应用上新丨MALDI-TOF MS同时检测肺炎支原体多位点分型与耐药

2021-08-30 23:23:47, CDC,融智生物 融智生物科技(青岛)有限公司






简介

肺炎支原体(MP)是引起儿童及成人呼吸道感染的重要病原菌,每年约10%-30%的社区获得性肺炎病例由其感染引起。大环内酯类抗生素(ML)是临床MP感染治疗的一线药物,2000年以后,国际上ML耐药MP比例持续升高,中国MP的ML耐药率一直居高不下。研究表明,MP的ML耐药与其23SrRNA基因突变 密切相关,其中2063、2064突变与ML高水平耐药相关,2617突变与低水平耐药相关[1]。因此,上述位点的基因检测成为可替代ML体外药敏实验,快速检测MP的ML耐药的技术。目前耐药基因检测常用的方法有荧光PCR的高分辨率熔解曲线(HRMA)法、限制性片段长度多态性(PCR-RFLP) 法、焦磷酸测序法等。 

基因分型是MP分子生物学与流行病学特征研究的重要手段。MP基因组高度保守,菌株间相似度高达99%,按照单核苷酸多态性(SNPs)和基因插入缺失,肺炎支原体可以分为两种基因型,基因型1和基因型2。目前针对这2种基因型常用的分型技术是PCR-RFLP分型技术[2]和RT-PCR技术[3],前者基于肺炎支原体的p1基因和p1基因的VNTR,后者基于MPN459/MPNA5864基因。这两种分型技术,尽管操作相对简便,但是单个靶位点会带来MP分型效果不佳的问题。多位点的MLVA[4]及MLST[5]分型技术相继报道,有效提升了MP分型能力。然而,上述基因分型技术耗时且技术要求高,其应用受到限制,如果再加上MP耐药基因检测,那么检测流程会变得更加复杂。因此有必要开发一种快速、低成本的方法。本研究开发了一种基于多重PCR和MALDI-TOF MS同时检测MP多位点分型和ML耐药基因的方法。

实验过程

本研究同时检测MP的6个分型位点基因和3个耐药位点基因。实验内容主要包括三部分:首先,使用核酸提取试剂盒对菌株和临床标本进行DNA提取,并基于多重PCR扩增含SNP靶位点的目的基因;然后,通过特异性质量探针进行SNP位点延伸;最后,通过MALDI-TOF MS技术鉴定不同质量探针分子量得到目的基因检测结果(图1)。

图1. 基于多重PCR和MALDI-TOF-MS技术用于肺炎支原体分型与耐药检测的流程图

【制备核酸反应产物】


核酸样本的制备过程中所需试剂和酶来源于融智生物提供的核酸检测试剂盒,制备过程主要分为三步:多重PCR扩增,虾碱性磷酸酶消化(SAP)和质量探针延伸 (MPE)。

1
多重PCR

PCR反应体系总体系5µL,包含DNA模板1µL、PCR预混液2.0µL,PCR引物1.0µL和去离子水1.0µL。设定温控程序为:95℃15分钟;95℃15秒,59℃30秒,72℃30秒,30个循环。

2
SAP

在PCR反应结束后,将PCR产物用SAP处理,以去除反应体系中游离的dNTPs。配制2µLSAP混合液,包含SAP酶0.3 µL、SAP缓冲液0.17µL和去离子水1.53µL,在每个PCR反应产物管中加入SAP混合液2µL,涡旋混匀。设定温控程序为:37℃40分钟;85℃5分钟。

3
MPE

配制4µLMPE混合液,包含E-ddNTP混合液1µL,MPE缓冲溶液1.4µL,MPE酶0.6µL和MPE引物1.0 µL,涡旋混匀。设定温控程序为:①95℃30分钟;②95℃5秒;③52℃5秒,80℃5秒;④重复步骤③5个循环;⑤重复步骤②、③40个循环;⑥72℃3分钟。

【MALDI-TOF MS检测】


使用QuanNUA核酸分型质谱检测样本的基因分型,该系统由融智生物提供,包括引物设计软件、试剂盒、MALDI-TOF MS和操作软件。核酸反应产物溶液经树脂纯化后,离心取上清液。靶板上点样,靶板通过QuanTOF控制器软件自动加载进质谱仪。通过QuanNUA核酸分型质谱软件,自动采集数据,并基于QuanNUA核酸分型质谱软件对延伸位点的基因分型进行分析判读并输出检测报告。





结果与讨论

本研究开发了一种基于多重PCR和MALDI-TOF MS方法同时检测MP的分型靶位点和ML耐药基因(表1)。该方法对 MP菌株核酸样本均可检测到明显的质量探针延伸峰(图 2),同时检测20种非MP菌株核酸样本,均未检测到延伸峰,该方法具有良好的特异性;肺炎支原体M129菌株用于方法检出限测定,该方法最低检出限为100拷贝/反应;使用141株临床MP菌株的核酸样本进行分型与耐药分析,QuanNUA核酸分型质谱的检测结果与测 序和药敏结果一致率100%,该方法具有很好的鉴定准确性;在30例MP阳性临床样本中,25例中检测到9个分型与耐药SNP位点,检测阳性率为83.3%,该方法适用于MP类生长缓慢病原体的快速分型与耐药检测。

表1 用于肺炎支原体分型与耐药检测靶点的质量探针(点击查看大图)

图2 肺炎支原体分型与耐药检测所用质量探针延伸前(A)和延伸后(B)的质谱图

基于QuanNUA核酸分型质谱开发的同时检测MP多位点分型以及ML耐药基因方法,充分利用核酸质谱技术的多位点检测优势,准确性高,分型效果好且兼顾两种基因型菌株,与耐药相关的3个基因位点全部纳入方法中,实现分型与耐药的同时检测;而且,该方法可实现样本的高通量快速检测,检测周期短,从PCR扩增到质谱检测,6h内可完成96份样本的检测;同时,与现有检测方法相比,该方法检测成本较低,在临床样本的高通量检测中具有明显的优势。

QuanNUA核酸分型质谱系统
致谢

本研究得到了国家自然科学基金(编号:81772154)和“艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治”科技重大专项 (编号:2018ZX10712001 & 2018ZX10733402)的资助。

合作单位:中国疾病预防控制中心传染病预防控制所

中国疾病预防控制中心传染病预防控制所(以下简称传染病所)是中国疾病预防控制中心领导下的国家级细菌性传染病预防控制专业机构。

传染病所主要负责开展细菌、真菌性疾病防控相关科学研究和技术研发,为制订有关政策、法规、规划和标准等提供技术支持;组织制定细菌、真菌性疾病防控技术方案和指南,承担对全国细菌、真菌性疾病防控工作的技术指导和考核评价;开展全国细菌、真菌性疾病监测,负责监测方案的制订、监测系统运行管理、信息化建设和监测数据分析等工作;开展和参与细菌、真菌性疾病重大疫情、突发公共卫生事件应急处置与技术储备;建立和管理国家细菌、真菌性疾病实验室监测和诊断参比体系,开展重要病原菌的耐药性监测,参与相关医源性感染的监测和控制工作;开展传染病媒介生物和动物宿主的监测、调查和控制工作;开展细菌、真菌性疾病和媒介生物及宿主动物防控相关技术培训、研究生教育、健康教育与公众交流;参与细菌、真菌性疾病和媒介生物及宿主动物防控相关的全球卫生项目,承担相关国际合作与交流任务。

内容来源:中国疾病预防控制中心传染病预防控制所官网

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