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Method Article
Hier stellen wir ein vollständiges Protokoll zur Standardisierung und Implementierung der Methode zum Nachweis des SARS-CoV-2-Virus in menschlichen Proben durch reverse Transkriptionsschleifen-vermittelte isotherme Amplifikation (RT-LAMP) zur Verfügung. Diese Methode, die innerhalb von 60 Minuten durchgeführt wird, kann kostengünstig und mit kostengünstigen Geräten an jedes Labor oder jeden Point-of-Care angepasst werden.
Das Virus des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) hat dramatische Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Es ist nach wie vor eine Bedrohung für die moderne Gesellschaft, da viele Menschen an den Folgen einer Infektion sterben. Die Diagnose der Krankheit erfolgt mit serologischen und molekularen Tests, wie z. B. dem Goldstandard der Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR). Letzteres hat mehrere Nachteile, da es eine spezielle Infrastruktur, teure Ausrüstung und geschultes Personal erfordert. Im Folgenden stellen wir ein Protokoll vor, das die Schritte beschreibt, die zum Nachweis des SARS-CoV-2-Virus mittels reverser Transkriptionsschleifen-vermittelter isothermer Amplifikation (RT-LAMP) in menschlichen Proben erforderlich sind. Das Protokoll enthält Anweisungen für das Design von Primern in silico, die Vorbereitung von Reagenzien, die Amplifikation und die Visualisierung. Einmal standardisiert, kann diese Methode innerhalb von 60 Minuten zu geringen Kosten und mit kostengünstigen Geräten einfach implementiert und an jedes Labor oder jeden Point-of-Care angepasst werden. Es ist anpassungsfähig, um verschiedene Krankheitserreger zu erkennen. Daher kann es potenziell vor Ort und in Gesundheitszentren eingesetzt werden, um eine rechtzeitige epidemiologische Überwachung durchzuführen.
Das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) verursacht die Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19). Die Weltgesundheitsorganisation erklärte am 30. Januar 2020 eine gesundheitliche Notlage von internationaler Tragweite und am 11. März 2020 eine Pandemie (Pandemie). Die Pandemie führte zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels zu über 760 Millionen Fällen und 6,87 Millionen Todesfällen1.
Die Auswirkungen dieses Virus haben den Bedarf an besseren, genaueren, schnelleren und breiter verfügbaren Überwachungsinstrumenten zur Verbesserung der Erkennung und Kontrolle von Infektionskrankheiten deutlich gemacht 2,3. Während der Pandemie basierten die diagnostischen Tests von SARS-CoV-2 auf dem Nachweis von Nukleinsäuren, Antikörpern und Proteinen, aber der RT-PCR-Nachweis von Nukleinsäuren ist der Goldstandard4. Die RT-PCR hat jedoch einige Einschränkungen; Es erfordert spezielle Geräte, Infrastrukturen und in Molekularbiologie geschultes Personal, was seine Anwendung auf spezialisierte Labore beschränkt. Darüber hinaus ist es zeitaufwändig (4-6 Stunden), ohne die Zeit für den Transport der Proben zum Labor, der Tage dauern kann5. Diese Einschränkungen verhindern eine effiziente Probenverarbeitung und die Gewinnung der für die Notfallplanung und das epidemiologische Management erforderlichen Informationen.
Die reverse-transkriptionsschleifen-vermittelte isotherme Amplifikation (RT-LAMP) hat gegenüber der RT-PCR mehrere Vorteile und ist damit eine attraktive Strategie für die Entwicklung zukünftiger Point-of-Care-Diagnosetests (POCT), insbesondere in ressourcenbeschränkten Umgebungen6. Erstens ist es sehr spezifisch, da es zwischen vier und sechs Primer verwendet, die sechs bis acht Bereiche in der Zielsequenz erkennen, sei es DNA oder RNA 7,8. Zweitens benötigt es aufgrund des Betriebs bei konstanter Temperatur weder hochentwickelte Geräte wie Echtzeit-Thermocycler zur Erzeugung der Verstärkung noch hochqualifiziertes Personal, um es zu bedienen. Drittens ist die Reaktionszeit sehr kurz (~60 min), und es werden Reagenzien verwendet, die nicht sehr spezialisiert sind, was es zu einem kostengünstigen Werkzeug macht6. In Anbetracht des Vorstehenden und des durch die COVID-19-Pandemie verursachten gesundheitlichen Notfalls kann diese Technik als alternative Diagnosemethode angesehen werden, die schnell, kostengünstig und einfach in jedem Forschungslabor umzusetzen ist9.
In diesem Artikel wird das Protokoll zur Standardisierung und Implementierung einer RT-LAMP zum Nachweis von SARS-CoV-2 durch kolorimetrische Verfahren unter Verwendung eines Thermocyclers und eines Wasserbades beschrieben (Abbildung 1). Kritische Punkte, ihre Grenzen und Alternativen, um sie voranzutreiben, werden diskutiert.
Abbildung 1: Schema des Protokolls zur Amplifikation von SARS-CoV-2 mit der RT-LAMP-Technik. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die verwendeten Proben wurden vom klinischen Labor des Universitätskrankenhauses Fundación Valle del Lili zur Verfügung gestellt und entsprachen der gereinigten RNA von Patienten, die mit der RT-qPCR-Technik positiv auf COVID-19 getestet wurden. Alle Patienten gaben eine Einverständniserklärung für die Forschung ab, und diese Studie wurde von der bioethischen Kommission für Humanstudien des Universitätskrankenhauses Fundación Valle del Lili genehmigt.
1. Design und Vorbereitung der RT-LAMP-Grundierung
HINWEIS: LAMP-Primer können mit einer Vielzahl von Plattformen verwendet werden, einschließlich New England BioLabs (NEB) LAMP, Primer Explorer und LAMP Assay Versatile Analysis (LAVA). Für dieses Protokoll wurde jedoch das NEB LAMP-Tool verwendet. Das Primer-Design kann unter Verwendung von SARS-CoV-2-Genomen erfolgen, die aus der NextStrain-Datenbank10 gewonnen wurden. Tabelle 1 zeigt das in diesem Protokoll verwendete Primer-Set.
2. RT-LAMP-Reaktion
3. Analyse von Amplifikationsprodukten in Agarosegel
HINWEIS: Diese Schritte werden als zusätzliche Überprüfung der kolorimetrischen Reaktion oder als Leistungskontrolle während des Standardisierungsschritts empfohlen. Dies liegt daran, dass die Technik ein enormes Kontaminationsrisiko für das Labor darstellen könnte, das diese Tests durchführt.
Die Implementierung des Protokolls beginnt mit der Entwicklung des Primersatzes für jedes Zielgen gemäß dem oben beschriebenen Protokoll. Im Juni 2020 wurden 5.000 SARS-CoV-2-Genome aus der NextStrain-Datenbank gewonnen, mit einer Repräsentativität von 10 % für kolumbianische Genome. Diese Sequenzen wurden ausgerichtet, um die Konsensussequenz zu erhalten, die im Primer-Designprozess verwendet wurde. Tabelle 1 zeigt die Primer-Sets, die für die Primer RdRp/Hel und RdRp ausgewählt wurden. Das Prim...
Obwohl die RT-LAMP als ergänzende Methodik für die Durchführung molekularer Diagnostik angesehen wird, weist sie auch einige Einschränkungen und kritische Schritte auf, die bei der Standardisierung und Implementierung des Protokolls berücksichtigt werden müssen.
Die LAMP-Standardisierung für den Nachweis von SARS-CoV-2 bewertete die folgenden Parameter und Komponenten im Mastermix: (a) Konzentration und Temperatur der Ausrichtung der Primer; b) Konzentration der Enzyme; c) Magnesiumkonz...
Natalia Campillo-Pedroza ist CEO des Unternehmens BioDx: Diagnóstico y Soluciones Biotecnológicas S.A.S. Die übrigen Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Diese Arbeit wurde vom Sistema General de Regalías aus Kolumbien, Fördernummer BPIN 2020000100092, und der Universidad Icesi - Convocatoria Interna, Fördernummer CA0413119, finanziert. MFVT wurde auch aus den Assistant Professorship Funds der Universidad de los Andes finanziert. Die Fördereinrichtungen waren nicht an der Konzeption, Durchführung der Aktivitäten, der Datenerhebung, der Datenanalyse und der Vorbereitung des Manuskripts beteiligt. Wir danken dem Universitätskrankenhaus Fundación Valle del Lili für die virale RNA aus Sars-CoV-2-Proben und Dr. Alvaro Barrera-Ocampo für die Kommentare zum Manuskript.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 kb DNA Ladder | SOLIS BIODYNE | 07-12-00050 | Store at -20 °C |
50x TAE Electrophoresis Buffer | ThermoScientific | B49 | Store at roome temperature |
Accuris High Fidelity Polymerase | ACCURIS LIFE SCIENCE REAGENTS | PR1000-HF-200 | It can be used in case Q5 High-Fidelity DNA polymerase cannot be purchased. For the enzyme, make aliquots of an appropriate volume and store at -20 °C until use. |
Agarose | PanReacAppliChem | A8963,0100 | N/A |
Bst 3.0 DNA Polymerase 8000 IU/mL | New England BioLabs | M0374S/M0374L | For the enzyme, make aliquots of an appropriate volume and store at -20 °C until use. |
Deoxynucleotide (dNTP) Solution Set | New England BioLabs | N0446S | Store at -20 °C |
Diethyl pyrocarbonate | Sigma-Aldrich | 159220-25G | Handle it with caution under an extraction cabinet |
GeneRuler 100 bp Plus DNA Ladder, ready-to-use | ThermoScientific | SM0322 | Store at -20 °C |
Hydroxy naphthol blue disodium salt | Santa Cruz Biotechnology | sc-215156B | N/A |
Q5 High-Fidelity DNA polymerase 2000 IU/mL | New England BioLabs | M0491S/M0491L | For the enzyme, make aliquots of an appropriate volume and store at -20 °C until use. |
WarmStart RTx Reverse Transcriptase 15000 IU/mL | New England BioLabs | M0380S/M0380L | For the enzyme, make aliquots of an appropriate volume and store at -20 °C until use. |
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