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Method Article
Este trabajo resume los pasos para desarrollar diferentes ensayos para la detección del SARS-CoV-2 utilizando un sistema ddPCR de dos colores. Los pasos son elaborados y se han incluido notas sobre cómo mejorar los ensayos y el rendimiento del experimento. Estos ensayos se pueden utilizar para múltiples aplicaciones RT-ddPCR del SARS-CoV-2.
El diagnóstico de la actual pandemia de SARS-CoV-2 es una prioridad para todos los países del mundo. Actualmente, la PCR cuantitativa con transcripción inversa (RT-qPCR) es el estándar de oro para el diagnóstico del SARS-CoV-2, ya que no hay una solución permanente disponible. Por muy efectiva que pueda ser esta técnica, han surgido investigaciones que muestran sus limitaciones en la detección y el diagnóstico, especialmente cuando se trata de objetivos poco abundantes. Por el contrario, se ha demostrado que la PCR digital por gotas (ddPCR), una tecnología emergente reciente con ventajas superiores a la qPCR, supera los desafíos de la RT-qPCR en el diagnóstico del SARS-CoV-2 a partir de muestras objetivo poco abundantes. Prospectivamente, en este artículo, las capacidades de RT-ddPCR se amplían aún más al mostrar los pasos sobre cómo desarrollar ensayos simplex, dúplex, mezcla de sonda triplex y cuádruples utilizando un sistema de detección de dos colores. Usando cebadores y sondas dirigidas a sitios específicos del genoma del SARS-CoV-2 (N, ORF1ab, RPP30 y RBD2), se demuestra que el desarrollo de estos ensayos es posible. Además, se proporcionan protocolos detallados paso a paso, notas y sugerencias sobre cómo mejorar el flujo de trabajo de ensayos y analizar datos. La adaptación de este flujo de trabajo en trabajos futuros garantizará que el número máximo de objetivos se pueda detectar con sensibilidad en una muestra pequeña, lo que mejorará significativamente el costo y el rendimiento de la muestra.
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR), una técnica bien reconocida, ha sufrido varias transformaciones desde su advenimiento para convertirse en una técnica poderosa capaz de proporcionar respuestas a la investigación de ácidos nucleicos. Estas transformaciones han sido una mejora constante de la vieja técnica. Estas transformaciones se pueden resumir en tres generaciones1. La primera generación es la PCR convencional que se basa en la electroforesis en gel para cuantificar y detectar objetivos amplificados. La segunda generación es la PCR cuantitativa en tiempo real (qPCR) que puede detectar muestras en tiempo real y basarse en una curva estándar para cuantificar directamente los objetivos en una muestra. La tercera generación, la PCR digital (dPCR), puede realizar tanto la detección como la cuantificación absoluta de objetivos de ácidos nucleicos sin necesidad de una curva estándar. La dPCR también se ha mejorado aún más a partir de cámaras de reacción separadas por los pozos de una pared en emulsiones de aceite, agua y productos químicos estabilizadores dentro del mismo pozo, como se ve en laPCR digital 2 basada en gotas. En la PCR digital de gotas (ddPCR), una muestra se divide en miles de gotas de tamaño nanolitro que contienen objetivos individuales que luego se cuantificarán utilizando las estadísticas de Poisson 2,3,4. Esta técnica le da a ddPCR una ventaja en la cuantificación de objetivos poco abundantes en comparación con las otras generaciones de PCR.
Recientemente, múltiples aplicaciones han puesto de relieve la superioridad de la ddPCR sobre la qPCR comúnmente utilizada al detectar y cuantificar objetivos de baja abundancia 1,5,6. El SARS-CoV-2 no es una excepción a estas aplicaciones 7,8,9,10,11,12. Desde el brote de SARS-CoV-2, los científicos han estado trabajando en todos los frentes para encontrar soluciones sobre cómo diagnosticar el virus y detectarlo de manera eficiente. El estándar de oro actual sigue siendo qPCR13. Sin embargo, se ha demostrado que la RT-ddPCR es más precisa en la detección de objetivos de SARS-CoV-2 de baja abundancia tanto en muestras ambientales como clínicas en comparación con RT-qPCR 7,8,9,10,11,12. La mayoría de los trabajos publicados de ddPCR del SARS-CoV-2 dependen de ensayos simples, y los multiplexores dependen de ensayos comerciales. Por lo tanto, se debe hacer más para explicar cómo desarrollar ensayos RT-dPCR multiplex para la detección del SARS-CoV-2.
En un diseño de ensayo adecuado, la multiplexación se puede utilizar para ahorrar costos, aumentar el rendimiento de la muestra y maximizar el número de objetivos que se pueden detectar con sensibilidad dentro de una muestra pequeña. Al multiplexar con ddPCR, se debe tener en cuenta cuántos fluoróforos se pueden detectar en un sistema en particular. Algunas plataformas ddPCR pueden admitir hasta tres canales, mientras que otras solo admiten dos canales. Por lo tanto, cuando se multiplexa con dos canales, uno tiene que usar diferentes enfoques, incluida la multiplexación de orden superior para detectar más de dos objetivos14,15,16. En este trabajo, se utiliza un sistema de detección ddPCR de dos colores para mostrar los pasos sobre cómo desarrollar diferentes ensayos RT-ddPCR del SARS-CoV-2 que se pueden adaptar para diferentes aplicaciones de investigación.
Declaración ética
El Instituto de Virología de Wuhan (WHIOV) se encuentra entre los laboratorios e institutos aprobados por los CDC de China de la ciudad de Wuhan para realizar investigaciones sobre el SARS-CoV-2 y detectar COVID-19 a partir de muestras clínicas. La investigación sobre el desarrollo de nuevas técnicas de diagnóstico para COVID-19 utilizando muestras clínicas también ha sido aprobada por el comité ético del Instituto de Virología de Wuhan (2020FCA001).
1. Flujo de trabajo de procesamiento de muestras (Figura 1A)
NOTA: En todo el protocolo, es importante utilizar salas separadas con pipetas dedicadas para la manipulación de muestras (extracción y almacenamiento), preparación y almacenamiento de reactivos/mastermix, preparación de mezclas de reacción (muestra más mastermix) y detección, para evitar la contaminación cruzada. Los ensayos a desarrollar se pueden utilizar en la detección de muestras clínicas o muestras de investigación. Todas las muestras deben tratarse como si pudieran transmitir agentes infecciosos, incluso cuando se utilizan procedimientos de laboratorio seguros. Los pasos de procesamiento de muestras deben realizarse en un laboratorio de nivel de bioseguridad 2 (BSL-2) siguiendo las estrictas reglas BSL-2, incluido el uso de equipo de protección personal (EPP) adecuado.
2. Optimización del ensayo y flujo de trabajo de ddPCR
NOTA: Optimice los ensayos antes/después de leer las gotas. Dependiendo de los resultados, se pueden optimizar en cualquier punto del trabajo para lograr mejores resultados. A continuación se presentan algunos factores comunes a considerar al optimizar los experimentos de ddPCR.
3. flujo de trabajo de ddPCR (Figura 1B) y desarrollo del ensayo (Tabla 2)
NOTA: Al igual que otros sistemas de detección de ddPCR, este flujo de trabajo también consta de cuatro pasos (Figura 1B), que incluyen la preparación de la mezcla de reacción, la generación de gotas, la amplificación por PCR y la lectura de gotas.
4. Análisis de datos (figuras complementarias 2 y 3)
En un estudio de prueba de concepto, el rendimiento analítico de los ensayos multiplex se probó en muestras clínicas y de investigación19. El rendimiento de los ensayos multiplex fue superior al de una RT-PCR19. Dado que un número bajo de gotitas puede indicar un problema durante la generación de gotas, en este artículo se estableció un límite de 10,000 gotas por pocillo basado en datos empíricos.
Una buena separación entre gotas posit...
Hay pocos recursos disponibles sobre cómo desarrollar ensayos RT-ddPCR para la detección del SARS-CoV-2. Aunque no se utiliza en este artículo, las muestras estándar con copias conocidas se pueden utilizar para desarrollar y optimizar ensayos. Sin embargo, en este trabajo, las muestras de SARS-CoV-2 cultivadas en células Vero-E6 se enriquecieron en un fondo de ARN genómico humano y se utilizaron como muestras estándar para desarrollar los ensayos. Las secuencias adecuadas de cebadores y sondas son esenciales al de...
Los autores no tienen conflictos que revelar.
Esta investigación fue financiada por el Megaproyecto de Control de Enfermedades Infecciosas del Ministerio de Salud de China, número de subvención 2017ZX10302301-005 y el Centro de Investigación Conjunta Sino-África, número de subvención SAJC201605.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
32-channel fully automatic nucleic acid extractor Purifier 32 | Genfine Biotech | FHT101-32 | Automated extractor for RNA |
AutoDG Oil for Probes | BioRad | 12003017 | QX200 AutoDG consumable |
ddPCR 96-Well Plates | BioRad | 12003185 | |
ddPCR Supermix for Probes (No dUTP) | BioRad | 1863024 | Making ddPCR assay mastermix |
DG32 AutoDG Cartridges | BioRad | 1864108 | QX200 AutoDG consumable |
Electronic thermostatic water bath pot | Beijing Changfeng Instrument and Meter Company | XMTD-8000 | Heat inactivation of samples |
FineMag Rapid Bead Virus DNA/RNA Extraction Kit | Genfine Biotech | FMY502T5 | Magnetic bead extraction of inactivated RNA samples |
Pierceable Foil Heat Seals | BioRad | 1814040 | |
Pipet Tips for the AutoDG | BioRad | 1864120 | QX200 AutoDG consumable |
Pipet Tip Waste Bins for the AutoDG | BioRad | 1864125 | QX200 AutoDG consumable |
PrimeScript RT Master Mix (Perfect Real Time) | TaKaRa | RR036A | cDNA generation |
PX1 PCR Plate Sealer | BioRad | 1814000 | Seal the droplet plate from AutoDG |
QuantaSoft 1.7 Software | BioRad | 10026368 | Data acquisition and analysis |
QuantaSoft Analysis Pro 1.0 | BioRad | N/A | Data analysis |
QX200 Automated Droplet Gererator (AutoDG) | BioRad | 1864101 | QX200 AutoDG consumable |
QX200 Droplet Reader | BioRad | 1864003 | Droplet reading and data acquisition |
T100 Thermal Cycler | BioRad | 1861096 | Droplet target amplification (PCR) and cDNA generation |
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