Aqui, apresentamos um método de chip de microarray de DNA para identificar espécies de Mycobacterium , o que melhorará a precisão diagnóstica e a eficiência de doenças relacionadas para uso clínico.
Artigo de método
Aqui, apresentamos um método de chip de microarray de DNA para identificar espécies de Mycobacterium , o que melhorará a precisão diagnóstica e a eficiência de doenças relacionadas para uso clínico.
Este estudo apresenta um método de chip de microarray de DNA projetado para a identificação precisa de espécies de Mycobacterium . Aproveitando os princípios de amplificação e hibridização assimétrica de PCR, este método tem como alvo 17 micobactérias comuns, incluindo aquelas do complexo Mycobacterium tuberculosis e várias micobactérias não tuberculosas. É aplicável a uma ampla gama de amostras clínicas, como escarro, pus, fluido de lavagem broncoalveolar, líquido cefalorraquidiano e fluido de punção de pacientes com suspeita de doenças micobacterianas. O ensaio envolve a amplificação de sequências-alvo no genoma do Mycobacterium por meio de PCR assimétrica, seguida de hibridização com as sondas no chip de microarray. O arranjo exclusivo da sonda (repetido 5x em um microarray de 12 linhas x 10 colunas) e o uso de sondas de controle aumentam sua confiabilidade. Ensaios clínicos com 1.724 amostras demonstraram alto desempenho. O método alcançou 100% de especificidade clínica, sensibilidade e concordância geral em comparação com os resultados do sequenciamento, exceto por duas raras amostras de micobactérias não tuberculosas além de seu escopo de detecção. Este método de chip de microarray de DNA oferece uma melhoria significativa em relação às técnicas tradicionais de diagnóstico, encurtando o tempo de diagnóstico e proporcionando uma detecção mais abrangente, tendo assim um grande potencial no diagnóstico e tratamento de doenças micobacterianas.
Mycobacterium, um gênero de bactéria, abrange um grupo diversificado de organismos com implicações significativas para a saúde humana e animal. Mycobacterium tuberculosis, o agente causador da tuberculose (TB), tem sido um flagelo de saúde global de longa data. Apesar de décadas de esforços na prevenção e tratamento, a TB continua sendo uma grande ameaça à saúde pública, responsável por um número impressionante de mortes anuais e novas infecções em todo o mundo 1,2. As micobactérias não tuberculosas (MNT) também são cada vez mais reconhecidas como patógenos importantes, especialmente em populações específicas de pacientes e ambientes ambientais.
A identificação precisa das espécies de Mycobacterium é a pedra angular do manejo eficaz da doença 3,4. Os métodos diagnósticos tradicionais têm limitações inerentes. As técnicas baseadas na cultura, que historicamente têm sido utilizadas, são notoriamente demoradas. O processo de isolamento e cultura de micobactérias pode levar de semanas a meses, durante os quais os pacientes podem experimentar progressão da doença e potencial transmissão para outras pessoas. Além disso, algumas espécies de micobactérias são extremamente difíceis de cultivar, levando a resultados falso-negativos e tratamento tardio ou incorreto 5,6.
A coloração álcool-ácido resistente, outro método comumente usado, pode identificar micobactérias com base em suas propriedades únicas da parede celular que resistem à descoloração. No entanto, falta a especificidade para distinguir entre diferentes espécies de Mycobacterium , fornecendo apenas uma indicação ampla da presença de micobactérias7. Métodos moleculares como a reação em cadeia da polimerase (PCR) têm surgido como alternativas para superar algumas dessas desvantagens. A PCR pode detectar DNA micobacteriano mais rapidamente do que os métodos de cultura, permitindo um diagnóstico mais rápido. No entanto, os ensaios convencionais de PCR geralmente visam um número limitado de genes e podem não oferecer uma identificação abrangente das espécies, especialmente quando se trata de espécies de Mycobacterium intimamente relacionadas5.
A tecnologia de microarray de DNA revolucionou os campos da microbiologia e diagnóstico. Ele oferece a capacidade de analisar simultaneamente múltiplos alvos genéticos, fornecendo uma visão mais abrangente e detalhada da população microbiana 8,9. Pesquisas recentes nesta área iluminaram ainda mais o potencial e a importância de técnicas moleculares avançadas para a identificação de Mycobacterium. Por exemplo, um estudo de Wang et al.10 demonstrou a sensibilidade e especificidade aprimoradas de um chip de microarray de DNA modificado na detecção de espécies raras de Mycobacterium em um ambiente clínico. Suas descobertas enfatizaram o valor da otimização contínua da tecnologia de microarray. Outro estudo de Wang e colegas11enfocou a integração de dados de microarranjos de DNA com resultados clínicos em pacientes com TB. Os resultados forneceram informações sobre o valor prognóstico da identificação precisa das espécies de Mycobacterium e o potencial da medicina personalizada.
Princípio de teste
Este kit emprega a tecnologia de chip de microarray de DNA, combinada com a amplificação da reação em cadeia da polimerase assimétrica (PCR) e princípios de hibridização, para a identificação de espécies de Mycobacterium . O kit inclui um chip de identificação de espécies de Mycobacterium e reagentes de amplificação de PCR assimétricos. O chip é fixado com sondas específicas para a detecção e identificação de espécies de Mycobacterium . Os alvos de detecção incluem 17 espécies ou grupos clinicamente comuns, como o complexo Mycobacterium tuberculosis , Mycobacterium intracellulare, Mycobacterium avium, Mycobacterium gordonae, Mycobacterium kansasii, Mycobacterium fortuitum, Mycobacterium scrofulaceum, Mycobacterium flavescens, Mycobacterium terrae, Mycobacterium chelonae e Mycobacterium abscessus, Mycobacterium phlei, Mycobacterium nonchromogenicum, Mycobacterium marinum e Mycobacterium ulcerans, Mycobacterium aurum, Mycobacterium szulgai e Mycobacterium malmoense, Mycobacterium xenopi e Mycobacterium smegmatis.
A detecção dessas 17 espécies de Mycobacterium é fundamental para um diagnóstico clínico preciso e gerenciamento personalizado do paciente. O complexo Mycobacterium tuberculosis (MTBC) é priorizado devido ao seu papel na tuberculose, necessitando de isolamento imediato e poliquimioterapia para conter a transmissão e abordar a resistência aos medicamentos. Espécies dentro do complexo Mycobacterium avium-intracellulare (MAC), como M. avium e M. intracellulare, afetam predominantemente indivíduos imunocomprometidos (por exemplo, HIV/AIDS) ou aqueles com doença pulmonar crônica, exigindo regimes prolongados baseados em macrolídeos. Micobactérias de crescimento rápido (RGMs) como M. abscessus e M. fortuitum são notórias por resistência a antibióticos e geralmente causam infecções graves na pele, tecidos moles ou pulmonares, exigindo combinações agressivas de cirurgia e antibióticos direcionados (por exemplo, amicacina, macrolídeos). Espécies ambientais como M. gordonae ou M. smegmatis são contaminantes frequentes, mas podem causar infecções oportunistas em contextos específicos, exigindo correlação clínica cuidadosa para evitar tratamento desnecessário. Patógenos como M. marinum (associado à exposição aquática) e M. ulcerans (causador de úlcera de Buruli) têm nichos epidemiológicos distintos, orientando as avaliações do histórico de exposição. Espécies raras, mas clinicamente relevantes (por exemplo, M. szulgai, M. malmoense) mimetizam a tuberculose e requerem esquemas específicos para cada espécie. A identificação precisa é fundamental, pois a duração do tratamento, a seleção do medicamento (por exemplo, sensibilidade à rifampicina em M. kansasii vs. resistência intrínseca em MNTs) e o prognóstico variam drasticamente. O diagnóstico molecular e o teste de suscetibilidade antimicrobiana são essenciais para otimizar os resultados, particularmente em populações imunocomprometidas ou infecções complexas.
Primeiro, as sequências-alvo no genoma do Mycobacterium são amplificadas por meio de PCR assimétrica. Em seguida, os produtos amplificados são hibridizados com as sondas no chip. Se o Mycobacterium alvo estiver presente na amostra, os produtos amplificados se ligarão especificamente às sondas correspondentes no chip. Finalmente, ao escanear os sinais de hibridização no chip, as espécies de Mycobacterium na amostra podem ser determinadas.
Usando a tecnologia de micro-array de chips genéticos, sondas específicas para detectar os genes mencionados e várias sondas de controle são fixadas no substrato. Cada sonda de detecção e sonda de controle é repetida 5x, formando um microarray de 12 linhas x 10 colunas. O arranjo da sonda é mostrado na Figura 1. Cada chip contém quatro microarrays idênticos e cada microarray pode detectar uma amostra.
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Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Quanzhou First Hospital Afiliado à Fujian Medical University (Aprovação nº 2024-K035). O consentimento informado foi obtido de todos os pacientes antes da coleta das amostras clínicas. Os pacientes foram informados sobre o objetivo do estudo, os procedimentos envolvidos e seu direito de desistir a qualquer momento sem afetar seus cuidados médicos.
1. Requisitos de amostra
NOTA: Ao coletar amostras de pacientes com suspeita clínica de tuberculose e doenças de micobactérias não tuberculosas (MNT) para teste com este kit, siga estas etapas:
2. Preparação do experimento
3. Preparação de instrumentos e materiais
4. Extração de ácido nucleico
NOTA: Realize a operação na área de preparação da amostra e siga estas etapas:
5. Amplificação por PCR
6. Hibridização de chips
NOTA: Antes que a reação de amplificação de PCR termine, execute as seguintes operações:
7. Digitalização de chips e interpretação de resultados
NOTA: Use o scanner de chip de microarray e o software correspondente para ler sinais e interpretar os resultados. Consulte também a Tabela 1 para obter resultados anormais e solução de problemas. Siga estas etapas para operar (consulte os manuais do usuário do scanner e do software).
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Resultados positivos
Para as sondas do gênero Mycobacterium (controle interno, CI) e Mycobacterium tuberculosis, seus valores de resultados positivos são determinados pelo método Receiver Operating Characteristic (ROC). Para as sondas usadas para detectar as outras 16 NTM, seus valores de resultados positivos são determinados pelo método do percentil.
Controle de qualidade experimental
O resultado da detecção do produto de controlo posi...
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O método de chip de microarray de DNA introduzido neste artigo pode detectar diretamente ácidos nucléicos em amostras clínicas (incluindo escarro, pus, fluido de lavagem broncoalveolar, líquido cefalorraquidiano e fluido de punção) de pacientes com suspeita de tuberculose e micobacteriose não tuberculosa e pode reduzir significativamente o tempo para o diagnóstico confirmado. O método de chip de microarranjo de DNA apresentado neste estudo representa um avanço significativo na identifica...
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Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Este trabalho foi apoiado pelo Projeto da Fundação de Ciências Naturais da Província de Fujian (2024J011521) e pelo Projeto do Plano de Ciência e Tecnologia de Quanzhou (2024NY006).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Injeção de cloreto de sódio a 0,9% (NaCl) | FuZhou HAIWANGFUYAO | H35020289 | |
| Aparelhos de amplificação da Applied Biosystems | Thermo Fisher Científico | Termociclador Veriti de 96 poços | |
| CapitalBio LuxScan10K/B | CapitalBio | LuxScan10K/B | |
| CapitalBio SlideWasher 24 | CapitalBio | SlideWasher 24 | |
| Centrífuga | Eppendorf | 5424R | MaX.speed 15000 min-1 |
| Tampão de hibridização | |||
| Chip e tampa do microarray do gene HybSet | |||
| Kit de identificação de espécies de Mycobacterium | CapitalBio | 301030 | |
| Controlos negativos, controlos positivos | |||
| Extrator de ácidos nucleicos | TIANLONG | GeneRotex 96 | |
| Reagente de amplificação por PCR | |||
| Tampão fosfato pH 6,8 | Xangai yuanye Bio-Tecnologia | R20029-10 | |
| Pipetadores e pontas | Thermo Científico | 0,1 - 10 μ L, 2 - 20 μ L e 20 - 200 μ L, 100-1000 μ L | |
| qEx-DNA/RNA Kit de extração ou purificação de ácidos nucleicos | TIANLONG | qEx-DNA/RNA | |
| SDS | CapitalBio | 441060 | |
| Hidróxido de sódio (NaOH) | XILONGS Científico | XK13-011-00027 | |
| CCD | CapitalBio | 441050 | |
| banho-maria termostático | SURUÍ | HH-W600 |
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