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循环介质异热放大 (LAMP) 是一种同热核酸放大测试 (iNAAT),已引起病原体检测领域的广泛兴趣。在这里,我们提出了一个多实验室验证的 沙门氏菌 LAM协议,作为一种快速、可靠和可靠的方法,用于在动物食品中筛查 沙门氏菌 ,并确认 假定的沙门氏菌 来自培养隔离。
循环介质异热放大 (LAMP) 已成为快速检测多种细菌、真菌、寄生虫和病毒制剂的强大核酸放大测试。 沙门氏菌 是全球食品安全关注的细菌病原体,包括动物食品。这里介绍的是一个多实验室验证的 沙门氏菌 LAM协议,可用于快速筛查动物食品是否存在 沙门氏菌 污染,也可用于确认从所有食品类别中回收的 假定沙门氏菌 分离物。LAMP检测特别针对 沙门氏菌 入侵基因(invA),快速、灵敏、特异性。模板DNAs是由动物食品的浓缩肉汤或纯文化的假定 沙门氏菌 分离。LAMP试剂混合物是通过结合同热主混合物、入门、DNA模板和水制备的。LAMP 检测在 65 °C 的恒定温度下运行 30 分钟。通过实时荧光监测阳性结果,最早可在 5 分钟内检测到。LAMP检测对动物食品或培养基中的抑制剂具有很高的耐受性,是一种快速、可靠、健壮、经济、方便用户的方法,用于筛查和确认 沙门氏菌。LAMP方法最近被纳入美国食品和药物管理局的 细菌分析手册 (BAM)第5章。
循环介质等热放大(LAMP)是日本科学家1于2000年发明的一种新型的等热核酸放大试验(iNAAT)。通过在初始步骤中形成目标特异性干细胞环DNA结构,LAMP使用链状脱氧核糖核酸聚合酶,以准指数高效放大这种启动材料,在不到1小时1小时的时间内产生109个目标副本。与广泛使用的NAAT聚合酶链反应(PCR)相比,LAMP具有几个优点。首先,LAMP 反应是在同热条件下进行的。这就不需要精密的热循环仪器。其次,LAMP对培养素和生物物质具有高度的耐受性2,临床和食品应用都表现出稳健性。这简化了样品准备,最大限度地减少了虚假的阴性结果5。第三,LAMP 可适应多种检测平台,如浊度、色度、生物发光、荧光和微流体6。第四,LAMP 非常具体,因为它使用四到六个专门设计的引漆来瞄准6到 8 个特定区域1、7。第五,LAMP是超敏感的,许多研究已经报告了它对PCR或实时PCR8的优越灵敏度。最后,LAMP 更快,许多检测现在采用 30 分钟的标准运行时间,而 PCR 型检测通常需要 1+2 h8。
这些有吸引力的功能推动了LAM在广泛的病原体检测领域的应用,包括体外诊断9,动物疾病诊断10,食品和环境测试11。值得注意的是,世界卫生组织已建议使用结核病杆菌(LAMP)作为痰涂片显微镜的有效替代测试,用于12号外围环境下的肺结核诊断。LAMP的应用也扩展到微生物鉴定之外,还包括过敏原、动物物种、耐药性、转基因生物和杀虫剂的检测。
非足部沙门氏菌是一种人为病原体,具有重大的食品安全和公共卫生问题。它也已被确定为动物食物中重要的微生物危害(即动物食品)15,16。为了防止沙门氏菌疾病/疫情受到污染的人类食物和动物食品,必须拥有快速、可靠和可靠的方法在各种矩阵中检测沙门氏菌。在过去十年中,国际上在各种食品基质中开发和应用沙门氏菌LAM检测技术方面作出了相当大的努力,最近在一份广泛的审查报告8中总结了这一点。一些沙门氏菌LAM检测,包括这里提出的一个,已经成功地完成了多实验室验证后,既定的国际准则17,18,19,20。
我们的沙门氏菌LAM检测特别针对沙门氏菌入侵基因ivA(GenBank入世号M90846)21,是快速,可靠,健壮的多个食品矩阵4,22,23,24,25,26。该方法已在6个动物食品矩阵中验证在合作研究26和干狗食品在多实验室合作研究19。因此,这里介绍的沙门氏菌LAM方法最近被纳入美国食品和药物管理局(FDA)的细菌分析手册(BAM)第5章沙门氏菌27,以服务于两个目的,一个是作为动物食品中沙门氏菌存在的快速筛查方法,另一个是作为从所有食物中分离出的沙门氏菌的可靠确认方法。
注:LAMP反应混合物包含DNA聚合酶、缓冲器、MgSO 4、dNTP、引物、DNA模板和水。前四个试剂包含在同热主混合物(材料表)中。引物在内部预混合,成为引物组合 (10 倍)。DNA模板可以从动物食品样品的浓缩汤中制备,用于筛选目的,也可以从假定的沙门氏菌分离物培养物中制备,以达到确认目的。此外,每个LAM运行中都包括阳性控制(从任何沙门氏菌参考菌株中提取的DNA,例如,沙门氏菌肠血清素ATCC 19585 [LT2])和无模板控制(NTC;无菌分子级水)。
1. 制备DNA模板
2. 准备入门混合 (10 倍)
引号 | 描述 | 序列 (5'-3') | 长度(bp) |
萨尔4-F3 | 向前外部底漆 | 加茨格特格格加格特 | 18 |
萨尔4-B3 | 向后外部底漆 | 克加塔格特 | 18 |
萨尔4-菲普 | 前进内引入 | 格茨卡塔-塔特加特 | 38 |
萨尔4-比普 | 向后内引入 | 格加克加格格茨格- 茨加加格查加克 | 38 |
萨尔4-LF | 循环向前入门 | 特卡特卡 - 特克特格 | 25 |
萨尔4-LB | 循环向后引入 | 阿加格塔格 | 21 |
表1:用于在动物食品中筛查沙门氏菌和确认沙门氏菌免受文化隔离的LAM入门。引材根据沙门氏菌 invA序列(GenBank 入世编号 M90846)设计。
组件 | 库存凝结 (μM) | 引体混合凝结 (μM) | 体积 (μL) |
萨尔4-F3引水器 | 100 | 1 | 10 |
萨尔4-B3引水器 | 100 | 1 | 10 |
萨尔4-FIP入门 | 100 | 18 | 180 |
萨尔 4 - 比普入门 | 100 | 18 | 180 |
萨尔4-LF引漆 | 100 | 10 | 100 |
萨尔 4 - lb 入门 | 100 | 10 | 100 |
分子级水 | 不适用 | 不适用 | 420 |
总 | 不适用 | 不适用 | 1000 |
表2:用于准备LAM底漆混合(10倍)的工作表。 引入已列在 表 1中。
3. 灯反应的组装
注:为防止交叉污染,强烈建议将用于制备LAM主混合和添加DNA模板的区域物理分离。图 1是一个灯图。
图1:沙门氏菌LAM工作流程的示意图。请点击这里查看此数字的较大版本。
组件 | 工作委员会。 | 最终反应凝结。 | 每个样本的体积 (μL) | 18 个样本的体积 (μL) | 10 个样本的体积 (μL) |
ISO-001异热主混合 | 1.67 倍 | 1x | 15 | 270 | 150 |
入门混合 | 10倍 | 1x | 2.5 | 45 | 25 |
分子级水 | 不适用 | 不适用 | 5.5 | 99 | 55 |
主混合子图 | 不适用 | 不适用 | 23 | 414 | 230 |
DNA 模板 | 不适用 | 不适用 | 2 | 不适用 | 不适用 |
表3:用于准备LAM反应组合的工作表。 底漆组合 (10 倍)是根据 表 2 编写的,使用表 1中列出的入门的库存解决方案。
4. 灯跑
注意:在LAM运行期间,使用FAM通道获取荧光读数。当荧光比达到放大速率曲线的最大值时,仪器会自动确定时间到峰值值(Tmax: min) 。Tm (°C) 是最终放大产品的熔化/退化温度。
5. 对LAM结果的解释
注:LAMP 结果可直接在 LAMP 仪表板上查看和/或使用 LAMP 软件(材料表)。
图 2 和 图 3 显示两个平台上显示的具有代表性的 LAMP 图形/表。在此 LAMP 运行中,样本 S1 到 S6 是 S. 肠 血清婴儿 ATCC 51741 的 10 倍序列稀释,每个反应从 1.1 x 106 CFU 到 11 CFU 不等。正对照是 S. 肠 血清钛 ATCC 19585 (LT2) 在 1.7 x 104 CFU 每反应和 NTC 是分子级水。
在同一组样品的重复运行之后,将报告这些样品的最终 LAMP 结果。具有代表性的LAM运行表明,LAMP成功地检测出样品中浓度广泛的 沙门氏菌 。
图2:在LAM仪表板上显示的代表性LAM结果。(A) "个人资料" 选项卡显示编程的温度轮廓。(B) 温度 标签显示样品井中的实际温度,随着LAMB反应的进行。(C) 放大 选项卡显示 LAMP 放大过程中的荧光读数。(D) 安妮标签 显示在退星阶段荧光(衍生物)的变化。(E) 结果 选项卡显示 LAMP 结果的表格视图。 请点击这里查看此数字的较大版本。
图3:在LAM普软件中查看的代表性LAM结果。(A) "个人资料" 选项卡显示编程的温度轮廓。(B) 温度 标签显示样品井中的实际温度,随着LAMB反应的进行。(C) 放大 选项卡显示 LAMP 放大过程中的荧光读数。(D) 放大率 选项卡显示 LAMP 放大过程中荧光(荧光比)的变化。(E) 安妮标签 显示在安妮阶段的荧光读数。(F) 安妮衍生产品 标签显示在退星阶段荧光(衍生物)的变化。(G) 结果 选项卡显示 LAMP 结果的表格视图。 请点击这里查看此数字的较大版本。
我们在这里分别介绍了一种简单、快速、具体和敏感的LAM方法,用于在动物食品和纯文化中筛查和确认沙门氏菌。由于含有四个关键试剂的同热主混合物和现成的内部预制引物混合物的便利性,组装 LAMP 反应只需要几个管道步骤(图 1)。包括放大和退影相在内的总运行时间小于 38 分钟(图2A、B和图 3A、B)。阳性结果通过实时荧光(图2C和图3C,D)进行监测,最早可在5分26秒检测到。退火阶段作为 LAMP 特异性的额外确认,因为只有具有正确Tm(约 90 °C) 的样本报告为阳性(图 2D、E和图 3E+G)。先前26日曾报道过1个纯培养物中的沙门氏菌细胞和1CFU/25克动物食品的敏感性。
由于LAML非常有效,并产生大量的DNA1,因此使用最佳实验室实践防止交叉污染至关重要,这可能包括物理分离准备LAMG主混合物和添加DNA模板的区域,避免产生气溶胶,使用滤波器提示,经常更换手套,以及避免在放大后打开LAM反应管。
在整个LAM方法开发、评价、预科研究和多实验室验证的生命周期中,我们观察到LAM对各种动物食品或食品矩阵和文化介质4、19、22、23、24中的抑制剂的高耐受性,突出了该方法的稳健性,并在全球范围开展了许多其他研究。这是优于PCR或实时PCR,这通常需要内部放大控制,以确保负结果不会由于矩阵抑制28。此外,在绝大多数研究中,LAMP 与 PCR 或实时 PCR 相比,表现出类似的(或优越的)特异性和灵敏度。LAMP试剂的成本约为每反应1美元。本协议中使用的LAM仪器体积小,维护低,便携。它们可以处理任何采用荧光测量(包括LAM)进行目标检测的同热放大方法。使用LAMB软件,可以以多种格式生成综合报告(pdf、文本和图像)。
方法验证是采用新方法进行日常使用的关键步骤。值得注意的是,这里报告的LAM协议已经成功地完成了多实验室验证19。随着最近将这种LAM协议纳入美国FDA的BAM第5章 沙门氏菌27,预计该方法将得到更广泛的应用,既作为动物食品的快速筛选方法,也作为一个可靠的确认方法,推定 沙门氏菌 从所有食品类别分离。
作者宣称他们没有相互竞争的经济利益。本手稿中表达的观点是作者的观点,不一定反映卫生与公众服务部、美国食品和药物管理局或美国政府的官方政策。提及任何商业材料、设备或工艺绝不构成食品和药物管理局的批准、认可或建议。
作者感谢FDA微生物方法验证小组委员会(MMVS)和细菌分析手册(BAM)理事会的成员对 沙门氏菌 LAM方法验证研究的批判性审查。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Brain heart infusion (BHI) broth | BD Diagnostic Systems, Sparks, MD | 299070 | Liquid growth medium used in the cultivation of Salmonella. |
Buffered peptone water (BPW) | BD Diagnostic Systems, Sparks, MD | 218105 | Preenrichment medium for the recovery of Salmonella from animal food samples. |
DNA AWAY | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 7010 | Eliminates unwanted DNA and DNase from laboratory bench, glassware, and plasticware without affecting subsequent DNA samples. |
Genie Explorer software | OptiGene Ltd., West Sussex, United Kingdom | Version 2.0.6.3 | Supports remote operation of Genie instruments including LAMP runs and data analysis. |
Genie II or Genie III (LAMP instrument) | OptiGene Ltd., West Sussex, United Kingdom | GEN2-02 or GEN3-02 | A small instrument capable of temperature control up to 100 °C with ± 0.1 °C accuracy and simultaneous fluorescence detection via the FAM channel. Genie II has 2 blocks (A and B) with 8 samples in each block. Genie III has a single block that accommodates 8 samples. |
Genie strip | OptiGene Ltd., West Sussex, United Kingdom | OP-0008 | 8-well microtube strips with integral locking caps and a working volume of 10 to 150 µl. |
Genie strip holder | OptiGene Ltd., West Sussex, United Kingdom | GBLOCK | Used to hold Genie strips when setting up a LAMP reaction, the aluminum holder can also be used as a cool block. |
Hydrochloric acid (HCl) solution, 1 N | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | SA48-500 | Adjusts pH of animal food samples after adding BPW and prior to overnight enrichment. |
Heat block | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 88-860-022 | Heats samples at 100 ± 1 oC for DNA extraction. |
Incubator | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 3960 | Standard laboratory incubator. |
ISO-001 isothermal master mix | OptiGene Ltd., West Sussex, United Kingdom | ISO-001 | An optimized master mix to simplify the assembly of a LAMP reaction, containing a strand-displacing GspSSD DNA polymerase large fragment from Geobacillus spp., thermostable inorganic pyrophosphatase, reaction buffer, MgSO4, dNTPs, and a double-stranded DNA binding dye (FAM detection channel). |
Isopropanol | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | A416 | Disinfects work surfaces. |
LAMP primers | Integrated DNA Technologies Inc., Coralville, IA | Custom | LAMP primers with detailed information in Table 1. |
Microcentrifuge | Eppendorf North America, Hauppauge, NY | 22620207 | MiniSpin plus personal microcentrifuge. |
Microcentrifuge tubes | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 05-408-129 | Standard microcentrifuge tubes. |
Molecular grade water | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | AM9938 | Used in making primer stocks, primer mix, and LAMP reaction mix. |
Sodium hydroxide (NaOH) solution, 1 N | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | SS266-1 | Adjusts pH of animal food samples after adding BPW and prior to overnight enrichment. |
Nonselective agar (e.g., blood agar, nutrient agar, and trypticase soy agar) | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | R01202 | Solid growth medium used in the cultivation of Salmonella. |
Peptone water | BD Diagnostic Systems, Sparks, MD | 218071 | Dilutes overnight Salmonella cultures to make positive control DNA. |
Pipettes and tips | Mettler-Toledo Rainin LLC, Oakland CA | Pipet Lite LTS series | Standard laboratory pipettes and tips. |
PrepMan Ultra sample preparation reagent | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 4318930 | A simple kit used for the rapid preparation of DNA templates for use in a LAMP reaction. |
Salmonella reference strain LT2 | ATCC, Manassas, VA | 700720 | Salmonella reference strain used as positive control. |
Trypticase soy broth (TSB) | BD Diagnostic Systems, Sparks, MD | 211768 | Liquid growth medium used in the cultivation of Salmonella. |
Vortex mixer | Scientific Industries, Inc., Bohemia, NY | SI-0236 | Standard laboratory vortex mixer. |
Whirl-pak filter bag | Nasco Sampling Brand, Fort Atkinson, WI | B01318 | Filter bags to hold animal food samples for preenrichment. |
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