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Method Article
우리는 oligonucleotide 결합 형광 구슬을 사용하여 샘플 내에 미생물의 검출을위한 다양한 방법을 설명합니다. 샘플 내의 모든 생물에서 Amplicon는 프로브 결합 구슬의 패널에 hybridized입니다. Luminex 또는 바이오 플렉스 악기는 비드 타입과 하이브 리다이 제이션 신호를 각 비드를 쿼리하는 데 사용됩니다.
세균성 vaginosis (BV)는 Gardnerella vaginalis에, Atopobium vaginae 포함한 세균 종의 숫자에 의해 지배 microbiota에 락토 - 지배와 다른 1-3에서 "정상적인"microbiota에 변화가 특징입니다 되풀이 polymicrobial 증후군이다. 이 조건은 HIV 취득 사를 포함하여 부정적인 건강 결과의 범위와 관련된이며, 그것은 임상 오 관리하기 어려울 수 있습니다. 또한, BV의 진단은 다양한 수치 기준 6,7에 대한 채점 아르 질 면봉 얼룩의 그램 얼룩의 사용에 의존하고 있습니다. 이 진단은 간단하고 저렴하고, 자원 제한 설정에 잘 적합하지만, 그것은 주관적인 해석에 관련된하고 질 microbiota 8 구성에 대한 자세한 프로파일을 제공하지 않는 문제를 고생하실 수 있습니다. 최근 깊은 순서 노력과 함께 풍부하고 다양한 질 microbiota 감을 잡을수있다BV 11,12의 분자 진단에 대한 잠재적인 공격 대상 숫자의 식별 결과가 정상 9,10 간주됩니다 그 개인에 비해 BV 진단 아르 개인에서 가져온 샘플 사이의 명확한 차이. 이러한 연구는 유용한 정보의 부를 제공하지만, 깊은 시퀀싱 아직 임상 설정에서 진단 방법으로 실용적되지 않습니다. 우리는 최근 빠르게 Luminex 플랫폼 13 감지 oligonucleotide - 결합 형광 구슬을 사용하여 멀티 플렉스 형식으로 질 microbiota를 프로 파일링하는 방법을 설명합니다. 이 방법은, 현재 그램 얼룩 기반의 방법처럼 신속하고 간단하지만 프로브 디자인 연구 순서에서 발생하는 분자 지식을 악용의 추가 이점을 추가합니다. 이 방법은 따라서 높은 특이성과 민감도 광고와 BV를 진단하는 데 사용할 수있는 질 면봉에 존재하는 주요 미생물을 프로파일하는 방법을 제공한다세미 양적 및 빠른 방법으로 종의 존재와 풍부한에 대한 추가 정보를 제공하면서 그램 얼룩이 ared. 이 멀티 플렉스 방식은 물론 현재 단일 샘플 14 5 ~ 6 가지 assays 제한됩니다 특히 생물에 대한 현재의 양적 PCR의 assays의 시야 밖으로 확장됩니다. 중요한 것은 방법이 질 면봉에 박테리아의 검출에 국한되지 않고 쉽게 빠르게 관심 거의 모든 미생물 커뮤니티의 프로필에 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 우리는 최근 폐수 처리 공장에 사용하기 위해 진단 도구의 개발이 방법론을 적용하기 시작했다.
이 방법은 Dumonceaux 외에 보고된 연구에 사용되었습니다. J. Clin. . Microbiol 47 4067-4077, 간접 : 10.1128/jcm.00112-09 (2009).
전체 절차를 묘사한 도식 다이어그램 그림 1에 표시됩니다.
1. 비드 커플링
이것은 (표 2 참조) 폴리스티렌 Luminex 비즈에 oligonucleotide 프로브를 연결에 사용할 방법을 설명합니다. 볼륨은 시험 기준에 대한 새로운 캡처 프로브의 평가를위한 약간 적응되며 이러한 볼륨은 괄호 안에 표시됩니다.
2. Chaperonin 60 보편적인 대상 (cpn60 UT) 단일 가닥의 amplicon 생산 및 생성.
3. oligonucleotide 결합 폴리스티렌 비즈로 단일 좌초 PCR 제품의 하이브 리다이 제이션.
4. 대표 결과 :
이 분석을 개발하고 구현하는 우리의 목표 중 하나는 가능한 한 간단하고 유선형으로 만드는 것이었다. 따라서 합리적인 기간에 완료할 수 분석을 개발하기 위해 T7의 exonuclease 처리 시간과 하이브 리다이 제이션 시간을 포함하여, 중요한 포스트 증폭 단계를 최적화. 그림 2A에 나타난 amplicon의 T7 처리는 대부분의 프로브이 짧은 또는 전혀 T7 치료로 거의 신호를했다 등, 신호 생성을 위해 필수적입니다. 신호는 신호 증가 둔화되는 시간에, 약 40 분까지 선형적으로 증가했다. 신호의 저하는 primers의 phosphorothioate 수정이 targe을 방지하는 매우 효과적인 것을 나타내는 T7 처리 시간이 2 시간에서 심지어는 관찰되지 않았습니다t 스트랜드의 저하는 15 설명했다. 우리는 전체 프로토콜 시간을 최소화하기 위해 T7 처리 시간 40 분 선택,하지만 T7 치료가 훨씬 오래 갈 수있는 그림 2A에서 분명하다. 우리는 또한 신호 생성 (그림 2B)에 하이브 리다이 제이션 시간의 효과를 결정하고 10 분 최대 신호에 대한 충분한 것을 발견, 신호에 아니 더 증가로 심지어 하이브 리다이 제이션 4 시간 후에 관찰되었다. 따라서 10 분 하이브 리다이 제이션 단계는 전반적인 분석 시간을 최소화하기 위해 다시 선정되었습니다. 마음에와 같은 InstaGene (바이오 - RAD)로 신속한 DNA 추출 기술과 함께 이러한 결과로, DNA 추출, PCR, 그리고 Luminex 분석을 포함한 전반적인 분석은 4-5시간에 완료하실 수 있습니다.
경계의 메모에서 Luminex 또는 BioPlex 실행하는 동안 폴리스티렌 구슬 집합의 수준은 분석의 효율성에 큰 영향을 줄 수 있습니다. BioPlex 소프트웨어는 발생 비즈 집합의 수준을 표시합니다하나 이상의 구슬이 레이저 경로와 집계에서 하이브 리다이 제이션 신호의 배제의 결과에 감지됩니다. 명백한 비드 집계는 하나의 구슬에 맞는 크기를하지 않은 미립 물질로 인해 수 있으며, 심지어는 공기 방울로 인해 발생할 수 있습니다. 이러한 이벤트 중 하나에서 비드 집계, 공기 방울, 또는 입자의 신호가 삭제됩니다. 대부분의 경우, 우리는 그 구슬 집합이 최소한의 것입니다 (그림 3A)와 각 구슬 100 집계 이벤트의 타겟 레벨이 쉽게 달성됩니다 찾습니다. 때때로, 그러나, 구슬은 집합의 중간 (그림 3B) 또는 심각한 (그림 3C) 수준을 보여줍니다. 이러한 경우에는 데이터의 대부분은 무시되기 때문에, 악기는 100 종류의 구슬 당 행사와 그 결과를 도달 문제가 의심 수 있습니다. sonication 단계 (단계 3.2) 비드 집계를 최소화하기위한 것입니다. 또한, 희석 microsphere 마스터 믹스 (단계 1.20)로 비즈를 저장하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 우리는 hybri로부터 제외 TMAC을 알고있다dization 버퍼는 - 대신 SA - PE의 희석제 (3.5 단계)에 추가하면 - 비드 집계를 최소화하는 데 도움이됩니다. 더욱이, 우리는 이것을 테스트하지 않은 반면, Luminex 또는 BioRad에서 사용할 수있는 최신 자기 비즈가 집계하는 경향이보다 적게 표시 것으로 생각되고 있습니다.
G.을 대상으로 5 플렉스 Luminex 배열의 응용 프로그램의 결과 vaginalis, A. vaginae, L. iners, L. crispatus, 그리고 L. 해당 그람 스테인드 질 면봉은 얼룩과 함께 gasseri는 그림 4에 표시됩니다. 이 샘플은 여러 시간 지점에서 한 개인에서 찍은. 시간 0에서, 개인은 그램 얼룩에 따라 BV 진단 (그림 4A)과 배열, G.의 대표 생물의 같은 샘플에서 Luminex 결과 (그림 4B)가 표시되었습니다 vaginalis은 가장 널리 동안 A. vaginae와 L. iners도 긍정했다. 9 일 후, 개인은 여전히 BV 긍정과 S되었다G.위한 ignal vaginalis가 대폭 증가가 있었을 때, A. vaginae와 L. iners은 여전히 긍정했다. 그람 양성 bacilli가 뭉개진에서 감지되기로 G.에 대한 신호를하면서 중요한 것은,이 시간 이후에 개인은 (그림 4A) 정상 microbiota로 전환 시작 vaginalis은 감소하고 L.위한 신호 iners (그림 4B) 증가했다. 그램이 G.을 감지하는 데 실패 얼룩 있지만,이 방법 (G.의 vaginalis 및 / 또는 A. vaginae에 대한 긍정적인 샘플 BV는 긍정적인 것으로 간주되었다) 13 BV 우리의 원래 정의에 의해,이 개인은 모든 시간 지점에서 긍정적인 BV되었습니다 후자의 두 시간 포인트에서 vaginalis. Luminex 방법은 여기서 설명으로 동향에 쉽게 시퀀싱 기반 방법에 비해 수 있으며, 유기체의 정체성과 풍부한에 대한 추가 정보를 제공하면서 Luminex 분석의 결과는 일반적으로 그램 얼룩 13 증명할.
그림 1. 복잡한 임상이나 환경 시료의 microbiota 프로필을 결정하기위한 Luminex 프로토콜의 도식 다이어그램. 프로토콜은 관심의 샘플에서 추출되었습니다 템플릿 DNA와 함께 시작합니다. (1)을 사용하여 템플릿 DNA에서 PCR 제품을 생성 스트랜드 특정 biotinylated, 수정되지 않은 cpn60 UT PCR primers (표 1)과 함께 phosphorothioate - 수정 cpn60 UT PCR의 primers, (2)이있는 microbiota 대표하는 PCR 제품 풀을 생성 비오틴을 한 가닥의 수정을 phosphorothioate (3) phosphorothioate - 수정 가닥을 저하되므로 비오틴과 5 '끝에 수정 단일 좌초된 DNA를 생성 수 없습니다 T7의 exonuclease와 이중 좌초 PCR 제품을 다이제스트 (4) 커플 종 특정 cpn60 UT 프로브로 폴리스티렌 비즈 - 각 구슬은 고유한 스펙트럼 주소 (구슬 색깔로 표시)를 갖는다는 것 ILuminex 또는 바이오 플렉스 계기로 뚜렷한 S는 (5) 관심이 샘플에서 종 특정 oligonucleotide 결합 구슬의 제품군에 생성된 단일 좌초 PCR 제품을 잡종 (6)에 바인딩 streptavidin - phycoerythrin 공액 추가 biotinylated 단일 좌초 PCR 제품 및 하이브 리다이 제이션의 지표 역할을하고 있지만, (7) Luminex 또는 바이오 플렉스 악기를 사용하여 스펙트럼 주소 (구슬 정체성)와 하이브리드화 신호 강도를 확인합니다. 최소한 100 구슬은 각 구슬 정체성에 대한 집계되고 phycoerythrin 신호의 평균 형광 강도 (MFI)은 출력으로보고됩니다. 최대 100 개의 서로 다른 종류의 구슬을 동시에 평가할 수 있지만 세 비드 종류의 차별을 보여주는 분석이 그림입니다. (8) PCR의 MFI가 동일한 예제에서 생성된 복제하는 경우는 (1 꼬리 학생의 T - 테스트, P <0.05) 주어진 구슬에 대한 부정적인 컨트롤보다 훨씬 큰, 예제는 그 생물에 대해 긍정적인 것으로 간주됩니다.
그림 2. Luminex 분석 매개 변수의 최적화. Peptostreptococcus의 anaerobius을 타겟으로하는 다섯 가지 프로브는 P. 포함하여 질과 연관된 것으로 알려진 20 박테리아의 복제된 cpn60 UT를 포함 plasmids를 구성된 혼합 템플릿에서 생성된 amplicons과 함께 사용되었다 anaerobius. (A). T7의 exonuclease 처리 시간의 효과. 위에서 설명한 프로토콜은 다음했지만 T7의 exonuclease과 치료 시간 전에 하이브 리다이 제이션 및 평균 형광 강도 (MFI) 모든 프로브에 대한 결정되었습니다하기 위해 다양한되었습니다. (B). 하이브 리다이 제이션 시간의 효과. 위에서 설명한 프로토콜은 하이브 리다이 제이션 시대의 다양한 이어했다. 프로브의 동일한 세트 및 평균 형광 강도 (MFI)가 모든 프로브에 대한 결정되었다에서 같은 템플릿에서 생성된 amplicon와 함께 사용되었습니다.
그림 4. 동일한 개인에서 가져온 샘플에서 순차 BV 진단에 5 플렉스 Luminex 배열의 응용. (A). BV 각 샘플을 평가하는 데 사용되는 전통적인 진단을 보여주는 그람 스테인드 슬라이드. (B). 5 플렉스 Luminex 배열의 응용 프로그램 준비하고 (A)에 표시된 동일한 사 샘플이 프로토콜에 설명된대로 실행. 그의 MFI 신호 박테리아 타겟은 우리의 정의 (1 꼬리 학생의 T - 테스트, P <0.05)이 별표 (*)로 표시됩니다에 의해 상당히 긍정했다.
신호 생성의 특이성은 매우 중요합니다, 당신은 신호가 진정되는 유기체에서 발생 amplicon의 검출을 반영 관찰 확신해야합니다. 이러한 PrimerPlex (프리미어 Biosoft)와 같은 소프트웨어는 효율적으로 잡종을 것입니다 프로브를 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다,하지만 그들은 나 이외의 대상 종에 간 잡종 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다. 범용 PCR primers의이 프로토콜에 설명된대로 사용하면 ?...
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
우리는 분석 개발이 원고에 대한 비판적 의견과 관련하여 도움이 알베르토 Severini과 바네사 Goleski 감사드립니다. 이 작품은 캐나다의 보건 기관 및 산업 연구 지원 프로그램 (캐나다 국립 연구위원회)에 의해 재정 지원되었다. 추가 지원은 서스캐처원 출판물 기금의 대학에서 얻은 것입니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Oligonucleotide 이름 | 회사 | 순서 1 | |
H279BP | Invitrogen, IDT, 또는 기타 | 비오틴 - OEFO GAIIIIGCIGGIGAYGGIACIACIAC | |
H280 | YKIYKITCICCRAAICCIGGIGCYTT | ||
H1612BP | 비오틴 - OEFO GAIIIIGCIGGYGACGGYACSACSAC | ||
H1613 | CGRCGRTCRCCGAAGCCSGGIGCCTT | ||
1O, phosphorothioate - C, E, phosphorothioate - G, F, phosphorothioate - A, I, 이노신, Y, C 또는 T, R, A 또는 G, K, T 또는 G, S, C 또는 G. |
범용 cpn60 PCR에 대한 수정 oligonucleotides의 표 1. 시퀀스.
시약의 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
1 - 에틸 -3 - (3 - dimethylamiopropyl) carbodiimide HCL (EDC) | 찌르다 | 22,980 | |
형광등 폴리스티렌 비즈 : MicroPlex Microspheres (Luminex) 또는 바이오 플렉스 COOH 비드 (바이오 RAD) | Luminex 또는 바이오 RAD | 바이오 방사선 : 171 - 506xxx 엑스 비드 식별자에 해당하는 위치를 | 자기 구슬이 oligonucleotide 커플링 사용할지고 있으며 특정 이점을 제공할 수 있습니다. 이 작가에 의해 시도되지 않았습니다. |
캡처 oligonucleotides (5 '아미노산 C12 수정) | Invitrogen, IDT, 또는 기타 | 여러 | Desalted 순도 수준이 허용됩니다. 질 면봉을 특징하는 데 사용되는 캡처 프로브의 시퀀스는이 프로토콜은 13의 기반이되는 원고에 제공됩니다. |
T7exonuclease | 뉴 잉글랜드 Biolabs | M0263S | |
Streptavidin - R - phycoerythrin (SA - PE) | Invitrogen | S - 866 | 고순도 SA - PE를 구하는주의, 본 카탈로그 번호 권장합니다 |
Thermowell 96 잘 PCR 플레이트 | 어부 | CS006509 | 96 - 웰 thermocycler 및 BioPlex 기계 모두에 맞게 |
Thermowell 밀봉 매트 | 어부 | CS006555 | 다시 사용할 수 있으며, 비눗물로 씻어도 잘 린스 및 건조 |
5M TMAC | 시그마 | T3411 | |
바이오 플렉스 또는 Luminex 악기 | 바이오 방사선 또는 Luminex | 바이오 방사선 : 171-000201 | |
프로브 설계를위한 PrimerPlex 소프트웨어 | 프리미어 Biosoft | www.premierbiosoft.com | Luminex 프로브 드를위한 제안다른 소프트웨어 플랫폼을 사용할 수 있지만, 서명 |
표 2. 특정 시약과 장비.
구성 요소 | μl / 분석 | μl/100 assays | 최종 농도 |
10X PCR 버퍼 (Invitrogen) | 5 | 500 | 1X |
50 MM MgCl 2 (Invitrogen) | 2.5 | 250 | 2.5 MM |
10 MM dNTP | 일 | 100 | 0.2 MM 각 |
H279BP, 25 μm의 | 0.25 | 25 | 375 NM |
H1612BP, 25 μm의 | 0.75 | 75 | 125 NM |
H280, 25 μm의 | 0.25 | 25 | 375 NM |
H1613,25 μm의 | 0.75 | 75 | 125 NM |
물 | 34 | 3400 | --- |
합계 | 44.5 | 4450 |
표 3. 수정된 cpn60 UT primers (표 1) PCR을위한 혼합을 제안했다. 분석은 템플릿 DNA와 DNA 형성 촉매의 DNA 중합 효소 (Invitrogen) 0.5 μl (2.5U) 5 μl에 대해 설정되어 있습니다. 일반적으로 대량의 준비 (100 assays에 대한 충분한 예) 및 -20 ° C.에 저장됩니다
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