Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В этой работе обобщены шаги по разработке различных анализов для обнаружения SARS-CoV-2 с использованием двухцветной системы ddPCR. Шаги проработаны, и были включены примечания о том, как улучшить анализы и результаты экспериментов. Эти анализы могут использоваться для нескольких приложений SARS-CoV-2 RT-ddPCR.
Диагностика продолжающейся пандемии SARS-CoV-2 является приоритетом для всех стран мира. В настоящее время количественная ПЦР с обратной транскрипцией (ОТ-кПЦР) является золотым стандартом диагностики SARS-CoV-2, поскольку постоянного решения нет. Каким бы эффективным ни был этот метод, появились исследования, показывающие его ограничения в обнаружении и диагностике, особенно когда речь идет о малораспространенных мишенях. Напротив, было показано, что капельная цифровая ПЦР (ddPCR), недавно появившаяся технология с превосходными преимуществами по сравнению с кПЦР, преодолевает проблемы ОТ-кПЦР в диагностике SARS-CoV-2 из малораспространенных целевых образцов. В перспективе в этой статье возможности ОТ-дПЦР еще больше расширяются за счет демонстрации шагов по разработке симплексных, дуплексных, триплексных зондовых смесей и квадруплексных анализов с использованием двухцветной системы детектирования. Показано, что разработка этих анализов возможна с использованием праймеров и зондов, нацеленных на определенные участки генома SARS-CoV-2 (N, ORF1ab, RPP30 и RBD2). Кроме того, предоставляются пошаговые подробные протоколы, примечания и предложения о том, как улучшить рабочий процесс анализа и анализа данных. Адаптация этого рабочего процесса в будущих работах обеспечит возможность чувствительного обнаружения максимального количества целей в небольшой выборке, что значительно снизит стоимость и пропускную способность выборки.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР), хорошо известная методика, с момента своего появления претерпела несколько трансформаций и стала мощным методом, способным дать ответы на исследования нуклеиновых кислот. Эти преобразования были постоянным совершенствованием старой техники. Эти преобразования можно свести к тремпоколениям1. Первое поколение - это обычная ПЦР, которая основана на гель-электрофорезе для количественной оценки и обнаружения амплифицированных мишеней. Второе поколение — это количественная ПЦР в реальном времени (кПЦР), которая может обнаруживать образцы в режиме реального времени и полагаться на стандартную кривую для прямого количественного определения целей в образце. Третье поколение, цифровая ПЦР (дПЦР), может выполнять как обнаружение, так и абсолютное количественное определение мишеней нуклеиновых кислот без необходимости стандартной кривой. дПЦР также была усовершенствована за счет того, что реакционные камеры были разделены скважинами стенки на эмульсии нефти, воды и стабилизирующих химических веществ в той же лунке, что и при цифровой ПЦР2 на основе капель. При капельной цифровой ПЦР (ddPCR) образец разбивается на тысячи капель нанолитрового размера, содержащих отдельные мишени, которые позже будут количественно определены с использованием статистики Пуассона 2,3,4. Этот метод дает ddPCR преимущество в количественной оценке малораспространенных мишеней по сравнению с другими поколениями ПЦР.
В последнее время во многих приложениях подчеркивается превосходство ddPCR над широко используемой qPCR при обнаружении и количественной оценке малораспространенных мишеней 1,5,6. SARS-CoV-2 не является исключением из этих приложений 7,8,9,10,11,12. С момента вспышки SARS-CoV-2 ученые работали на всех фронтах, чтобы найти решения о том, как диагностировать вирус и эффективно его обнаруживать. Нынешним золотым стандартом по-прежнему остается qPCR13. Однако было показано, что ОТ-дПЦР более точна при обнаружении малораспространенных мишеней SARS-CoV-2 как из экологических, так и из клинических образцов по сравнению с ОТ-кПЦР 7,8,9,10,11,12. Большинство опубликованных работ по ddPCR SARS-CoV-2 основаны на симплексных анализах, а мультиплексные - на коммерческих анализах. Следовательно, необходимо сделать больше, чтобы объяснить, как разрабатывать мультиплексные анализы ОТ-дПЦР для обнаружения SARS-CoV-2.
При правильном дизайне анализа мультиплексирование может быть использовано для экономии затрат, увеличения пропускной способности образца и максимизации количества мишеней, которые могут быть чувствительно обнаружены в небольшом образце. При мультиплексировании с помощью ddPCR необходимо учитывать, сколько флуорофоров может быть обнаружено в конкретной системе. Некоторые платформы ddPCR могут поддерживать до трех каналов, в то время как другие поддерживают только два канала. Следовательно, при мультиплексировании с двумя каналами приходится использовать разные подходы, в том числе мультиплексирование более высокого порядка для обнаружения более двух целей14,15,16. В этой работе двухцветная система обнаружения ddPCR используется для демонстрации шагов по разработке различных анализов SARS-CoV-2 RT-ddPCR, которые можно адаптировать для различных исследовательских приложений.
Этическое заявление
Уханьский институт вирусологии (WHIOV) входит в число лабораторий и институтов, одобренных Китайским центром по контролю и профилактике заболеваний города Ухань для проведения исследований SARS-CoV-2 и выявления COVID-19 в клинических образцах. Исследования по разработке новых методов диагностики COVID-19 с использованием клинических образцов также были одобрены этическим комитетом Уханьского института вирусологии (2020FCA001).
1. Рабочий процесс обработки образцов (рис. 1A)
ПРИМЕЧАНИЕ: Во всем протоколе важно использовать отдельные помещения со специальными пипетками для обработки образцов (экстракция и хранение), подготовки и хранения реагентов/мастермиксов, подготовки реакционных смесей (образец плюс мастермикс) и обнаружения, чтобы избежать перекрестного загрязнения. Разрабатываемые анализы могут быть использованы при обнаружении клинических образцов или исследовательских образцов. Со всеми образцами следует обращаться так, как будто они могут передавать инфекционные агенты, даже при использовании безопасных лабораторных процедур. Этапы обработки проб должны выполняться в лаборатории уровня биобезопасности 2 (BSL-2) в соответствии со строгими правилами BSL-2, включая ношение соответствующих средств индивидуальной защиты (СИЗ).
2. Оптимизация анализа ddPCR и рабочего процесса
ПРИМЕЧАНИЕ: Оптимизируйте анализы до/после считывания капель. В зависимости от результатов, они могут быть оптимизированы на любом этапе работы для достижения лучших результатов. Ниже приведены некоторые общие факторы, которые следует учитывать при оптимизации экспериментов ddPCR.
3. Рабочий процесс ddPCR (рис. 1B) и разработка анализа (табл. 2)
ПРИМЕЧАНИЕ: Как и другие системы обнаружения ddPCR, этот рабочий процесс также состоит из четырех этапов (рис. 1B), включая подготовку реакционной смеси, генерацию капель, амплификацию ПЦР и считывание капель.
4. Анализ данных (дополнительные рисунки 2 и 3)
В экспериментальном исследовании аналитическая эффективность мультиплексных анализов была протестирована на клинических и исследовательских образцах19. Эффективность мультиплексных анализов была выше, чем у ОТ-ПЦР19. Поскольку низкое количество капель може...
Существует мало ресурсов о том, как разрабатывать анализы RT-ddPCR для обнаружения SARS-CoV-2. Хотя стандартные образцы с известными копиями не используются в этой статье, они могут быть использованы для разработки и оптимизации анализов. Однако в этой работе образцы SARS-CoV-2, выращенные в клетка?...
У авторов нет конфликтов для раскрытия.
Это исследование было профинансировано Мегапроектом по борьбе с инфекционными заболеваниями Министерства здравоохранения Китая, номер гранта 2017ZX10302301-005 и Китайско-африканским совместным исследовательским центром, номер гранта 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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены