의 클론 계통(타입 I, II, III)이 우세하지만, 비정형 및 재조합 균주를 포함한 광범위한 유전적 다양성이 전 세계적으로 문서화되었으며, 특히 야생동물저장소가 풍부한 지역에서 그렇습니다. 따라서 정확한 균주 구별은 전파 역학 규명, 발병 조사, 지역 역학 이해에 필수적입니다. PCR-RFLP, 생거 기반 다중 유전자 서열 타이핑(MLST), 마이크로새틀라이트 분석과 같은 전통적인 유전자형 분석 방법은 T . gondii 개체군 구조에 대한 이해에 크게 기여했으나, 해상도, 처리량, 유전자형 내 변이 탐지 능력에는 한계가 있습니다. 이러한 접근법은 종종 여러 개의 별도 반응을 필요로 하며, 다형성 유전자1 내에서 삽입, 결실, 복합 하플로타입을 감지하지 못할 수 있습니다. 단독 차세대 시퀀싱(NGS)은 희귀 변이의 검출을 개선했으나, 복잡한구조 변화를 식별하는 데는 여전히 제약을 보입니다.
특히 Oxford Nanopore Technologies와 같은 롱리드 시퀀싱 플랫폼은 구조 변이와 고형성 좌위5 해독에 적합한 연속적이고 고정밀 리드를 생성할 수 있는 능력을 제공합니다. 휴대성, 실시간 분석 능력, 증폭기 기반 워크플로우와의 호환성 덕분에 현장 응용과 발병 조사에 유망한 도구로 만들어집니다6. 이러한 장점에도 불구하고, T . gondii 유전자형 분석을 위한 표준화된 다중 좌위 롱리드 워크플로우는 여전히 제한적입니다.
이 격차를 해소하기 위해 두 개의 다형성 좌위를 목표로 한 확장 가능한 장독 증폭자 시퀀싱 워크플로우를 구축했습니다(그림 1). 합의 다듬기 및 변이 호출 파이프라인과 결합하여 SNP와 INDEL을 정확히 탐지하여 균열 수준 분별을 지원합니다. 이 프로토콜은 PCR 증폭 및 장독기 시퀀싱이 가능한 실험실에 적합하며, 배양 분리주를 사용하여 검증되었습니다. 임상 또는 환경 샘플에 대한 적응이 가능할 수 있지만, 이러한 응용 분야는 추가적인 최적화와 검증이 필요합니다. 전반적으로 이 워크플로우는 표적 분자 특성화를 위한 구조화된 틀을 제공하며, 역학 조사를 지원할 수 있습니다.
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이 연구는 확립된 실험실 기생충 균주와 상업적으로 구한 인간 섬유아세포주 연구를 사용하였습니다. 인간이나 동물 대상은 직접 참여하지 않았습니다.
참고: 별도 명시가 없는 한, 이 프로토콜에 사용되는 완충제와 시약은 재료표에 나열된 상업용 키트 내에 공급됩니다.
1. 바이오마커 선택
2. 톡소플라즈마 곤디이 타키조이트의 배양 및 채취
3. 유전체 DNA 추출 및 증폭자 생성
4. 롱리드 시퀀싱을 위한 라이브러리 준비
5. 플로우셀 준비 및 나노포어 시퀀싱
6. 데이터 처리 및 변이 분석
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톡소플라즈마 곤디의 유전체 DNA는 두 가지 유전 마커인 SAG2와 SAG3를 표적으로 하는 중합효소 연쇄 반응(PCR)으로 성공적으로 증폭되었습니다(그림 2). 정제 후 PCR 산물들은 아가로스 겔 전기영동에서 예상 크기의 뚜렷한 밴드를 생성하였으며, 이는 639 bp(SAG2)와 1158 bp(SAG3)에 해당합니다. 이 밴드들의 명료함과 일관성은 이후 서열 분석을 위한 표적 유전자 조각의 성공적인 증폭과 무결성을 확인시켜 주었습니다.
고처리량 나노포어 시퀀싱은 Toxoplasma gondii의 RH 및 ME49 계통 모두에서 조사된 유전자 좌위에 걸쳐 고품질 데이터셋을 생성했습니다(표 1). SAG2 유전자좌의 경우, M...
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본 연구는 옥스퍼드 나노포어 롱리드 시퀀싱과 표적 다중 좌위 접근법을 결합하여 톡소플라즈마 곤디의 신속하고 신뢰할 수 있는 유전체형 분석을 위한 유용성을 입증합니다. 잘 특성화된 두 표면 항원 유전자 좌위인 SAG2 와 SAG3에 집중함으로써, RH(Type I)와 ME49(Type II) 균주를 비교 분석하여 Oxford Nanopore 기반 다중 유전자 시퀀싱의 개념 증명을 입증하여, 이 플랫폼이 균주 특이적 유전 변이를 해독할 수 있음을 입증했습니다.
두 유전자 좌위의 PCR 증폭은 예상 크기의 명확하고 명확한 밴드를 생성하여, 하위 유전체 분석에 적합한 고품질 템플릿 DNA의 성공적인 생성을 확인했습니다. 이후 나노포어 시퀀싱은 높은 읽기 깊이, 강한 매핑 효율, 그리고 예상되는 앰플리콘 길이와 거의 일치하는 합의 서열을 생성했다6<...
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저자들은 이해 상충을 선언할 필요가 없습니다.
이 연구는 이집트 고등교육 및 과학연구부(런던 문화교육국)와 UKRI MRC(MR/X502947/1)의 지원을 받았습니다. 그림 1은 BioRender.com 로 제작되었습니다
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| Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific | 11995065 | 세포 배양 배지 |
| epi2me-labs/wf-amplicon Nextflow workflow (v1.2.1) | Oxford Nanopore Technologies, UK | N/A | 나노포어 앰플리콘 시퀀싱 데이터 처리 및 분석을 위한 Nextflow 워크플로우; 버전 1.2.1은 MinION 데이터의 재현 가능한 분석에 사용되었습니다. |
| epi2me-labs/wf-alignment Nextflow workflow (v1.2.3) | Oxford Nanopore Technologies, UK | N/A | 나노포어 시퀀싱 리드를 참조 서열에 정렬하고 IGV를 사용한 통합 시각화를 위한 Nextflow 워크플로우; 버전 1.2.3은 MinION 데이터의 재현 가능한 분석에 사용되었습니다. |
| Ethyl alcohol, pure | Merck Life Science | 51976-500ML-F | 비드 클린업용 |
| Fetal bovine serum (FBS) | Sigma-Aldrich | MFCD00132239 | 세포 배양 보충제 |
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| MinKNOW Software | Oxford Nanopore Technologies, UK | N/A | MinION Mk1B 장치 제어, 실시간 시퀀싱 및 베이스 호출에 사용되는 소프트웨어; 버전 25.09.16. |
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