Kağıt Tabanlı Toehold Anahtarı Tanılamanın Geliştirilmesi ve Hasta Doğrulaması için Tasarımdan Uygulamaya Çalışma

RT-qPCR, mükemmel duyarlılığı ve özgüllüğü nedeniyle klinik teşhis için altın standart teknoloji olmaya devam etmiştir. Son derece sağlam olmasına rağmen, yöntem sıcaklık kontrollü dağıtım ve depolama gerektiren pahalı, özel ekipman ve reaktiflere bağlıdır. Bu, özellikle hastalık salgınları zamanlarında ve iyi donanımlı laboratuvarlara erişimin^{sınırlı olduğu} bölgelerde ^1,2 küresel olarak kaliteli teşhisin erişilebilirliğinin önünde önemli engeller sunmaktadır. Bu, Brezilya'daki 2015/2016 Zika virüsü salgını sırasında gözlendi. RT-qPCR testi sağlamak için yalnızca beş merkezi laboratuvar bulunduğundan, tanılamaya erişimi sınırlayan önemli darboğazlar ortaya çıktı. Bu, özellikle salgından daha ciddi şekilde etkilenen kentsel ortamlardaki bireyler için zorlayıcıydı ^3,4. Tanılamaya erişimi iyileştirmek amacıyla protokol, düşük kaynak ayarlarında merkezi olmayan, düşük maliyetli ve yüksek kapasiteli tanılama sağlama potansiyeli ile geliştirilmiş bir platform göstermektedir. Bunun bir parçası olarak, izotermal amplifikasyon ve sentetik RNA anahtar tabanlı sensörleri kağıt tabanlı hücresiz ekspresyon sistemleri ile birleştiren bir teşhis keşif boru hattı kuruldu ^5,6.

Hücresiz protein sentezi (CFPS) sistemleri, özellikle E. coli bazlı hücresiz sistemler, çevresel izleme ^7,8'den patojen teşhisine kadar çok çeşitli biyo-algılama uygulamaları için çekici bir platformdur 5,6,9,10,11,12 . Transkripsiyon ve translasyon için gerekli bileşenleri içeren CFPS sistemleri, tüm hücre biyosensörlerine göre önemli avantajlara sahiptir. Spesifik olarak, algılama bir hücre duvarı ile sınırlı değildir ve genel olarak, tasarımda modülerdir, biyogüvenli, ucuzdur ve taşınabilir kullanım için dondurularak kurutulabilir. Gen devresi tabanlı reaksiyonları kağıt veya tekstil gibi substratlara dondurma-kurutma yeteneği, taşıma, oda sıcaklığında uzun süreli depolama⁵ ve hatta giyilebilir teknolojiye dahil edilmesini sağlar¹³.

Önceki çalışmalar, E. coli hücresiz sistemlerin, cıva gibi toksik metaller, tetrasiklin 7,14 gibi antibiyotikler, endokrin bozucu kimyasallar 15,16, hippurik asit 17 gibi biyobelirteçler^, patojenle ilişkili çekirdek algılama molekülleri ^9,18 ve kokain¹⁷ gibi yasadışı maddeler ve gama hidroksibutirat (GHB)¹⁹ gibi yasadışı maddeler gibi çok sayıda analiti tespit etmek için kullanılabileceğini göstermiştir. . Nükleik asitlerin diziye özgü tespiti için, stratejiler çoğunlukla izotermal amplifikasyon tekniklerine bağlı anahtar tabanlı biyosensörlerin kullanımına dayanmaktadır. Toehold anahtarları, ribozomal bağlanma bölgesini (RBS) ve başlangıç kodonunu ayırarak aşağı akış çevirisini engelleyen bir saç tokası yapısı içeren sentetik riborgülatörlerdir (metnin geri kalanında basitçe 'anahtarlar' olarak da adlandırılır). Hedef tetikleyici RNA'ları ile etkileşime girdikten sonra, saç tokası yapısı rahatlar ve daha sonra bir muhabir açık okuma çerçevesinin çevirisi sağlanır²⁰.

İzotermal amplifikasyon moleküler tanı²¹ olarak da kullanılabilir; Bununla birlikte, bu yöntemler spesifik olmayan amplifikasyona eğilimlidir, bu da özgüllüğü ve dolayısıyla testin doğruluğunu RT-qPCR ^22'nin altına düşürebilir. Burada bildirilen çalışmada, anahtar tabanlı sensörlerin yukarı akış izotermal amplifikasyonu, nükleik asitlerin (femtomolar ila attomolar) klinik olarak ilgili tespitini sağlayan kombine sinyal amplifikasyonu sağlamak için kullanılmıştır. İki yöntemin bu eşleşmesi, kombinasyon halinde, yüksek düzeyde özgüllük sağlayan iki diziye özgü kontrol noktası da sağlar. Bu yaklaşımı kullanarak, önceki çalışmalar Zika⁶, Ebola⁵, Norovirüs 10 gibi virüslerin yanı sıra C. difficile²³ ve antibiyotiğe dirençli Tifo¹² gibi patojenik bakterilerin tespitini göstermiştir. Son zamanlarda, COVID-19 pandemisi için erişilebilir teşhis sağlama çabalarında SARS-CoV-2 tespiti için hücresiz ayak parmağı anahtarları gösterilmiştir^11,12,13.

Aşağıdaki protokol, in silico biyosensör tasarımından montaj ve optimizasyon adımlarına, hasta örnekleriyle saha doğrulamasına kadar Zika virüsü tespiti için hücresiz, kağıt bazlı sentetik ayak parmağı anahtar testinin geliştirilmesini ve doğrulanmasını özetlemektedir. Protokol, RNA ayak parmağı anahtar tabanlı sensörlerin ve Zika viral RNA'ya özgü izotermal amplifikasyon primerlerinin in silico tasarımı ile başlar. Çok sayıda izotermal amplifikasyon yöntemi mevcut olmasına rağmen, burada reaksiyonda bulunan viral RNA hedefinin konsantrasyonunu arttırmak için nükleik asit dizisine dayalı amplifikasyonun (NASBA) kullanımı klinik olarak anlamlı duyarlılık sağlamıştır. Pratik olarak, izotermal amplifikasyon yöntemleri, sabit bir sıcaklıkta çalışma avantajına sahiptir ve genellikle merkezi konumlarla sınırlı olan termal döngüleyiciler gibi özel ekipmanlara olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Daha sonra, sentetik ayak parmağı anahtar sensörlerinin örtüşme uzatma PCR aracılığıyla muhabir kodlama dizileri ile birleştirilmesi ve sentetik RNA kullanan hücresiz sistemlerde optimum performans için sentetik ayak parmağı anahtar sensörlerinin taranması işlemi açıklanmaktadır. Bu Zika virüsü sensörleri seti için, kolorimetrik bir substrat olan klorofenol kırmızı-β-D-galaktopiranosid (CPRG) ile göz veya plaka okuyucu ile tespit edilebilen sarıdan mora renk değişimi üretmek için β-galaktosidaz enzimini kodlayan lakZ genini seçtik. En iyi performans gösteren sentetik anahtarlar belirlendikten sonra, en iyi hassasiyeti sağlayan setleri bulmak için sentetik RNA kullanarak karşılık gelen hedef dizinin nükleik asit dizisi tabanlı izotermal amplifikasyonu için primerlerin taranması işlemi açıklanmaktadır.

Son olarak, teşhis platformunun performansı Latin Amerika'da yerinde doğrulanmıştır (Şekil 1). Klinik tanısal doğruluğu belirlemek için, kağıt tabanlı hücresiz tahlil, hastalardan alınan Zika virüsü örnekleri kullanılarak gerçekleştirilir; paralel olarak karşılaştırma için altın standart RT-qPCR testi yapılır. Kolorimetrik hücresiz tahlilleri izlemek için, termal döngücülerin bulunmadığı bölgelerdeki sonuçların yerinde ölçülmesini sağlıyoruz. Portable, Low-Cost, User-friendly, Multimodal (PLUM; bundan böyle portatif plaka okuyucu olarak anılacaktır) olarak adlandırılan elle monte edilmiş plaka okuyucu da burada tanıtılmaktadır²⁴. Başlangıçta hücresiz sentetik ayak parmağı anahtarı tanılaması için tamamlayıcı bir cihaz olarak geliştirilen taşınabilir plaka okuyucu, sonuçları yüksek verimli bir şekilde inkübe etmek ve okumak için erişilebilir bir yol sunarak, kullanıcılar için entegre, bilgisayar görüşü tabanlı yazılım analizi sağlar.

Şekil 1: Kağıt tabanlı hücresiz ayak parmağı anahtarı reaksiyonlarını kullanarak hasta örneklerini test etmek için iş akışı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. 

İnsan katılımcıları içeren tüm prosedürler, Dünya Tabipler Birliği Helsinki Deklarasyonu tarafından belirlenen insan denekleri içeren tıbbi araştırmalar için etik ilkeler de dahil olmak üzere etik standartlara ve ilgili yönergelere uygun olarak yürütülmelidir. Bu çalışma, insan araştırmaları etik komitesi tarafından CAAE: 80247417.4.0000.5190 lisans protokol numarası altında onaylanmıştır. Bu çalışmaya dahil edilen tüm hastaların bilgilendirilmiş onamları, Fiocruz-PE Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından tanısal örnekler için feragat edilmiştir.

NOT: PLUM cihazı bundan böyle 'taşınabilir plaka okuyucu' olarak anılacaktır.

1. Nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primerlerinin hesaplamalı tasarımı

1. Genomik diziyi NCBI / Nükleotid BLAST 25,26'ya koyarak yaklaşık 200 nükleotid (nt) ila 300 nt uzunluğunda amplifikasyon için bir dizi aday bölgeyi tanımlamak için Zika genomunu tarayın. Genomu referans RNA dizileriyle karşılaştırın (refseq_rna) ve yüksek oranda korunmuş kalan ve insan genomu ile homolojisi olmayan bölgeleri arayın (diğer BLAST parametreleri değişmeden kalır). Sentetik ayak parmağı tutma anahtarını tasarlamak için en az iki site seçin.
2. Her aday amplifikasyon bölgesi için ileri ve geri nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primer çiftleri üretmek için Deiman ve ^ark.27'nin seçim kriterlerini kullanın. Kısacası, astarları tasarlamak için şu kriterleri izleyin: (1) GC içeriği% 40 -% 60 arasında; (2) DNA erime sıcaklığı 41 °C'nin üzerinde olan 20 ila 24 nt uzunluğunda; (3) dört veya daha fazla özdeş nükleotidin çalışmaması; (4) son 3' nükleotid bir A bazıdır; (5) Düşük primer sekonder yapı ve dimer oluşum olasılığı. Her hedef bölge için 8-10 primer çifti tarayın (önerilir).
3. T7 promotör dizisi AATTCTAATACGACTCACTATAGGG AGAAGG(T7 promoter dizisinin altı çizili) içeren önek dizisini, T7 RNA polimeraz (RNAP) kullanılarak amplikonların transkripsiyonuna izin vermek için ileri primerlerin 5' ucuna ekleyin. Primerleri bir DNA sentez şirketinden DNA oligoları olarak sipariş edin.

2. Ayak parmağı anahtarlarının hesaplamalı tasarımı

1. 29 web sitesindeki talimatlara dayanarak NUPACK²⁸ sürüm^3.2'yi (nükleik asit tasarım paketi) yükleyin. Programlama dili olarak bir UNIX işletim sistemi ve MATLAB (sayısal bilgi işlem platformu) kullanın (önerilen).
2. Adım 1.1'de olduğu gibi ayak parmağı anahtarı tasarımları için ilgilenilen patojene özgü hedef dizileri (örneğin, viral genom) tanımlayın. Adım 1.2'de oluşturulan nükleik asit dizisi tabanlı amplikonlardan Zika hedef dizilerini seçin.
   NOT: Uygulamada, kullanıcıların ihtiyaçlarına bağlı olarak, önce nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primerleri veya sentetik ayak parmağı anahtarları tasarlanabilir ve test edilebilir. Belirli hedef bölgeler zaten belirlenmişse (örneğin, mevcut yayınlardan veya teşhis protokollerinden), önce ayak parmağı anahtarı tasarımı ve taraması yapılabilir, ardından nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primerleri için tasarım ve tarama yapılabilir. Belirlenmiş bir hedef bölge yoksa, primer amplifikasyon verimliliğini seçerken tercih edilen hedefleri daraltmak için ilk önce nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primerlerini tam genoma karşı tarayın. Patojen için çoklu diziler mevcutsa, yüksek oranda korunmuş bölgelere odaklanan nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primerleri tasarlamak en iyisidir (tüm genomu taramak yerine).
3. Gerekli MATLAB yazılımını bilgisayara indirin ve yükleyin.
4. Nükleik asit tasarım paketi işlevlerinin yazılımda çağrılmasına izin vermek için ortam değişkenlerini ayarlayın. Bunu yapmak için, yazılımı açın ve ardından varsayılan çalışma klasöründe bir startup.m dosyası açın (veya oluşturun). Ardından, aşağıdaki kod satırlarını startup.m dosyasına kopyalayın ve son olarak, nükleik asit tasarım paketi ikili dosyalarını içeren klasörü PATH'e ekleyin:
   NUPACKINSTALL = '/Users/[user_name]/.../nupack3.2.2';
   setenv('NUPACKINSTALL',NUPACKINSTALL);
   setenv('PATH',[getenv('PATH'),sprintf(':%s/build/bin',NUPACKINSTALL)]);
5. Sayısal bilgi işlem platformu yazılımını açın ve tasarım yazılımı klasörüne gidin. https://github.com/AlexGreenLab/TSGEN'dan erişilebilen tasarım algoritmalarını çalıştırın.
6. Hedef dizileri, giriş alt klasöründe bulunan design_input_file.csv girin. Girişler, Tablo 1'de tanımlandığı gibi Ad, Dış sıra, İç sıra, Sıcaklık, Çıkış adı ve Çıkış sırasını içerir. Hedef için henüz bir astarlama bölgesi belirlenmemişse, iç ve dış dizileri aynı tutun. Tasarım sürecinde muhabirin sadece ilk 29 nt'si dikkate alınacaktır. İşiniz bittiğinde, güncellenmiş e-tabloyu kaydedin ve kapatın.
   NOT: Çıkış dizisi, tahlil için kullanılması planlanan muhabir proteininin dizisidir (örneğin, lacZ). İç ve dış dizilerin belirtilmesi, algoritmanın astarlardan herhangi biriyle çakışan sentetik ayak parmağı anahtarları üretmemesini sağlar. Ayrıca, tahlilin özgüllüğünü geliştirmek için Zika genomundaki üç benzersiz bölgeyi tanımasını sağlar.
7. Tasarım işlevi için kullanılacak parametreleri seçin: toehold_switch_design_run(num_designs,input_file, options). Parametre değerlerini şu şekilde doldurun:
   1. num_designs - yazılım tarafından her hedef çıktı için en iyi tasarımların sayısı. Varsayılan değer 6'dır ve gerektiğinde değiştirilebilir (her hedef için en az altı tasarım önerilir).
   2. input_file - bu parametre, giriş sırası bilgilerini sağlayan dosyanın adını belirtir. Varsayılan değer 'design_input_file.csv'dir ve gerektiğinde değiştirilebilir.
   3. Aşağıdaki seçeneklerden birini belirleyin - (1) SeriA ve SeriB: kodun oluşturacağı toehold anahtarının sürümleri. Zika virüsü tanılama^6'da kullanılan format olan B serisi ayak parmağı anahtarını oluşturmak için Seri B'yi 1'e ve Seri A'yı 0'a ayarlayın; (2) Paralel: tasarımları hesaplamak için birden fazla çekirdeği kullanmak için 1'e ayarlayın; aksi takdirde, 0 olarak ayarlayın; (3) Antisense: Hedef girişin antisens dizisini (yani ters tamamlayıcıyı) melezleştiren ayak parmağı anahtarları oluşturmak için 1'e ayarlayın; aksi takdirde, 0 olarak ayarlayın.
8. Seçilen parametreleri kullanarak tasarım işlevini çalıştırın: toehold_switch_design_run(num_designs,input_file,options). Algoritma daha sonra ilgilenilen hedefler için ayak parmağı anahtarı tasarımlarını oluşturmaya başlayacaktır.
9. Tasarım tamamlandıktan sonra, üst ayak parmağı anahtarı tasarım dizilerini ve final_designs klasöründeki ilgili hedef dizileri .csv biçimli elektronik tablolar biçiminde bulun. Algoritma tarafından oluşturulan ayak parmağı anahtarı DNA dizileri, 5' ucunda T7 promotör dizisini ve 3' ucunda korunmuş 21 nt bağlayıcı dizisi AACCTGGCGGCAGCCAAAAG'ı içerecektir.
10. Elde edilen üst ayak parmağı anahtarı tasarım dizilerini NCBI-BLAST'a koyarak ve dizi homolojisini kontrol ederek diğer yaygın virüslere karşı tarayın. %40 veya daha az homolojiye sahip dizileri kabul edin.
11. Ayak parmağı anahtarı saç tokası dizilerini DNA oligoları olarak sıralayın ve daha sonra bunları muhabir geni ile tamamen işlevsel anahtarlar halinde birleştirin. Tercih edilen raportör proteinine bağlı olarak sonraki sensör montajı için gerekli PCR primerlerini sipariş edin.

Tablo 1: Toehold switchdesign yazılımında kullanılan her parametrenin tanımı.

3. PCR ile ayak parmağı anahtarlarının yapımı

NOT: Bu adımlarda, üst üste binen uzatma PCR ile LacZ ayak parmağı anahtarlarının yapısı açıklanmaktadır. Burada, DNA oligo ileri astar olarak kullanılır ve T7 sonlandırıcı ters astar olarak kullanılır. pCOLADuet-LacZ plazmidini lacZ geni için bir şablon olarak kullanıyoruz (addgene: 75006). Karşılık gelen diziyi içeren diğer DNA şablonları, T7 sonlandırıcısının son yapıya dahil edilmesi koşuluyla şablon olarak kullanılabilir.

1. Ticari sağlayıcıdan sentetik DNA oligoları alındıktan sonra, nükleaz içermeyen suda 10 μM'lik bir konsantrasyonda sentetik DNA ve ters amplifikasyon astarı çözeltileri hazırlayın. Reaksiyonları Tablo 2'ye göre buz üzerindeki PCR tüplerinde birleştirin.
   NOT: PCR birimleri gerektiği gibi ölçeklendirilebilir. Ek bir plazmid çıkarma adımına veya arka plan LacZ sinyaline ihtiyaç duymamak için minimum miktarda (0.1-1 ng) pCOLADuet-LacZ DNA şablonu kullanın. Daha yüksek DNA şablonu miktarları için, artık plazmid şablonunu çıkarmak için PCR'yi bir DpnI kısıtlama enzim sindirimi ile takip edin.
2. Reaksiyonları, Tablo 3'te listelenen döngü koşullarını izleyerek bir termal döngüleyiciye yerleştirin. PCR ürünlerini bir agaroz jeli üzerinde analiz edin (Şekil 2; bakınız Ek Protokol ve³⁰).
3. PCR ürünlerini, spin kolon bazlı bir PCR saflaştırma kiti kullanarak saflaştırın ve üreticinin talimatlarına göre DNA'yı 15-30 μL nükleaz içermeyen suda etkisiz hale getirin. DNA'yı bir spektrofotometre kullanarak sayısallaştırın.

Tablo 2: Toehold anahtarları oluşturmak için kullanılan PCR bileşenleri.

Tablo 3: PCR ile ayak parmağı anahtarlarının yapımı sırasında kullanılan bisiklet koşulları.

4. Sentetik RNA hedefinin hazırlanması (Tetik)

1. Bir moleküler biyoloji tasarım yazılımı kullanarak, sentetik tetikleyici RNA şablonlarını (adım 1.1'de seçilen) bir yukarı akış T7 promotör dizisi içerecek şekilde değiştirin ve tam şablonun kısa kalmasını sağlayın (<200 bp). tetik dizisi astarını yükseltmek için ileri ve geri astarlar tasarlayın (oligo dizileri lütfen Ek Protokol'e bakın).
2. Dizileri DNA oligoları olarak sıralayın. Alındıktan sonra, sentetik tetikleyici DNA'yı ve amplifikasyon primerlerini nükleaz içermeyen suda 10 μM'ye yeniden oluşturun. Karşılık gelen PCR'leri Tablo 2'ye göre buz üzerindeki ince duvarlı tüplerde birleştirin ve şablon DNA olarak tetikleyici DNA ultramerinin 0.5 μL'sini (0.1 μM'lik son konsantrasyon) kullanın.
3. Reaksiyonları bir termal bisikletçiye yerleştirin ve Tablo 3'te listelenen bisiklet koşullarını kullanın. 15 sn'lik bir uzatma süresi kullanın. Kaliteyi değerlendirin ve tetikleyici PCR ürünlerini adım 3.3 ve Ek Protokol'de açıklandığı gibi saflaştırın.
   NOT: İşlemi hızlandırmak için, kolon saflaştırılmış tetik PCR ürünleri doğrudan ilk ayak parmağı tutma anahtarı taraması için de kullanılabilir.

5. Seçilen tetik dizilerinin in vitro transkripsiyonu

1. Reaksiyon bileşenlerini buz üzerinde Tablo 4'e göre monte edin.
2. 4 saat boyunca 37 ° C'de in vitro transkripsiyon (IVT) reaksiyonlarını inubate edin, ardından şablon DNA'yı çıkarmak için DNaz I tedavisi uygulanır. DNaz I adımı için, 70 μL nükleaz içermeyen su, 10 μL 10x DNaz I Tamponu ve 2 μL DNaz I (RNaz içermeyen) ekleyin ve 15 dakika boyunca 37 ° C'de inkübe edin. Hemen adım 5.4'e geçmezseniz, DNase I'i 50 mM EDTA ilavesiyle devre dışı bırakın ve 10 dakika boyunca 65 ° C'de ısı inaktivasyonu yapın.
3. İsteğe Bağlı Adım: Ek Protokolde açıklandığı gibi RNA kalitesini değerlendirmek için IVT ürünlerinde denatüre poliakrilamid jel elektroforezi (örneğin, üre-PAGE) analizi gerçekleştirin.
4. Tetikleyici IVT ürünlerini, üreticinin talimatlarına göre kolon tabanlı bir RNA temizleme kiti kullanarak saflaştırın ve ardından spektrofotometri kullanarak RNA konsantrasyonunu ve saflığını ölçün. RNA'nın molaritesinin ve kopya numarasının/μL'sinin nasıl belirleneceğine ilişkin talimatlar için Ek Protokol'e bakınız.

Tablo 4: Seçilen tetik dizilerinin in vitro transkripsiyonu (IVT).

6. Anahtarların ilk taraması

NOT: Bu bölümde, hücre serbest, kağıt tabanlı ayak parmağı tutma anahtarı tepkilerinin ayarlanmasıyla ilgili adımlar ve yüksek performanslı ayak parmağı tutma anahtarlarının nasıl taranacağı açıklanmaktadır. Adım 6.10'da kullanılan BSA bloke filtre kağıdı, Ek Protokol'de açıklandığı gibi önceden hazırlanmalıdır.

1. 25 mg tozu 1 mL nükleaz içermeyen suda çözerek bir CPRG stok çözeltisi hazırlayın. Çözeltiyi her zaman buz üzerinde tutun ve uzun süreli kullanım için -20 ° C'de saklayın.
2. Ayarlanacak reaksiyon sayısını belirleyin. Değerlendirilen her ayak parmağı anahtarı için, ana karışımdan kaynaklanabilecek herhangi bir arka plan sinyalini hesaba katmak için şablon kontrolü (anahtar yok ve hedef RNA yok - aksi takdirde hücresiz tek başına kontrol olarak bilinir) ekleyin. Hedef RNA'nın yokluğunda arka plan anahtarı sızıntısını veya KAPALI hızını değerlendirmek için yalnızca bir anahtar kontrolü ekleyin.
3. Tablo 5'te listelenen standart protokole göre buz üzerinde çözelti A, çözelti B, RNaz inhibitörü ve CPRG'nin hücresiz reaksiyon ana karışımını bir araya getirin.
   NOT: Burada açıklanan adımlar, pipetleme hatasını hesaba katmak için %10 hacim eklenmiş üçlü 1,8 μL reaksiyon seti için yeterli olacak bir ana karışım içindir. Ana karışım hacmi, taranan ayak parmağı düğmelerinin sayısına bağlı olarak gerektiği gibi ayarlanmalıdır.
4. Her üçlü hücresiz reaksiyon için, ana karışımı bir PCR tüpüne dağıtın ve tüm tüpleri buz üzerinde tutun. Tek başına hücresiz kontrol olarak ayrılan tüp için, 5.84 μL'lik son hacme nükleaz içermeyen su ekleyin, yukarı ve aşağı pipetleyerek karıştırın ve kısa bir süre santrifüj yapın. Tüplerin geri kalanı için, PCR saflaştırılmış ayak parmağı anahtarı DNA'sını 33 nM'lik bir son konsantrasyona ekleyin.
5. Tek başına anahtar kontrolleri olarak ayrılan tüpler için, 5.84 μL'lik son hacme nükleaz içermeyen su ekleyin. Ayak parmağı anahtarını ve hedef RNA kombinasyonunu test etmek için ayrılan tüpler için, in vitro transkribe edilmiş hedef RNA'yı 1 μM'lik bir son konsantrasyona ekleyin. Ardından, 5.84 μL'lik son bir hacme nükleaz içermeyen su ekleyin. yukarı ve aşağı pipetleyerek, tüm reaksiyonları iyice karıştırın ve kısa bir süre santrifüj yapın.
6. 384 kuyucuklu siyah, berrak dipli bir plaka üzerindeki reaksiyon kuyularını çevreleyen kuyucuklara 30 μL nükleaz içermeyen su ekleyin. Bu, deney boyunca buharlaşmayı en aza indirir ve tekrarlanabilirliği artırır.
   NOT: Portatif plaka okuyucu cihazını kullanıyorsanız, plakanın üzerine bir PCR folyosu yerleştirin ve reaksiyonunuz için tasarlanan kuyucukları ve dört köşe kuyusunun her birini kesmek için hassas bir bıçak kullanın. PCR folyosu, taşınabilir plaka okuyucu kameranın boş kuyulardan aşırı pozlamasını önler.
7. 2 mm'lik bir biyopsi zımba ve cımbız kullanarak, BSA bloke filtre kağıdı disklerini kesin ve zımbayı çıkararak veya cımbız kullanarak reaksiyon kuyularına yerleştirin (BSA bloke filtre kağıdı hazırlamak için Ek Protokol'e bakınız). Her reaksiyon tüpünden üçlü 1,8 μL hacimleri 384 delikli plakadaki filtre kağıdı disklerine dağıtın ve tüm numuneleri ve 384 delikli plakayı her zaman buz üzerinde tutun.
   NOT: Portatif plaka okuyucu cihazı kullanıyorsanız, 384 delikli plakanın dört köşesinin her birine 1,8 μL CPRG (0,6 mg/mL) ekleyin. CPRG'nin sarı rengi, görüntü analizinde dijital çok kuyulu plaka şablonunun hizalanması için taşınabilir plaka okuyucusuna desen tanıma sağlar. Buharlaşmayı önlemek için plakanın kuyucuklarını PCR filmi ile örtün.
8. Plakayı bir plaka okuyucuya yerleştirin, OD_{570'i 130} dakika boyunca her dakika 37 ° C'de okuyun.

Tablo 5: PURExpress hücresiz transkripsiyon-çeviri reaksiyonu bileşenleri.

7. Yüksek performanslı ayak parmağı düğmelerini tanımlama

NOT: Bu bölümde, ilerlemek üzere en iyi performans gösteren ayak parmağı düğmelerini seçmek için adım 6'daki verilerin nasıl çözümleneceği açıklanmaktadır.

1. Önce OD₅₇₀ absorbansını arka plana normalleştirerek veri analizine başlayın. Bunu yapmak için, herhangi bir anahtar veya hedef RNA'ya (yani, hücresiz tek başına kuyular) sahip olmayan reaksiyonların OD₅₇₀ ölçümlerini diğer OD₅₇₀ ölçümlerinden çıkarın.
2. Üç noktalı hareketli ortalama kullanarak normalleştirilmiş verileri düzgünleştirin ve her bir kuyucuğun minimum değerini sıfıra ayarlayın. Ayak parmağı anahtarları 27B, 33B ve 47B için toplanan normalleştirilmiş zaman kursu verilerinin bir örneği için Şekil 3'e bakın.
3. Bu işlenmiş verileri kullanarak, ayak parmağı anahtarı ile hedef ve anahtar kuyuları arasındaki renk değişim hızındaki farkı (yani, zaman içinde OD_570'teki değişim) belirleyerek katlama değişimini (veya AÇIK/KAPALI oranını) hesaplayın (oranı hesaplamak için Ek Protokol'e bakınız; Şekil 4).
4. Daha fazla karakterizasyon için en yüksek AÇIK/KAPALI katlama değişimine sahip anahtarları seçin. En düşük kıvrım değişimini gösteren düşük performanslı ayak parmağı düğmelerini atlayın.

8. Nükleik asit dizisi bazlı amplifikasyon primer taraması ve duyarlılığı

NOT: Aşağıdaki adımlarda, önce fonksiyonel izotermal amplifikasyon primerleri için bir tarama yapılır ve daha sonra, belirli bir ayak parmağı anahtarının izotermal amplifikasyon ile birleştirildiğinde güvenilir bir şekilde tespit edebileceği sentetik RNA'nın μL'si başına hedef RNA kopyalarının sayısı belirlenerek duyarlılıkları değerlendirilir. İzotermal amplifikasyonu takiben, başarılı nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primer setlerini tanımlamak için hücresiz reaksiyonlar gerçekleştirin. Bununla birlikte, ilk önce aday primer setlerinin havuzunu daraltmak için nükleik asit dizisi bazlı amplifikasyon reaksiyonları üzerinde poliakrilamid veya agaroz jelleri çalıştırmak daha uygun maliyetli olabilir. Bu durumda, uygun amplikon boyutunda jel üzerinde bir bant oluşturan nükleik asit dizisi bazlı amplifikasyon primer setleri, sonraki hücresiz tarama için kısa listeye alınabilir.

1. Nükleaz içermeyen suda tüm ileri ve geri astar setlerinin 25 μM'lik bir stok çözeltisini yapın (Ek Protokol'e bakınız). Nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon reaksiyonlarının sayısını ve ardından kurulması gereken hücresiz reaksiyonları belirleyin. Bu, ayak parmağı düğmelerinin sayısına ve ilgili astar setlerine bağlı olacaktır.
   NOT: Astarları tararken, astarla ilişkili spesifik olmayan amplifikasyon nedeniyle ortaya çıkabilecek arka plan yapıtlarını hesaba katmak için her astar seti için her zaman şablonsuz bir kontrol eklemek önemlidir.
2. Aşağıdaki gibi bir adet 5 μL reaksiyonu ayarlayın (bunu gerektiği gibi ölçeklendirin). Tüm reaktifleri buz üzerinde çözün. Reaksiyon tamponunun, nükleotid karışımının ve RNaz inhibitörünün bir reaksiyon ana karışımını Tablo 6'ya göre birleştirin. Beyaz çökelti çözünene kadar yukarı ve aşağı pipetleyerek, iyice karıştırın ve ardından alikotları PCR tüplerine dağıtın.
   1. Ana karışım nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primerlerini taramak içinse, primerleri ilk başta ana karışımdan çıkarın (2.55 μL ana karışım dağıtın). Aksi takdirde, astar duyarlılık analizi yapılırsa, primerler ana karışıma dahil edilebilir (bu durumda 2.75 μL alikotlar dağıtın). Enzim karışımını denatürasyon ve dengeleme aşamalarından sonra ekleyin.
3. Nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyon primerlerini tararsanız, ileri ve geri primerleri uygun tüplere ekleyin. Bir termal döngüleyicide, inkübasyon protokolünü Tablo 7'de açıklandığı gibi ayarlayın.
4. 1 μL nükleaz içermeyen su veya 1 μL hedef tetikleyici RNA'yı 2 pM'de veya yaklaşık 10⁶ kopya / μL'de ekleyin, tüpleri buna göre etiketlediğinizden emin olun. Nazik pipetleme ile karıştırın ve tüpleri kısaca aşağı doğru döndürün.
   NOT: Astar seti taraması için, izotermal amplifikasyon yönteminin tespitinin alt sınırına çarpmamak için yeterince yüksek, ancak amplifikasyon meydana gelmezse ayak parmağı anahtarının aktivasyonunu sağlayacak kadar yüksek olmayan bir hedef tetikleyici RNA konsantrasyonu kullanın.
5. Tüpleri termal döngüye taşıyın ve inkübasyona başlayın. 12 dakika sonra, tüpleri çıkarın ve her tüpe 1.25 μL enzim karışımı ekleyin. Yukarı ve aşağı pipetle karıştırın ve tüpleri kısaca santrifüj edin.
   NOT: Bu noktada, tüpler oda sıcaklığında tutulabilir; Bununla birlikte, enzim karışımı tüplere eklenene kadar buz üzerinde tutulmalıdır.
6. 1 saatlik reaksiyon inkübasyonunu başlatmak için 41 °C tutma adımını atlayarak tüpleri termal döngüleyiciye geri döndürün.
   NOT: İnkübasyonun ardından, reaksiyonlar aynı gün işleme için buz üzerine yerleştirilebilir veya daha sonraki işlemler için -20 ° C'de dondurulabilir.
7. Astar performansını değerlendirmek üzere kağıt tabanlı hücresiz ayak parmağı tutma anahtarı reaksiyonlarını birleştirmek için 6.2-6.7 ve Tablo 8 adımlarını izleyin. Verileri adım 7.1-7.2 ve Şekil 3'te açıklandığı gibi analiz edin.
   NOT: Daha önce bahsedilen kontrollere ek olarak, reaksiyondan kaynaklanabilecek herhangi bir arka plan sinyalini hesaba katmak için negatif kontrolün de dahil edilmesi önemlidir. Ek olarak, NASBA'sız bir amplifikasyon kontrolü olarak, anahtar ve hedef RNA'nın 2 pM (son konsantrasyonu) ile bir kontrol de dahil etmek önemlidir.
8. Duyarlılık analizi ile ilerlemek için aday primer çiftlerini tanımlayın. Astar çiftleri, inkübe edilmiş reaksiyonun eklenmesini takiben ayak parmağı anahtarı aktivasyonunun gerçekleşip gerçekleşmediğine göre seçilir. Gerekirse, astar ekranını daha fazla astar kombinasyonu ile tekrarlayın.
9. RNA örneklerini her zaman buz üzerinde tutarak, nükleaz içermeyen suda hedef RNA'ların aşağıdaki seri seyreltme setini yapın: 10⁴, 10³, 10 2,^{10 1} ve^{10 0} RNA kopyaları / μL. Seçilen primer setleriyle nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyonu ve hücresiz reaksiyonları tekrarlayın (adım 8.2-8.7), en iyi hassasiyeti sağlayan primer setlerini tanımlamak için seri seyreltme serisini test edin. Astar kümesi duyarlılığını belirlemeye yönelik sonuçların bir örneği için Şekil 5'e bakınız.
   NOT: İdeal olarak, seçilen ayak parmağı tutma anahtarı ve primer çifti, RNA'nın μL'si başına en az 1-100 hedef RNA kopyası algılamalıdır (stok çözeltisi konsantrasyonu).
10. Nükleik asit dizisine dayalı amplifikasyon duyarlılığı deneyini biyolojik üçlü katta tekrarlayın. Bu adım, hasta örnekleriyle deneylere geçmeden önce sonuçların tekrarlanabilirliğini doğrulamaya yarar.
11. Opsiyonel: Uzun süreli kullanım ve taşıma için anahtar DNA'sının güvenilir bir kaynağına sahip olmak için, seçilen anahtar dizilerini herhangi bir geleneksel klonlama yöntemini kullanarak bir plazmid içine klonlayın. Benzer şekilde, hedef tetikleyici RNA dizisi de depolama için tercih edilen bir plazmid içine klonlanabilir.

Tablo 6: NASBA reaksiyon bileşenleri.

Tablo 7: NASBA için reaksiyon koşulları.

Tablo 8: Kağıt bazlı hücresiz reaksiyon bileşenleri.

9. Hasta örnekleri toplama ve viral RNA ekstraksiyonu

NOT: Bu bölümde, hasta örneklerini toplamak ve bir RNA saflaştırma kiti kullanarak RNA'yı çıkarmak için kullanılan protokol açıklanmaktadır. Aşağıdaki protokol periferik kandan serum elde etmek için kullanılır. Bu çalışmada kullanılan örnekler, Brezilya'nın Pernambuco eyaletinde ateş, ekzantem, artralji veya arbovirüs enfeksiyonunun diğer ilgili semptomlarını gösteren hastalardan toplanmıştır.

1. Şüpheli arbovirüs bulaşmış hastalardan periferik kan örnekleri toplayın. Standart bir aseptik teknik kullanarak venipunktur (tam kan tüpü) uygulayın. Örnek tüplerini anonim bir kod ve örnek toplama tarihi ile etiketleyin.
2. Serumu 10 dakika boyunca 2.300 x g'de ayırmak için kanı santrifüj yapın. Bir pipet kullanarak, 1.5 mL tüplerde RNA ekstraksiyonu için kullanılacak serum alikotları (200 μL) hazırlayın.
   NOT: RNA ekstraksiyonunun numune toplanmasından kısa bir süre sonra gerçekleştirilmesi mümkün değilse, serum numuneleri aşağı akış uygulamalarından önce -80 ° C'de saklanmalıdır.
3. Taşıyıcı RNA'yı 1,5 mL'lik bir tüp içine içeren hazırlanmış Tampon AVL'nin (viral lizis tamponu) 560 μL'lik pipeti. Tüpteki Buffer AVL/carrier RNA karışımına 140 μL serum ekleyin. 15 s boyunca nabız-vorteks ile karıştırın.
4. Oda sıcaklığında 10 dakika boyunca inkübe edin ve ardından tüpün altındaki içeriği toplamak için numuneyi kısaca santrifüj edin. Numuneye 560 μL etanol (% 96-% 100) ekleyin ve 15 s boyunca nabız-vorteks ile karıştırın. Karıştırdıktan sonra, tüpün altındaki içeriği toplamak için numuneyi santrifüj edin.
5. Jantı ıslatmadan 9.4 adımından itibaren çözeltinin 630 μL'sini spin kolonuna dikkatlice ekleyin. Bu adımı takiben, kapağı kapatın ve 1 dakika boyunca 6.000 x g'de santrifüj yapın. Spinasyonlu kolonu, temiz bir 2 mL toplama tüpüne yerleştirin ve filtrat içeren kullanılmış toplama tüpünü atın.
6. Döndürme sütununu dikkatlice açın ve adım 9.5'i tekrarlayın. Sıkma kolonunu dikkatlice açın ve 500 μL Tampon AW1 ekleyin (yıkama tamponu 1). Kapağı kapatın ve 1 dakika boyunca 6.000 x g'de santrifüj yapın. Spinasyonlu kolonu, temiz bir 2 mL toplama tüpüne yerleştirin ve filtrat içeren kullanılmış toplama tüpünü atın.
7. Sıkma kolonunu dikkatlice açın ve 500 μL Tampon AW2 ekleyin (yıkama tamponu 2). Kapağı kapatın ve 3 dakika boyunca 20.000 x g'de santrifüj yapın. Sıkma kolonunu temiz bir 2 mL toplama tüpüne yerleştirin ve filtrat içeren kullanılmış toplama tüpünü atın.
8. Çıkış yönündeki enzimatik reaksiyonlarda sorunlara neden olabilecek artık tampon AW2 ile kontaminasyonu önlemek için, spin kolonunu temiz bir 2 mL toplama tüpüne yerleştirin ve kullanılmış toplama tüpünü filtrat ile atın. 1 dakika boyunca 20.000 x g'de santrifüj.
9. Spinasyonlu kolonunu temiz bir 1,5 mL tüpe yerleştirin ve kullanılan toplama tüpünü filtrat ile atın. Spin-kolonunu dikkatlice açın ve oda sıcaklığına eşit 60 μL Buffer AVE (elüsyon tamponu) ekleyin. Bu adımı takiben, kapağı kapatın ve oda sıcaklığında 1 dakika boyunca inkübe edin.
10. 1 dakika boyunca 6.000 x g'de santrifüj. Salınan RNA daha sonra NASBA ve RT-qPCR'ler için paralel olarak bir girdi olarak kullanılabilir.
11. Ekstrakte edilen hasta RNA'sının 1 μL'sini kullanarak nükleik asit dizisi tabanlı amplifikasyonu ve kağıt bazlı hücresiz reaksiyonları gerçekleştirmek için 8.3 ila 8.11 arasındaki adımları izleyin ve negatif ve pozitif kontrol reaksiyonlarını içerdiğinden emin olun. Reaksiyonları takiben, 384 delikli reaksiyon plakasını hazırlayın ve tahlili portatif plaka okuyucu cihazında 37 ° C'de çalıştırın ( Ek Protokoldeki ayrıntılara bakın).
    NOT: Kültürlenmiş Zika virüsünden ekstrakte edilen 10⁴ ve 10² PFU / mL'lik iki RNA konsantrasyonu, klinik doğrulama sırasında tüm deneyler için pozitif kontrol olarak kullanılır. Daha önce bahsedilen kontrollere ek olarak, tetiği (10 ng / μL) pozitif bir kontrol olarak dahil etmek önemlidir.
12. Her deneyin sonunda, pratik plaka okuyucudan ham veriler (.csv dosyası) çevrimiçi olarak güvenli bir veritabanına yüklenebilir. Ek olarak, taşınabilir plaka okuyucu, numunelerin Zika virüsü için pozitif veya negatif olup olmadığını gösteren bir rapor oluşturur (Şekil 6); inkübasyon sırasında elde edilen tüm grafiklerin örnekleri için temsili sonuçlar bölümüne bakınız (Şekil 7).
    NOT: Kullanıcılar ayrıca USB üzerinden taşınabilir plaka okuyucusundan kendi bilgisayarlarına dosya aktarabilirler.

10. Portatif plaka okuyucu cihazı

1. Portatif plaka okuyucu cihazı (Şekil 8), geleneksel plaka okuyucu^24'e alternatif olarak kullanılabilir. Protokol ve temsili sonuçlar için bkz: Ek Protokol.

11. Zika virüsü tespiti için RT-qPCR

NOT: Bu bölümde, hasta örneklerinden Zika virüsü tespiti için RT-qPCR gerçekleştirme adımları özetlenmektedir (bkz.

1. Kirlenmeyi önlemek için, RT-qPCR bileşenlerini amplifikasyon işleminden izole bir alana (örneğin, temiz davlumbaz) monte edin. RT-qPCR tamponunu, enzimleri ve astar/probları buz veya soğuk blok üzerine yerleştirin. Bunu takiben, reaksiyonları Tablo 9'a göre buz üzerindeki 384 kuyucuklu bir plakaya ekleyin.
   NOT: Tüm deneyler için negatif (ekstraksiyon kontrolü ve şablon dışı kontrol [NTC]) ve pozitif kontrol (10⁴ PFU/mL) önerilir.
2. Reaktifleri 1,5 mL'lik bir mikrosantrifüj tüpüne ekledikten sonra, reaksiyonu yukarı ve aşağı pipetleyerek, karıştırın (vorteks yapmayın) ve her bir oyuğa 6,5 μL dağıtın. Her RNA şablonundan 3,5 μL'yi üçlü olarak ekleyin.
3. Plakanın üstüne bir PCR filmi yerleştirin. 384 delikli plakayı 2 dakika boyunca 600 x g'de santrifüj yapın.
4. Plakayı, Tablo 10'da belirtilen aşağıdaki döngü koşullarını kullanarak bir RT-qPCR makinesine yerleştirin. Sonuçları analiz etmek için RT-qPCR makine tasarım ve analiz yazılımını kullanın ve otomatik eşik ve taban çizgisini göz önünde bulundurun (Ek Protokol'deki ayrıntılara bakın).

Tablo 9: Hasta örneklerinden Zika virüsünü tespit etmek için Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri-CDC ABD protokolüne dayanan Zika virüsü RNA'sını yükseltmek için RT-qPCR bileşenleri ³¹.

Tablo 10: RT-qPCR için bisiklet koşulları.

Hesaplamalı tasarım boru hattını takiben, üç ayak parmağı anahtarının yapımı PCR tarafından gerçekleştirildi. PCR ürünleri agaroz jel elektroforezi kullanılarak analiz edildi (Şekil 2). 3.000 bp civarında berrak bir bandın varlığı, kabaca bir ayak parmağı anahtarına bağlı lakZ geninin boyutu, tipik olarak başarılı bir reaksiyonu gösterir. Alternatif olarak, bandı olmayan bir şerit, birden fazla bant veya yanlış boyutta bir bant, başarısız bir PCR'yi gösterir. Başarısız bir PCR durumunda, reaksiyon koşulları ve / veya primer dizileri optimize edilmelidir.

Birleştirilen ayak parmağı anahtarları, her bir sensörü ilgili in vitro transkribe edilmiş tetik RNA'sına karşı değerlendirmek için tarandı (Şekil 3). Her üç sensör de artan OD570 absorbansı gösterirken, anahtar 27B (Şekil 3A) en hızlı açılış oranına sahipti. 33B anahtarları ve daha az ölçüde 47B, hedef tetikleyici RNA'nın yokluğunda OD570 absorbansının arttığını gösterdi, bu da bu anahtarların bazı arka plan aktivitesine veya sızıntıya sahip olduğunu gösteriyor (Şekil 3B, C) - özgüllüğü azaltabileceği için aday sensörde istenmeyen bir özellik. En yüksek AÇIK/KAPALI sinyal oranına sahip sensörü daha net bir şekilde tanımlamak için, OD570 absorbansının katlama değişimi hesaplanmış (ek bilgiler bölüm 5'e bakınız) ve çizilmiştir (Şekil 4). Bu analizden, anahtar 27B'nin yaklaşık 60 ON / OFF oranıyla en iyi performansa sahip sensör olduğu açıktır.

En iyi performans gösteren ayak parmağı tutma anahtarının (27B) duyarlılığı daha sonra NASBA reaksiyonu ile birleştirildiğinde ayak parmağı tutma anahtarını aktive etmek için gereken en düşük RNA konsantrasyonu belirlenerek değerlendirildi. Grafik, en iyi performans gösteren Zika sensörlerinin RNA'yı μL başına 1.24 molekül kadar düşük konsantrasyonlarda tespit edebildiğini göstermektedir (~ 2'ye eşdeğer; Şekil 5).

Anahtar 27B tanımlandıktan ve doğrulandıktan sonra, sensör malzemeleri Brezilya'nın Pernambuco eyaletindeki Recife'deki ekip üyelerine dağıtıldı. Brezilya'da, Zika virüsü tanı platformunun klinik tanısal doğruluğu, karşılaştırma için RT-qPCR'ye paralel olarak Zika virüsü hasta örnekleri kullanılarak değerlendirildi. Kağıt tabanlı Zika teşhis platformunu doğrulamak için, kağıt tabanlı sensörlerin kolorimetrik çıktısını inkübe edebilen ve okuyabilen taşınabilir plaka okuyucu kullanılmıştır. Sarıdan mora renk değişimi, pozitif bir numuneyi tanımlamak için kullanılırken, negatif bir numune sarı kalır (Şekil 6). Portatif plaka okuyucu tarafından oluşturulan sonuçları görselleştirmek için ek bir seçenek (Şekil 8), zaman içinde her kağıt tabanlı reaksiyon için kolorimetrik yanıtı çizmektir. Örnekler üçlü olarak test edildi ve eşiği aşanlar (kırmızı çizgi 1 olarak ayarlandı) pozitif kabul edilirken, eşiğin altındaki örnekler negatif olarak kabul edildi (Şekil 6 ve Şekil 7).

Son olarak, Zika ayak parmağı anahtar sensörünün klinik performansını Zika virüsü enfeksiyonunu teşhis etmek için mevcut altın standart yöntemle değerlendirmek ve karşılaştırmak için, tüm hasta örnekleri RT-qPCR ile paralel olarak test edilmiştir. İki temsili hasta örneğinin amplifikasyon grafiği, RT-qPCR ile Zika virüsünün tespiti için üçlü olarak test edildi (Şekil 9). Döngü eşiği (Ct) değeri ≤38 olduğunda numuneler pozitif olarak kabul edilir; kırmızı çizgi pozitif bir örneği gösterir ve mavi çizgi Zika virüsü için negatif bir örneği gösterir.

Resim 2: PCR ürünlerinin kalitesini değerlendirmek için agaroz jel elektroforezi. PCR ürünleri, 1X TAE'de% 1'lik bir agaroz jeli üzerinde analiz edilir, 90 dakika boyunca 80 V'ta çalıştırılır. Tek bir şeffaf bant tipik olarak başarılı bir reaksiyonu gösterir. Şerit 1: 1 kb DNA merdiveni; Şerit 2-4: 27B anahtar DNA, 33B tetikleyici DNA ve 47B tetikleyici DNA, sırasıyla. Sol taraftaki sayılar bp cinsinden bant boyutunu temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Kağıt tabanlı Zika sensörleri için üç ayak parmağı anahtarının prototiplenmesi. Üç kağıt tabanlı RNA ayak parmağı anahtar sensörünün performansı, 130 dakikadan fazla bir süre boyunca 37 ° C'de ölçüldü. Her grafik iki izleme içerir, biri yalnızca anahtar denetimini temsil ederken, diğeri anahtarı ve tetikleyiciyi temsil eder. Üç grafik, ayak parmağı anahtar sensörleri 27B (A), 33B (B) ve 47B (C) kullanılarak elde edilen verileri temsil eder. Hata çubukları, üç çoğaltmadan ortalamanın (SEM) standart hatasını temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: En iyi performans gösteren sensörler, 570 nm'de absorbanstaki kıvrım değişiminin hesaplanmasıyla tanımlanır. Katlama değişimi (veya maksimum AÇIK/KAPALI oranı), yalnızca anahtar kontrolü ile anahtar artı tetik CFPS testi arasındaki 130 dakikada absorbans oranının (OD570) ölçülmesiyle hesaplanır. Hata çubukları, üç çoğaltmadan SEM'i temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: En iyi performans gösteren anahtarın duyarlılık değerlendirmesi. In vitro transkribe edilmiş Zika RNA, NASBA reaksiyonlarına titre edilir. 1 saatlik bir inkübasyondan sonra, reaksiyonlar kağıt diskler üzerindeki hücresiz PURExpress reaksiyonlarına 1: 7 oranında eklendi. 37 °C'de 130 dakika sonra kıvrım değişimi çizilir. Bu rakam24'ten çoğaltılmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Yakalanan görüntü verileriyle yüklenen taşınabilir plaka okuyucu yakalama sayfası. Bu şekilde, veri toplama çalışması sırasında taşınabilir plaka okuyucu tarafından yakalanan son görüntünün örnek bir resmi gösterilmektedir. Orijinal tarih/saat damgası resmin üst kısmında görünür. Sarı renk kontrolü veya negatif reaksiyonları, mor renk ise pozitif reaksiyonu gösterir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7: Veri analizi modu. Sol tarafta, kullanıcılar çizmek istedikleri veri kümelerini seçerler; grafikler daha sonra her örnek veya kontrol kümesi için benzersiz renklerle sağda görüntülenir. Kesikli kırmızı çizgi, pozitif ve negatif örnekleri belirlemek için bir eşik görevi görür. Eşiği aşan üçlü olarak test edilen numuneler pozitif olarak kabul edilirken, eşiğin altındaki numuneler negatif olarak kabul edilir. Hata çubukları, üç çoğaltmadan standart sapmayı (SD) temsil eder. Ctrl 1 - Ctrl 5 arasındaki kontrolleri gösterir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 8. PLUM, taşınabilir bir plaka okuyucu. Bu taşınabilir plaka okuyucu, bir kutuda laboratuvar görevi görür ve kolorimetrik reaksiyonları inkübe etmek ve izlemek için sıcaklık kontrollü bir plaka okuyucu görevi görür. Bu taşınabilir cihaz, sahada kağıt tabanlı Zika sensörlerinin nicel ve yüksek verimli ölçümlerini sağlayabilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 9: Zika virüsünün tespiti için üçlü olarak test edilen iki hasta örneğinin amplifikasyonunun RT-qPCR grafiği. Döngü eşiği (Ct) değeri ≤38 olduğunda numuneler pozitif olarak kabul edilir. Noktalı kırmızı çizgi, pozitif ve negatif numuneleri belirlemek için bir eşik görevi görür. Kırmızı iz pozitif bir örneği, mavi iz ise negatif bir örneği gösterir. ΔRn (delta Rn) değeri, test edilen tüm numuneler için RT-qPCR cihazı tarafından algılanan floresan sinyalinin normalleştirilmiş büyüklüğünü temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Protokol Dosyası. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Rakamlar. Bu rakamları indirmek için lütfen tıklayınız. 

K.P. ve A.A.G., kağıt tabanlı ayak parmağı sensörü ile ilgili teknolojilerin ortak mucitleridir. Y.G., S.C. ve K.P., LSK Technologies, Inc.'in kurucu ortaklarıdır ve PLUM ile ilgili teknolojilerin ortak mucitleridir. M.K., K.P. ve A.A.G., En Carta Diagnostics Ltd.'nin kurucu ortaklarıdır. Diğer yazarların çıkar çatışması yoktur. Patentler: PLUM cihazı: Y.G., S.C. ve K.P. patent başvurusu Toronto Üniversitesi tarafından yapıldı ve LSK Technologies Inc. ABD Geçici Patent Başvurusu No. 62/982,323'e atandı 27 Şubat 2020'de dosyalandı; Toehold anahtar patenti: A.A.G., P.Y. ve J.J. C. "Ribororegülatör bileşimleri ve kullanım yöntemleri", Patent. WO2014074648A3 6 Kasım 2012'de dosyalandı; Kağıt bazlı teşhis patenti: K.P. ve J.J.C. "Kağıt bazlı sentetik gen ağları" ABD patenti bekleniyor No. US15/963,831 6 Aralık 2013 tarihinde dosyalandı; Zika patent 1: K.P., A.A.G., M.K.T., D.B., G.L., T.F. ve J.J.C., "Portable, Low-Cost Virus Detection and Strain Identification Platform," ABD Geçici Patent Başvurusu No. 62/403,778 4 Ekim 2016 tarihinde dosyalanmıştır; Zika patent 2: K.P., A. A.G., M.K.T., D.B., G.L., T.F. ve J.J.C., "Portable, Low-Cost Virus Detection and Strain Identification Platform," ABD Geçici Patent Başvurusu No. 62/341,221, 25 Mayıs 2016'da dosyalandı.