1. Odłow kaczek i pobieranie wymazów z kloaki
- Odłowić kaczki wiosłujące z rodzaju Anas (lub inne ptaki) do klatki, wabiąc je kaczami wabićmi lub pokarmem, a następnie umieścić je w oddzielnych kartonowych pudełkach. Czas transportu w pudełku powinien być ograniczony do minimum, na przykład poprzez utworzenie stacji terenowej w niewielkiej odległości od pułapki. Okoliczności logistyczne mogą się różnić w zależności od badania. Dla każdej nowej konfiguracji należy uzyskać poradę i zgodę właściwej komisji etyki ds. zwierząt. Alternatywnie można pobierać próbki od ptaków zastrzelonych przez myśliwych.
- Wyjąć kaczkę z pudełka, mocno przytrzymując jej skrzydła przy ciele. Pobrać świeżą odchodnią, która w większości przypadków będzie znajdować się bezpośrednio na dnie pudełka. Zebrać ją za pomocą sterylnego wymazika i nanieść ciecz na kartę Whatman FTA. W przeciwnym razie należy wykonać wymaz z kloaki.
- Położyć kaczkę na grzbiecie. Umożliwia to dostęp do kloaki i ułatwia pobieranie próbek. Kloaka to wystająca struktura znajdująca się pod brzuchem, blisko nasady ogona. Doświadczona osoba może jednocześnie trzymać ptaka i pobierać próbkę, w przeciwnym razie może pomóc druga osoba.
- Ostrożnie wprowadzić sterylny plastikowy wymazik z rayonu (Copan, Włochy) na głębokość około 1 cm i delikatnie nim zakręcić w kloace. Przetoczyć wymazik z cieczą z kloaki po powierzchni karty Whatman FTA. Po pobraniu próbki zaleca się niezwłoczne zwolnienie zwierzęcia.
- Suszyć karty FTA w temperaturze pokojowej przez co najmniej 1 h, a następnie przechowywać każdą próbkę oddzielnie w papierowych torebkach (np. kopertach). Przechowywanie jest możliwe w temperaturze pokojowej, ewentualnie z dodatkiem kulek krzemionkowych w wilgotnym klimacie. Inspektorzy ds. bezpieczeństwa biologicznego instytucji wysyłającej i odbierającej mogą zezwolić na wysyłkę kart FTA pocztą zwykłą, ponieważ patogeny stają się nieaktywne po kontakcie z powierzchnią karty FTA.
2. Izolacja RNA wirusa
- Wyodrębnić materiał z karty FTA, w tym kał/płyn z kloaki. Wyciąć trzy krążki za pomocą dziurkacza Harris 2 mm i umieścić je w dołku wolnej od RNaz płytki 96-dołkowej. Pomiędzy kolejnymi próbkami należy starannie oczyścić dziurkacz alkoholem i chusteczką Kim precision wipe (Kimtech). Zawsze należy stosować kontrole pozytywne i negatywne. Kontrola pozytywna może składać się ze szczepu laboratoryjnego świeżo naniesionego na kartę FTA lub z próbki naturalnej, o której wiadomo, że daje wynik pozytywny. Jako kontrolę negatywną należy wykorzystać krążki wycięte z pustej karty FTA. Dodatkowo należy pozostawić jeden wolny dołek dla kontroli PCR w późniejszym etapie eksperymentu (z wodą jako matrycą).
- Dodać 70μl roztworu do szybkiej ekstrakcji RNA (Ambion) i zgrzać płytkę termicznie (AbGene Thermo-Sealer). Inkubować przez 5 minut na potrząsarku do płytek w temperaturze pokojowej z prędkością, która nie powoduje rozlewania się cieczy (zależy to od modelu potrząsarki; należy przetestować wcześniej).
- Przeprowadzić izolację wirusowego RNA zgodnie z protokołami producenta przy użyciu zestawu MagMAX-96 viral RNA isolation kit (Ambion). W skrócie: do każdego dołka dodać 130μl przygotowanego roztworu lizującego/wiążącego (z zestawu). Przenieść 50μl wyekstrahowanego materiału z karty FTA do każdego dołka. Potrząsać płytką przez 1 minutę.
- Dodać 20μl przygotowanej mieszaniny kulek (z zestawu) do każdej próbki i wymieszać poprzez pipetowanie w górę i w dół. Potrząsać z określoną prędkością przez 5 minut. Cząsteczki RNA zwiążą się z kulkami magnetycznymi.
- Przenieść płytkę na magnetyczny statyw 96-dołkowy w celu wychwycenia kulek. W zależności od modelu statywu magnetycznego może to zająć ponad 5 minut. Gdy roztwór stanie się całkowicie przejrzysty, usunąć i odrzucić nadsącz. Następnie zdjąć płytkę ze statywu magnetycznego.
- Przemyć kulki dwukrotnie roztworem do mycia 1 i dwukrotnie roztworem do mycia 2 (z zestawu). W każdym z 4 etapów mycia dodać 150μl przygotowanego roztworu do mycia do każdej próbki, potrząsać przez 1 minutę z określoną prędkością, przenieść płytkę na statyw magnetyczny, wychwytywać kulki przez około 5 minut (lub do momentu, aż roztwór stanie się całkowicie przejrzysty), a następnie usunąć i odrzucić nadsącz. Następnie zdjąć płytkę ze statywu magnetycznego, dodać kolejny roztwór do mycia i przeprowadzić etapy mycia w ten sam sposób. Po ostatnim etapie mycia usunąć jak najwięcej roztworu do mycia i osuszyć kulki na powietrzu w temperaturze pokojowej na potrząsarce przez 2 minuty.
- Dodać 50μl buforu elucyjnego (z zestawu), aby uwolnić RNA z kulek, i potrząsać przez 4 minuty na potrząsarce do płytek. Wychwycić kulki w sposób opisany wcześniej. Nadsącz zawiera teraz wyizolowane RNA, które jest gotowe do dalszych zastosowań.
3. RT-PCR genu matrycy AIV
Przeprowadź reakcję odwrotnej transkrypcji i PCR (RT-PCR) z wykorzystaniem systemu One-Step Access RT-PCR (Promega) w objętości reakcji 25 μl (zmodyfikowano na podstawie Kraus et al.18 oraz Fouchier et al.22):
| Woda wolna od nukleaz | 1.5μl |
| Bufor AMV/Tfl5 | 5μl |
| dNTPs | 0.5μl |
| starter M52C22 (10 μM) | 2.5μl |
| starter M253R22 (10 μM) | 2.5μl |
| MgSO4 (25 mM) | 7μl |
| Odwrotna transkryptaza AMV (5u/μl) | 0.5μl |
| Polimeraza Tfl (5u/μl) | 0.5μl |
| Próbka RNA | 5μl |
Warunki PCR w termocyklerze Biometra T1 są następujące: wstępna odwrotna transkrypcja przez 45 minut w 45°C, a następnie wstępna denaturacja przez 2 minuty w 94°C oraz 40 cykli obejmujących: 94°C przez 1 minutę, 56°C przez 1 minutę i 68°C przez 2 minuty. Amplifikację kończy dodatkowa elongacja przez 7 minut w 68°C.
4. Przesiewanie próbek pozytywnych pod kątem AI oraz oczyszczanie docelowych fragmentów z żelu
- W celu wstępnej selekcji nanieś 2μl produktu PCR zmieszanego z 2μl barwnika do nakładania 5x (BioRad) i 6μl wody na żel agarozowy 1% (Roche) zabarwiony 1% bromkiem etydyny (2,5μl na 100 ml żelu).
- Elektroforezę prowadź przez 1 godzinę przy napięciu 120V, stosując marker wielkości DNA (BioRad EZ load 100 bp ladder); obraz uzyskaj za pomocą systemu dokumentacji żeli. Przykład przedstawiono na Rysunku 1.
- Wybierz próbki z fragmentami amplifikowanymi w oczekiwanym zakresie wielkości (między 200 bp a 300 bp; fragment docelowy ma 244 bp). Całą objętość mieszaniny PCR (pozostało ok. 23μl) tych kandydatów zmieszaj z 6μl barwnika do nakładania 5x i nanieś na żel agarozowy zabarwiony 2% bromkiem etydyny, a następnie prowadź elektroforezę przez 2 godziny.
- Umieść żel na transiluminatorze UV (Bioblock Scientific) i dokonaj oceny wizualnej. Przykład przedstawiono na Rysunku 2. Wytnij skalpelem prążki o prawidłowej wielkości i umieść je w oddzielnych probówkach reakcyjnych o pojemności 1,5 ml. Oczyść fragmenty z żelu, np. za pomocą zestawu Zymoclean Gel DNA Recovery Kit (Zymo Research).
5. Sekwencjonowanie i identyfikacja produktów PCR
- Przeprowadź sekwencjonowanie metodą Sangera fragmentów docelowych, np. na sekwenatorze kapilarnym ABI 3730 z wykorzystaniem chemii ABI Big Dye 3.1 (Applied Biosystems). Przygotuj reakcje sekwencjonowania w objętościach 10μl zawierających 10-20 ng oczyszczonego w żelu cDNA matrycowego, 1,75μl buforu rozcieńczającego 5x, 0,5μl premiksu Big Dye V3.1, 1 μl primera forward (M52C20, 10 mM) oraz ddH2O. Warunki cykliczności to: 1 min wstępnej denaturacji, a następnie 25 cykli: 10 s w 96°C, 5 s w 45°C i 4 min w 60°C. Oczyść i przygotuj reakcję sekwencjonowania zgodnie z wewnętrznymi protokołami.
- Zidentyfikuj otrzymane sekwencje cDNA w bazach danych nukleotydów, takich jak GenBank23, np. za pomocą narzędzi internetowych, takich jak BLAST w National Centre for Biotechnology Information (NCBI, http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi).
6. Reprezentatywne wyniki:
Kaczki krzyżówki (Anas platyrhynchos) zostały pobrane w obserwatorium ptaków w Ottenby w grudniu 2007 roku. Od każdej kaczki pobrano próbkę na kartę FTA zgodnie z opisem w niniejszym protokole. Po transporcie karty FTA były przechowywane w zamrażarce w temperaturze -20°C przez dwa lata. Jako kontrolę pozytywną wykorzystano tę samą próbkę z karty FTA izolatu laboratoryjnego badanego przez Kraus et al.18, a także dziewięć jego dziesięciokrotnych rozcieńczeń seryjnych. Dwie kontrole negatywne stanowiły: i) ekstrakcję z pustej karty FTA, aby sprawdzić, czy wystąpiło zanieczyszczenie krzyżowe z dziurkacza, oraz ii) reakcję RT-PCR, w której jako matrycę zastosowano wodę wolną od nukleaz, aby sprawdzić, czy doszło do kontaminacji podczas przygotowania lub w trakcie reakcji PCR.
Przeanalizowano 84 próbki. Zdjęcie żelu z produktami PCR z tych 84 próbek znajduje się na Rysunku 1. W próbkach naturalnych można zaobserwować liczne nieswoiste prążki ze względu na obecność różnych zanieczyszczeń mikrobiologicznych w kałach. Jednak docelowy fragment dla pary starterów ma długość 244 bp. Na żel naniesiono całą objętość reakcji PCR z podzbioru próbek, w których powstały fragmenty o rozmiarze zbliżonym do prawidłowego (między 200 bp a 300 bp) (Rysunek 1). Ilustracja przedstawiająca, które prążki zostały wycięte z żelu, znajduje się w Suplementary Figure 1. Oprócz kontroli pozytywnej, dwie z tych próbek (69899 i 69912) okazały się pozytywne zgodnie z nowym protokołem. Analiza BLAST w bazie nukleotydów NCBI wykazała, że są to geny macierzy AI (Rysunek 3), podczas gdy wszystkie pozostałe prążki najbardziej przypominały sekwencje bakteryjne lub w ogóle nie dały czytelnej sekwencji.

Rycina 1. Zdjęcie żelu z wstępnego przesiewu produktów PCR. Naniesiono 2 μl produktu PCR kontroli dodatniej, rozcieńczenia szeregowe kontroli dodatniej, dwie kontrole ujemne oraz 84 próbki z kloaki. 48 próbek przedstawiono na górnym panelu żelu, a 48 próbek na panelu dolnym. Czerwone strzałki wskazują ścieżki żelu wykorzystane do markeru wielkości DNA 100 bp. Na ilustracji czerwone okręgi wskazują prążki w oczekiwanym zakresie wielkości. Niebieskie okręgi wskazują nieswoisty amplikon (lewy górny róg) lub artefakt w postaci dimerów starterów o wielkości poniżej 100 bp (prawy dolny róg).

Rycina 2. Wybór próbek z fragmentami w odpowiednim zakresie wielkości. Wybrano próbki z prążkami pomiędzy 200 bp a 300 bp (docelowy fragment 244 bp). Zielona strzałka wskazuje kontrolę pozytywną, a dwie czerwone strzałki wskazują próbki, których pozytywny wynik pod kątem AIV został potwierdzony poprzez porównanie sekwencji cDNA z bazą nukleotydową NCBI.

Rycina 3. Zrzut ekranu reprezentacyjnego wyszukiwania BLAST w bazie NCBI. Jedna z sekwencji cDNA uzyskanych z wyciętych fragmentów została przeszukana w bazie nukleotydowej na stronie internetowej NCBI. Próbka została prawidłowo zidentyfikowana jako fragment genu AI Matrix. Aby wyświetlić obraz w pełnym rozmiarze, kliknij tutaj.

Rycina uzupełniająca S1. Prążki wybranych próbek wycięte z żelu. Zdjęcie to wykonano z żelu przedstawionego na Rycini 1 po wycięciu prążków kandydujących o wielkości od 200 bp do 300 bp.