Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
* Эти авторы внесли равный вклад
Различные бактериальные патогены могут вызывать инфекции дыхательных путей и приводить к серьезным проблемам со здоровьем, если их не выявить точно и не лечить своевременно. Быстрое и точное обнаружение этих патогенов с помощью петлевой изотермической амплификации обеспечивает эффективное лечение и контроль инфекций дыхательных путей в клинических условиях.
Инфекции дыхательных путей (ИРТ) являются одними из наиболее распространенных проблем в клинических условиях. Быстрая и точная идентификация бактериальных патогенов обеспечит практические рекомендации по ведению и лечению ИРТ. В этом исследовании описывается метод быстрого обнаружения бактериальных патогенов, вызывающих инфекции дыхательных путей, с помощью многоканальной петлевой изотермической амплификации (LAMP). LAMP является чувствительным и специфичным диагностическим инструментом, который быстро обнаруживает бактериальные нуклеиновые кислоты с высокой точностью и надежностью. Предложенный метод имеет значительное преимущество по сравнению с традиционными методами культивирования бактерий, которые являются трудоемкими и часто требуют большей чувствительности для обнаружения низких уровней бактериальных нуклеиновых кислот. В данной статье представлены репрезентативные результаты инфекции K. pneumoniae и ее множественных сопутствующих инфекций с использованием LAMP для обнаружения образцов (мокроты, жидкости бронхиального лаважа и жидкости альвеолярного лаважа) из нижних дыхательных путей. Таким образом, многоканальный метод LAMP обеспечивает быстрые и эффективные средства идентификации одиночных и множественных бактериальных патогенов в клинических образцах, что может помочь предотвратить распространение бактериальных патогенов и помочь в надлежащем лечении ИРТ.
Инфекции дыхательных путей (ИТР), вызываемые бактериальными патогенами, в первую очередь способствуют заболеваемости и смертности во всем мире1. Он определяется как любые симптомы верхних или нижних дыхательных путей, сопровождающиеся лихорадкой продолжительностью 2-3 дня. В то время как инфекции верхних дыхательных путей встречаются чаще, чем инфекции нижних дыхательных путей, хронические и рецидивирующие инфекции дыхательных путей также являются распространенными клиническими состояниями, представляющими большой риск для людей и создающими значительную нагрузку на системы здравоохранения2. К распространенным бактериальным патогенам РТИ относятся Streptococcus pneumoniae3, Haemophilus influenzae4, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Stenotrophomonas maltophilia и другие. Эти патогенные бактерии обычно колонизируют слизистые поверхности носоглотки и верхних дыхательных путей хозяина, вызывая типичные симптомы ИРТ, такие как боль в горле и бронхит. Они вызывают пневмонию, когда распространяются из верхних дыхательных путей в стерильные участки нижних дыхательных путей и могут передаваться от человека к человеку через дыхательные пути5. В тяжелых случаях они также могут приводить к инвазивным бактериальным заболеваниям, особенно к бактериемической пневмонии, менингиту и сепсису, которые являются основными причинами заболеваемости и смертности среди людей всех возрастных групп во всем мире.
Традиционные тесты на RTI включают микробиологическое культивирование с использованием мазков из горла и образцов мокроты из дыхательных путей6. Кроме того, серологические тесты, такие как иммуноферментный анализ (ИФА), обнаруживают антитела или антигены в сыворотке крови, в то время как тесты на агглютинацию наблюдают за реакцией агглютинации антител и антигенов для выявления инфекции7. Микробное бактериологическое исследование считается золотым стандартом для диагностики ИОТ, но его низкий уровень положительности культуры, низкая надежность и длительный цикл обнаружения ограничивают эффективность диагностики. На самом деле, быстрая и точная диагностика ДП имеет решающее значение для точной эрадикации бактериального патогена. Быстрые и эффективные методы обнаружения могут помочь снизить скорость передачи патогенов, сократить продолжительность инфекции и уменьшить ненужное использование антибиотиков 9,10. Методы, основанные на молекулярной биологии, значительно ускоряют обнаружение, такие как полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая усиливает последовательность ДНК целевого гена для обнаружения патогенов. Однако традиционная ПЦР требует сложного оборудования для температурного цикла, которое является громоздким и трудоемким. Кроме того, каждая амплификация ДНК с помощью ПЦР (за исключением ПЦР в реальном времени) заканчивается электрофоретическим разделением продукта, что также требует времени. Для визуализации продукта требуются красители, многие из которых являются мутагенными или канцерогенными. Поэтому крайне важно постоянно разрабатывать новые методы и технологии диагностики бактериальных патогенов РТИ.
Петлевая изотермическая амплификация (LAMP) является новой и развивающейся молекулярной технологией, первоначально разработанной Notomi et al. в 2000году. LAMP может амплифицировать ДНК в стабильных изотермических условиях без сложного оборудования для температурного цикла, что делает его пригодным для быстрого обнаружения и снижает сложность и стоимость оборудования12. LAMP может обнаруживать низкие концентрации целевой ДНК с высокойчувствительностью13. Он использует несколько специфических праймеров для улучшения селективности по целевым последовательностям и снижения вероятности ложных срабатываний14. LAMP постепенно получает широкое распространение в клинических лабораториях благодаря своей простоте, скорости и интуитивно понятному управлению даже для обнаружения RTI. В этом исследовании мы изучили эффективность LAMP в выявлении более низких RTI в клинических образцах (мокрота, жидкость бронхиального лаважа и жидкость альвеолярного лаважа), как показано на рисунке 1. Очевидно, что LAMP обладает такими преимуществами, как скорость, чувствительность и простота использования по сравнению с традиционными тестами при обнаружении более низкого RTI, что делает его многообещающим приложением.
Рисунок 1: Схематическое изображение метода обнаружения LAMP. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Все образцы для этого исследования были оценены и одобрены Комитетом по этике Народной больницы провинции Гуандун (номер одобрения: KY2023-1114-01). Перед началом экспериментов все участники подписали письменное информированное согласие. Реагенты и оборудование, использованные для исследования, перечислены в Таблице материалов. Сокращения, используемые в протоколе, перечислены в дополнительной таблице 1.
1. Забор клинических образцов из нижних дыхательных путей
2. Экстракция ДНК
Решение | Компоненты | Число | Спецификация |
Моющий раствор | 10 мМ ЭДТА | 1 флакон | 24 мл/флакон |
Реагент для экстракции нуклеиновых кислот | 10mM Tris-HCl, 1mM EDTA, консерванты нуклеиновых кислот | 2 пробирки | 1,2 мл/флакон |
Пробирка для экстракции нуклеиновых кислот | Стеклянные бусины | 1 мешок | 24 бутылки/мешок |
Таблица 1: Состав реагента для экстракции нуклеиновых кислот.
3. Петлевая изотермическая амплификация и микрофлюидный чип
Компоненты | Состав | Число |
Чип | Грунтовки | 12 мест |
Герметизирующая пленка | / | 1 лист |
Реагент для изотермической амплификации | Флуоресцентный краситель, фермент | 270 μл/туба |
Позитивный контроль | Геномная ДНК Escherichia coli | 160 μл/туба |
Таблица 2: Состав набора для обнаружения нуклеиновых кислот для патогенов дыхательных путей.
Рисунок 2: Схема структуры дисковой стружки. Реакционные лунки последовательно нумеруются против часовой стрелки, где входной/выходной порт 1 соответствует реакционной скважине No 1. Реакционные лунки 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22 и 24 являются отрицательными контрольными. Реакция лунки 6 является положительным контролем (E. coli). Реакционная яма 12 представляет собой внутренний положительный контроль, а реакционная скважина 23 представляет собой внешний положительный контроль. Реакционная скважина 2 обнаруживает спн. Реакционная скважина 3 обнаруживает сау. Реакционная лунка 5 обнаруживает MRSA. Реакционная лунка 8 обнаруживает kpn. Реакционная скважина 9 обнаруживает pae. Реакционная лунка 11 обнаруживает aba. Реакционная лунка 14 обнаруживает сма. Реакционная скважина 15 обнаруживает hin. Пожалуйста, ознакомьтесь с Таблицей 5 для получения подробной информации о примере. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
4. Пробоподготовка и обнаружение бактерий
Реагент | Объем (мкл) |
Реагент для изотермической амплификации | 20 |
Шаблонная ДНК | 34.5 |
Таблица 3: Реакционная система изотермической амплификации.
Шаг | Один | Два |
Температура (°C) | 37 | 65 |
Время (мин) | 3 | 47 |
Таблица 4: Программа реакции амплификации нуклеиновых кислот.
Название индикатора | Положительное контрольное значение |
Streptococcus pneumoniae (sp) | 30 |
Золотистый стафилококк (sau) | 34 |
Метициллин-резистентный золотистый стафилококк (mrsa) | 22 |
Klebsiella pneumoniae (kpn) | 29 |
Pseudomonas aeruginosa (pae) | 36 |
Acinetobacter baumannii (aba) | 36 |
Stenotrophomonas maltophilia (sma) | 27 |
Haemophilus influenzae (hin) | 36 |
Таблица 5: Положительное контрольное значение для индикатора инфекции.
В этом эксперименте используется технология изотермической амплификации, проводящая реакции на микрофлюидном чипе диска. Реакция происходит на микрофлюидном чип-анализаторе нуклеиновых кислот с использованием метода введения флуоресцентного красителя. Изотермическая реакция пров...
Инфекции дыхательных путей являются распространенными внутрибольничными инфекциями, которые влекут за собой тяжелые последствия для пациентов и приводят к росту смертности16. Своевременная и точная идентификация потенциальных патогенов с последующим назначением эффек?...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Мы высоко ценим финансовую поддержку, оказанную Фондом фундаментальных и прикладных фундаментальных исследований провинции Гуандун (грант No 2022A1515220023) и Научно-исследовательским фондом передовых талантов Народной больницы провинции Гуандун (грант No 2022A. KY012023293).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bath Incubator(MK2000-2) | ALLSHENG | Provide a constant temperature environment | |
Bronchial lavage fluid collector head | TIANPINGHUACHANG | SEDA 20172081375 | Collecting bronchoalveolar lavage fluid |
Fiberoptic bronchoscope | OLYMPUS | SEDA 20153062703 | A flexible bronchoscope equipped with a fiberoptic light source and camera, to visually examine the airways and structures within the lungs. Assist in collecting bronchoalveolar lavage |
HR1500-![]() | Haier | SEDA 20183541642 | Biosafety cabinet |
NAOH | MACKLIN | S817977 | Liquefy viscous lower respiratory tract sample |
Nucleic acid detection kit for respiratory tract pathogens | Capitalbio Technology | SEDA 20173401346 | Testing for bacteria infection |
Nucleic acid extraction reagent | Capitalbio Technology | SEDA 20160034 | For DNA extraction |
RTisochip-W | Capitalbio Technology | SEDA 20193220539 | Loop-mediated Isothermal Amplification |
THERMO ST16R | Thermo Fisher Scientific | SEDA 20180585 | Centrifuge the residual liquid off the wall of the tube. |
Vortex mixer VM-5005 | JOANLAB | For mixing reagent |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены