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Method Article
Este trabalho resume as etapas no desenvolvimento de ensaios diferentes para a detecção de SARS-CoV-2 usando um sistema ddPCR de duas cores. As etapas são elaboradas e notas foram incluídas sobre como melhorar os ensaios e o desempenho do experimento. Estes ensaios podem ser usados para aplicações SARS-CoV-2 RT-ddPCR.
O diagnóstico da pandemia SARS-CoV-2 em curso é uma prioridade para todos os países em todo o mundo. Atualmente, o PCR quantitativo de transcrição reversa (RT-qPCR) é o padrão ouro para o diagnóstico de SARS-CoV-2, pois nenhuma solução permanente está disponível. Por mais eficaz que essa técnica possa ser, pesquisas têm surgido mostrando suas limitações na detecção e diagnóstico, principalmente quando se trata de alvos pouco abundantes. Em contraste, o PCR digital de gotículas (ddPCR), uma tecnologia emergente recente com vantagens superiores sobre o qPCR, mostrou superar os desafios do RT-qPCR no diagnóstico de SARS-CoV-2 a partir de amostras alvo pouco abundantes. Prospectivamente, neste artigo, os recursos do RT-ddPCR são expandidos ainda mais, mostrando etapas sobre como desenvolver ensaios simplex, duplex, triplex probe mix e quadruplex usando um sistema de detecção de duas cores. Usando primers e sondas que visam locais específicos do genoma do SARS-CoV-2 (N, ORF1ab, RPP30 e RBD2), o desenvolvimento destes ensaios mostra-se possível. Além disso, protocolos detalhados passo a passo, notas e sugestões sobre como melhorar o fluxo de trabalho de ensaios e analisar dados são fornecidos. A adaptação desse fluxo de trabalho em trabalhos futuros garantirá que o número máximo de destinos possa ser detectado de forma sensível em uma pequena amostra, melhorando significativamente o custo e a taxa de transferência da amostra.
A reação em cadeia da polimerase (PCR), uma técnica bem reconhecida, passou por diversas transformações desde seu advento para se tornar uma poderosa técnica capaz de fornecer respostas à pesquisa de ácidos nucleicos. Essas transformações têm sido um constante aprimoramento da antiga técnica. Essas transformações podem ser resumidas em três gerações1. A primeira geração é a PCR convencional que se baseia na eletroforese em gel para quantificar e detectar alvos amplificados. A segunda geração é a PCR quantitativa em tempo real (qPCR) que pode detectar amostras em tempo real e contar com uma curva padrão para quantificar diretamente os alvos em uma amostra. A terceira geração, PCR digital (dPCR), pode realizar tanto a detecção quanto a quantificação absoluta de alvos de ácidos nucleicos sem a necessidade de uma curva padrão. A dPCR também foi melhorada a partir de câmaras de reação sendo separadas pelos poços de uma parede em emulsões de óleo, água e produtos químicos estabilizantes dentro do mesmo poço, como visto na PCR digital baseada em gotículas2. Na PCR digital de gotículas (ddPCR), uma amostra é particionada em milhares de gotículas de tamanho nanolitro contendo alvos individuais que serão posteriormente quantificados usando a estatística de Poisson 2,3,4. Esta técnica confere à ddPCR uma vantagem na quantificação de alvos pouco abundantes quando comparada com as outras gerações de PCR.
Recentemente, múltiplas aplicações têm destacado a superioridade da ddPCR sobre a qPCR comumente usada na detecção e quantificação de alvos pouco abundantes 1,5,6. O SARS-CoV-2 não é exceção a essas aplicações 7,8,9,10,11,12. Desde o surto do SARS-CoV-2, os cientistas têm trabalhado em todas as frentes para encontrar soluções sobre como diagnosticar o vírus e detectá-lo de forma eficiente. O padrão-ouro atual ainda continua sendo o qPCR13. No entanto, o RT-ddPCR mostrou-se mais preciso na detecção de alvos SARS-CoV-2 pouco abundantes de amostras ambientais e clínicas quando comparado ao RT-qPCR 7,8,9,10,11,12. A maioria dos trabalhos publicados sobre o ddPCR SARS-CoV-2 depende de ensaios simplex com os multiplex, dependendo dos ensaios comerciais. Portanto, mais deve ser feito para explicar como desenvolver ensaios multiplex RT-dPCR para detecção de SARS-CoV-2.
Em um projeto de ensaio adequado, a multiplexação pode ser usada para economizar custos, aumentar a taxa de transferência da amostra e maximizar o número de alvos que podem ser detectados sensivelmente em uma pequena amostra. Ao multiplexar com ddPCR, deve-se levar em conta quantos fluoróforos podem ser detectados em um determinado sistema. Algumas plataformas ddPCR podem suportar até três canais, enquanto outras suportam apenas dois canais. Assim, na multiplexação com dois canais, deve-se utilizar diferentes abordagens, incluindo a multiplexação de ordem superior para detectar mais de dois alvos14,15,16. Neste trabalho, um sistema de detecção ddPCR de duas cores é usado para mostrar etapas sobre como desenvolver diferentes ensaios de RT-ddPCR de SARS-CoV-2 que podem ser adaptados para diferentes aplicações de pesquisa.
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Declaração ética
O Instituto de Virologia de Wuhan (WHIOV) está entre os laboratórios e institutos aprovados pelo CDC da China da cidade de Wuhan para conduzir pesquisas sobre o SARS-CoV-2 e detectar COVID-19 a partir de amostras clínicas. A pesquisa sobre o desenvolvimento de novas técnicas de diagnóstico para COVID-19 usando amostras clínicas também foi aprovada pelo comitê de ética do Instituto de Virologia de Wuhan (2020FCA001).
1. Fluxo de trabalho de processamento de amostras (Figura 1A)
NOTA: Ao longo do protocolo, é importante usar salas separadas com pipetas dedicadas para manuseio de amostras (extração e armazenamento), preparação e armazenamento de reagentes/mastermix, preparação de mistura de reação (amostra mais mastermix) e detecção, para evitar contaminação cruzada. Os ensaios a serem desenvolvidos podem ser utilizados na detecção de amostras clínicas ou amostras de pesquisa. Todas as amostras devem ser tratadas como se pudessem transmitir agentes infecciosos, mesmo quando se utilizam procedimentos laboratoriais seguros. As etapas de processamento das amostras devem ser feitas em um laboratório de nível de biossegurança 2 (BSL-2), seguindo regras rígidas de BSL-2, incluindo o uso de equipamentos de proteção individual (EPIs) apropriados.
2. Otimização do ensaio ddPCR e fluxo de trabalho
OBS: Otimizar os ensaios antes/depois da leitura das gotículas. Dependendo dos resultados, eles podem ser otimizados em qualquer ponto do trabalho para alcançar melhores resultados. Abaixo estão alguns fatores comuns a serem considerados ao otimizar experimentos de ddPCR.
3. fluxo de trabalho ddPCR (Figura 1B) e desenvolvimento do ensaio (Tabela 2)
NOTA: Como outros sistemas de detecção de ddPCR, esse fluxo de trabalho também consiste em quatro etapas (Figura 1B), incluindo preparação da mistura de reação, geração de gotículas, amplificação de PCR e leitura de gotículas.
4. Análise dos dados (Figuras Complementares 2 e 3)
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Em um estudo de prova de conceito, o desempenho analítico dos ensaios multiplex foi testado em amostras clínicas e de pesquisa19. O desempenho dos ensaios multiplex foi superior ao de um RT-PCR19. Como um baixo número de gotículas pode indicar um problema durante a geração de gotículas, neste artigo um ponto de corte de 10.000 gotículas por poço foi definido com base em dados empíricos.
Uma boa separação entre gotículas positivas e n...
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Poucos recursos estão disponíveis sobre como desenvolver ensaios RT-ddPCR para detecção de SARS-CoV-2. Embora não sejam usadas neste artigo, amostras padrão com cópias conhecidas podem ser usadas para desenvolver e otimizar ensaios. Neste trabalho, no entanto, as amostras de SARS-CoV-2 cultivadas em pilhas Vero-E6 foram cravadas em um fundo do RNA genomic humano e usadas como amostras padrão para desenvolver os ensaios. Sequências adequadas de primers e sondas são essenciais no desenvolvimento de ensaios. Uma v...
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Os autores não têm conflitos a revelar.
Esta pesquisa foi financiada pelo Megaprojeto de Controle de Doenças Infecciosas do Ministério da Saúde da China, número de concessão 2017ZX10302301-005 e Centro de Pesquisa Conjunta Sino-África, número de concessão SAJC201605.
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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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