Dit protocol presenteert een qRT-PCR-gebaseerde benadering voor het bepalen van het rabiësvirus nucleoproteïne (N) genkopienummer binnen verschillende anatomische structuren van runderhersenen met behulp van in vitro transcriptie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol presenteert een qRT-PCR-gebaseerde benadering voor het bepalen van het rabiësvirus nucleoproteïne (N) genkopienummer binnen verschillende anatomische structuren van runderhersenen met behulp van in vitro transcriptie.
Runderverlammingsdolheid (BPR) is een vorm van virale encefalitis die van aanzienlijk economisch belang is in heel Latijns-Amerika, waar het een groot zoönotisch risico vormt. Hier was ons doel om een laboratoriumprotocol te gebruiken om het relatieve kopienummer van het rabiësvirus (RABV) genoom in verschillende anatomische structuren van runderhersenen te bepalen met behulp van kwantitatieve real-time reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR). qRT-PCR kwantificeert het specifieke aantal genkopieën in een monster op basis van fluorescentie die wordt uitgestoten na versterking die direct evenredig is met de hoeveelheid doelnucleïnezuur die in het monster aanwezig is. Deze methode is voordelig vanwege de korte duur, het verminderde risico op besmetting en het potentieel om virale nucleïnezuren in verschillende monsters gemakkelijker te detecteren in vergelijking met andere technieken. De hersenen van zes hondsdolle dieren waren verdeeld in zes anatomische structuren, namelijk de hoorn van de Ammon, cerebellum, cortex, medulla, pons en thalamus. Alle hersenen werden geïdentificeerd als positief voor RABV-antigenen op basis van een directe immunofluorescentietest. Dezelfde anatomische structuren uit de hersenen van vier RABV-negatieve runderen werden ook beoordeeld. RNA werd geëxtraheerd uit elke structuur en gebruikt voor qRT-PCR. Een test werd uitgevoerd om de kopieaantallen van RABV-genen te bepalen met behulp van een in vitro getranscribeerd nucleoproteïnegen. De standaardcurve die werd gebruikt om viraal RNA te kwantificeren vertoonde een efficiëntie van 100% en lineariteit van 0,99. Analyse toonde aan dat de cortex, medulla en thalamus de ideale CNS-porties waren voor gebruik bij RABV-detectie, gebaseerd op de observatie dat deze structuren de hoogste niveaus van RABV bezaten. De test specificiteit was 100%. Alle monsters waren positief, er werden geen valse positieven gedetecteerd. Deze methode kan worden gebruikt om RABV te detecteren in monsters die lage RABV-niveaus bevatten tijdens de diagnose van BPR.
Rabiës kan antemortem en postmortem worden bevestigd door verschillende technieken die de detectie van virale nucleïnezuren in de hersenen, huid, urine of speeksel mogelijk maken1. Detectie van het rabiësvirus nucleoproteïne (N) gen wordt voornamelijk gebruikt voor rabiësdiagnose door moleculaire tests. Dit gen wordt ook gebruikt voor virale genotypering. Hondsdolheid kan worden gediagnosticeerd bij dieren met behulp van een deel van de aangetaste hersenen; om de mogelijkheid van rabiës uit te sluiten, moet weefsel uit ten minste twee gebieden in de hersenen echter worden getest2. Er bestaan verschillende diagnostische methoden voor rabiësdetectie bij dieren; de directe immunofluorescentietest blijft echter de standaardreferentietechniek3. Andere tests omvatten biologische tests die muisinenting, infectie in weefselkweek en polymerasekettingreactie (PCR) bevatten4. Al deze technieken worden aanbevolen door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en de Wereldorganisatie voor diergezondheid (OIE) voor de diagnose van rabiës bij mens en dier, respectievelijk5.
Nucleïnezuurdetectie- en versterkingstechnieken hebben de diagnose van rabiës de afgelopen jaren een revolutie teweeggebracht6 en deze technieken spelen een belangrijke rol bij de ante mortemdiagnose van menselijke rabiës. Verschillende pcr-gebaseerde tests zijn geëvalueerd als aanvulling op conventionele tests voor antemortem - en postmortale rabiësdiagnoses7,8,9,10. De meeste assays richten zich op rabiës viraal nucleoproteïne gen voor versterking , het meest geconserveerde gebied in het virale genoom1,11. In de afgelopen 20 jaar zijn verschillende moleculaire assays ontwikkeld om RABV te diagnosticeren, en sommige van deze assays zijn gebruikt voor viruskarakterisering. De meeste studies zijn gericht op het detecteren van geconserveerde genen in het virale genoom, meestal met behulp van conventionele of kwantitatieve real-time polymerasekettingreactie (qRT-PCR)assays 12,13.
PCR is een zeer gevoelige diagnostische techniek die het genoom van een bepaalde ziekteverwekker in weefsels kan detecteren, zelfs wanneer deze weefsels worden afgebroken. Met behulp van pcr-gebaseerde benaderingen kunnen minimale hoeveelheden van een infectieus agens in een klinisch monster worden gedetecteerd door de selectieve en repetitieve versterking van een DNA-nucleotidesequentie14. qRT-PCR die fluorescerende sondes (bijv. TaqMan) of DNA-bindende kleurstoffen (bijv. SYBR Green) bevat, is gebruikt in proeven om RABV zowel ante- als post- mortem met hoge gevoeligheid te diagnosticeren; een dergelijke aanpak vereist echter gespecialiseerde apparatuur. Om deze beperking te overwinnen, is omgekeerde transcriptielusgemedieerde isotherme versterking (RT-LAMP) voorgesteld, op basis van de lage kosten, eenvoud en wenselijke kenmerken voor de detectie van RABV. Deze test is bijzonder belangrijk omdat zij in ontwikkelingslanden kan worden gebruikt15.
qRT-PCR is gebaseerd op de detectie en kwantificering van een molecuul, waarbij fluorescerende signaalverhogingen in directe verhouding staan tot de hoeveelheid PCR-product in één reactie. Naarmate het aantal kopieën van het nucleïnezuurdoel toeneemt, neemt ook de fluorescentie toe. Niet-specifieke intercalerende kleurstoffen zoals de SYBR Green DNA-bindende kleurstof of sequentiespecifieke oligonucleotidesondes met een fluorofoor en een quencher worden vaak gebruikt om de fluorescerende uitlezing in qRT-PCR te bieden. Deze test biedt voordelen ten opzichte van conventionele RT-PCR met een kortere testtijd (2-4 uur), een verminderd risico op besmetting als gevolg van het gesloten buissysteem (gebrek aan post-PCR-manipulatie van versterkte producten) en de mogelijkheid om verschillende doelen tegelijkertijd te detecteren16. qRT-PCR kan worden gebruikt om rabiës ante-mortem te diagnosticeren uit speeksel en andere monsters. Deze test kan ook worden gebruikt als een universele real-time test voor de detectie van verschillende Lyssavirus-soorten of -afstammingen van RABV15. In deze combo RT-PCR aanpak worden twee reacties gebruikt. De eerste detecteert verschillende genetische linages van RABV en de tweede detecteert de Lyssavirus-soort. Beide stappen omvatten qRT-PCR-tests, waarbij de eerste hybridisatiesondes gebruikt en de tweede kleurstoffen15. Vanwege het grote aantal tests dat succesvolle moleculaire detectie van RABV met behulp van deze techniek heeft aangetoond, beveelt de huidige OIE Terrestrial Manual (2018) het gebruik van PCR aan voor de moleculaire detectie van RABV17.
Mexico is een land met een aanzienlijk veepotentieel. De staten met de hoogste veeproductie bevatten zowel vochtige tropische regio's als droge gebieden die risico lopen op rabiësuitbraken vanwege de aanwezigheid van de vampiervleermuis Desmodus rotundus, de belangrijkste zender van hondsdolheid. Daarom is het van essentieel belang om meer instrumenten te ontwikkelen voor de preventie en bestrijding van runderverlammingsdolheid (BPR) in México. Op basis hiervan was het doel van deze studie om kwantitatieve qRT-PCR te gebruiken om het aantal virale deeltjes in verschillende anatomische structuren van runderhersenen na de dood als gevolg van rabiësinfectie te bepalen.
Zes hersenen verkregen uit RABV-positieve runderen werden gedoneerd door een extern laboratorium voor gebruik bij de ontwikkeling van het hieronder beschreven qRT-PCR-protocol. De monsters van de structuur van de runderhersenen werden koudketentransporten naar het INIFAP CENID-MA-laboratorium BSL-2-laboratorium vervoerd en tot gebruik bij -80 °C opgeslagen. Hersenen werden verkregen van dieren uit de staten Campeche, Yucatán en Querétaro. Voorafgaand aan het ontvangstbewijs werden verschillende structuren uit de hersenen ontleed. Deze structuren omvatten de hoorn van de Ammon, cerebellum, cortex, medulla, pons en thalamus18,19. Genetisch materiaal werd geëxtraheerd zoals hieronder beschreven. Rabv-diagnose werd bevestigd met behulp van directe fluorescerende antilichamen (DFA)20. Als positieve controle werden muishersenen gebruikt die werden ingeënt met RABV21. Daarnaast werden vier RABV-negatieve runderhersenen (zoals bepaald door DFA) gebruikt als negatieve controles.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze studie werd goedgekeurd door en uitgevoerd in strikte overeenstemming met de aanbevelingen voor het gebruik van dieren die werden verstrekt door het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van het Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Microbiología Animal (CENID-MA).
1. Monsters
2. Directe fluorescerende antilichamen (DFAs) om rabiës te bevestigen
OPMERKING: Detectie van het rabiësantigeen door DFA is een kwalitatieve methode om de aanwezigheid van het rabiësnucleoproteïne te bepalen met behulp van fluoresceïne-gelabelde antilichamen. De test werd uitgevoerd met behulp van het protocol van Dean et al. (1966)20, zoals hieronder beschreven.
3. Het genereren van positieve controle voor RT-PCR
4. RNA-extractie
OPMERKING: Totaal RNA werd rechtstreeks uit runderhersenen geëxtraheerd met behulp van een organische extractiemethode volgens het volgende protocol.
5. cDNA-synthese en PCR
6. In vitro transcriptie
OPMERKING: In vitro transcriptie genereert mRNA van een doelgen. Gebruik een primerpaar dat het volledige RABV N-gen versterkt en een dat wordt gebruikt als een positieve controle voor de qRT-PCR-test. Deze primers zijn ontworpen om het volledige RABV N-gen te versterken en een promotor toe te voegen die de T7-polymerase (TAATACGACTCACTATAG) herkent.
7. Real-time omgekeerde transcriptie polymerase kettingreactie (qRT-PCR)
8. Kalibratiecurve of standaardcurve
9. qRT-PCR van biologische monsters
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
DFA-resultaten toonden respectievelijk 100%, 100%, 83,3%, 66% en 50% positiviteit voor RABV in de cortex, thalamus, medulla, pons en hoorn. Deze resultaten bevestigden de vorige resultaten, en ten minste drie van de structuren ontleed uit elke hersenen waren positief voor RABV. Figuur 1geeft een representatieve positieve DAF-kleuring weer .
Figuur 2 toont de versterking van een fragment van het RABV N-gen (stap 5.5) met de primers eer...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Eerdere studies hebben aangetoond dat DFA RABV alleen kan detecteren binnen zeven dagen nadat het monster bij kamertemperatuur (21 °C) is opgeslagen14. Dit werk toonde daarentegen aan dat de gevoeligheid van RT-PCR begint af te nemen nadat de monsters gedurende 12 dagen aan kamertemperatuur zijn blootgesteld. Daarom kan het RABV-genoom worden gedetecteerd door qRT-PCR in monsters die tot 23 dagen aan kamertemperatuur zijn blootgesteld. Dit toont aan dat de gevoeligheid van qRT-PCR relatief hoger i...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te verklaren.
Dit werk werd ondersteund door het National Institute of Agricultural, Forestry, and Livestock Research (INIFAP). We danken Jerzayn Fraustro Esquivel voor zijn medewerking bij de ontwikkeling van de video die bij dit document horen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Chloroform | SIGMA | C7559 | Maakt herstel van de waterige fase van PCR's die zijn overdekt met minerale olie mogelijk. |
| DNA Clean & Concentrator-500 | Zimo | D4031 | De DNA Clean & Concentrator-500 (DCC-500) is ontworpen voor de snelle, grootschalige zuivering en concentratie van maximaal 500 µg hoogwaardig DNA uit monsters, inclusief grootschalige restrictie-endonuclease-digesties en onzuivere DNA-preparaten. |
| Ethanol | Amresco | 193-500 | Zuivering van nucleïnezuren |
| FastStart High Fidelity PCR System kit, dNTPack | Roche | 3553400001 | Enzym met hoge getrouwheid voor de amplificatie van PCR-producten waarbij willekeurige baseveranderingen worden vermeden |
| GelDoc XR | BioRad | XR+ | Analyseert grotere eiwit- en DNA-gels |
| GelRed | Biotium | 41003 | Een nieuwe generatie nucleïnezuurgelkleuren, ze bezitten nieuwe chemische eigenschappen die zijn ontworpen om de kans te minimaliseren dat de kleurstoffen in interactie komen met nucleïnezuren in levende cellen. |
| iCycler Thermal Cycler Gradient | BioRad | 582BR | Temperatuur kan worden gemonitord en geregeld door instrumentalgoritme, in-monstersonde of monsterstukmodi |
| iTaq Universal Probes One-Step Kit | BioRad | 1725141 | Reactiemengsel om PCR-reacties in real time uit te voeren met behulp van TaqMan-type hybridisatiesondes |
| Isopropyl alcohol | Amresco | 0918-500 | Precipitatie van nucleïnezuren |
| QIAquick gel extraction kit | Qiagen | 28706 | QIAquick-kits bevatten een silicamembraanassemblage voor binding van DNA in buffer met hoge zoutconcentratie en elutie met buffer met lage zoutconcentratie of water. De zuiveringsprocedure verwijdert primers, nucleotiden, enzymen, minerale olie, zouten, agarose, ethidiumbromide en andere onzuiverheden uit DNA-monsters |
| M-MLV Reverse Transcriptase | Invitrogen | 28025-021 | Moloney Murine Leukemia Virus Reverse Transcriptase (M-MLV RT) gebruikt enkelstrengs RNA of DNA in aanwezigheid van een primer om een complementair DNA-streng te synthetiseren. |
| NanoDrop 2000 | Thermo-Scientific | ND2000 | Microvolume spectrofotometer |
| Oligo(dT)18 primer | Invitrogen | SO132 | De oligo (dT)18-primer is een synthetische enkelstrengs 18-mer oligonucleotide met 5'- en 3'-hydroxyleinden. |
| RiboMAX Large Scale RNA Production Systems kit SP6 en T7 | Promega | P1300 | In vitro transcriptiereacties worden gebruikt om microgramhoeveelheden RNA-sondes te synthetiseren uit recombinante DNA-sjablonen. De meeste transcriptiereacties die zijn ontworpen om RNA-sondes te genereren, zijn geoptimaliseerd om maximale incorporatie van radioactief gelabelde ribonucleotiden te maximaliseren in plaats van om grote hoeveelheden RNA te produceren |
| Taq DNA Polymerase | Invitrogen | #EP0402 | Taq DNA Polymerase is een zeer thermostabiel DNA-polymerase van de thermofiele bacterie Thermus aquaticus. Het enzym katalyseert 5’ en 3’ synthese van DNA |
| TRIzol reagent | Invitrogen | 15596026 | Het TRIzol-reagens is een volledig, gebruiksklaar reagens, ontworpen voor het isoleren van hoogwaardig totaal RNA of het gelijktijdig isoleren van RNA, DNA en eiwitten uit een verscheidenheid aan biologische monsters. |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.