莫雪梅,高東微
1 暨南大學(xué)藥學(xué)院基因組藥物研究所,廣州 510632
2 廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心,廣州 510623
生物技術(shù)與方法
SYBR Green I熒光RT-PCR法檢測(cè)貝類中的諾如病毒
莫雪梅1*,高東微2*
1 暨南大學(xué)藥學(xué)院基因組藥物研究所,廣州 510632
2 廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心,廣州 510623
針對(duì)諾如病毒II型的保守區(qū)域設(shè)計(jì)引物,建立了SYBR Green I實(shí)時(shí)熒光RT-PCR檢測(cè)諾如病毒II型的反應(yīng)體系。此方法的病毒檢測(cè)下限達(dá)到102拷貝,標(biāo)準(zhǔn)曲線的線形范圍為102~106拷貝,相關(guān)系數(shù)為0.9952,斜率為?2.982,截距為35.84。對(duì)諾如病毒II型檢測(cè)特異,與輪狀病毒、腺病毒、甲肝病毒、星狀病毒無(wú)交叉反應(yīng)。針對(duì)質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品檢測(cè)的批內(nèi)試驗(yàn)變異系數(shù) (CV) 為0.95%~1.69% (n=5),批間試驗(yàn)CV為0.87%~1.24% (n=3)。運(yùn)用此方法隨機(jī)檢測(cè)30份貝類水產(chǎn)品,檢測(cè)出2份陽(yáng)性樣品。結(jié)果表明,SYBR Green I熒光RT-PCR檢測(cè)諾如病毒II型的方法靈敏、特異、重復(fù)性好,可應(yīng)用于貝類水產(chǎn)品的快速檢測(cè)。
諾如病毒 II型,SYBR Green I熒光 RT-PCR,檢測(cè)
Abstract:We set up an SYBR Green I real-time RT-PCR method for the detection of genogroup II Norovirus, and this method’s primers were encompassed the conservative region of Norovirus II. The limit of the detection was 102copies. The standard curve’s linear range was 102–106copies, correlation coefficient was 0.9952, the slope was ?2.982, and the intercept was 35.84. This method possessed specificity for genogroup II Norovirus, without any cross-reaction with rotavirus, adenovirus, hepatitis A virus or astrovirus. The coefficients of variation (CV) of theCtvalues of the standard plasmid were 0.95%–1.69% (n=5) in intra-assay and 0.87%–1.24% (n=3) in inter-assay. We used this method to detect 30shellfish samples, and found 3 samples were positive. This method is sensitive, specific and reliable for Norovirus II. It can be used to detect the Norovirus II in the shellfish rapidly.
Keywords:Norovirus II, SYBR Green I real-time RT-PCR, detection
諾如病毒(Norovirus,NVs) 是人類急性非菌性胃腸炎的最主要病原。近年來(lái),諾如病毒引發(fā)的大規(guī)模腸胃炎事件在世界范圍內(nèi)頻繁爆發(fā)[1-3],已成為威脅公共衛(wèi)生安全的重要因素之一。由于水環(huán)境的污染,作為濾食性水生動(dòng)物的貝類,很容易從污染的水中富集大量食源性病毒。當(dāng)人們生食含有諾如病毒的貝類時(shí),極有可能因感染病毒而誘發(fā)急性腸胃炎。因此,建立貝類水產(chǎn)品中諾如病毒的快速檢測(cè)方法,對(duì)于保障食品安全非常重要。
諾如病毒根據(jù)其 RNA多聚酶區(qū) (RDRP) 和衣殼蛋白編碼區(qū)核苷酸和氨基酸序列特征,可被分為5個(gè)遺傳組 (GG I~V),其中GG I、GG II和GG IV型可以感染人類[4-5]。流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果表明,GG II是世界范圍內(nèi)最常見(jiàn)的基因型。我國(guó)病人感染的諾如病毒也以GG II為主,GG I及GG IV型較為罕見(jiàn)。
由于諾如病毒迄今尚未能在細(xì)胞內(nèi)培養(yǎng),在早期研究中,電鏡是其唯一的檢測(cè)手段,導(dǎo)致食品中相對(duì)微量的病毒檢測(cè)十分困難。近年來(lái),隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,RT-PCR技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品中諾如病毒的檢測(cè)[6-8]。但是,RT-PCR技術(shù)仍存在靈敏度不高以及易發(fā)生交叉污染等不足。
實(shí)時(shí)熒光定量PCR是近年新興的分子生物學(xué)技術(shù),具有直觀、敏感性高、重復(fù)性好、可定量、速度快、操作簡(jiǎn)便和污染少等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在病毒、微生物、腫瘤基因檢測(cè)等方面取得許多成果[9-11]。Real-time PCR技術(shù)主要有TagMan 探針?lè)ê蚐YBR green I 染料法[12-13]。SYBR Green I染料法主要是利用SYBR Green I熒光染料與雙鏈DNA分子結(jié)合發(fā)光的特性來(lái)指示擴(kuò)增產(chǎn)物增加,其熒光信號(hào)的增強(qiáng)與PCR產(chǎn)物的增加完全同步。SYBR Green I染料法的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需另外設(shè)計(jì)熒光探針,設(shè)計(jì)的程序通用性好,且價(jià)格相對(duì)較低。因此,為了提高我國(guó)對(duì)水產(chǎn)品中諾如病毒的檢測(cè)水平,加強(qiáng)對(duì)諾如病毒疫情的預(yù)防和控制,本實(shí)驗(yàn)建立了可用于貝類水產(chǎn)品快速檢測(cè)GGII型諾如病毒的SYBR green I Real-time PCR方法。
1.1 酶和試劑
Viral RNA MiNi Kit購(gòu)自美國(guó)QIAamp公司。逆轉(zhuǎn)錄酶AMV、ddH2O、RNA酶抑制劑、DNA聚合酶、10×PCR緩沖液購(gòu)自大連寶生物工程有限公司。小量質(zhì)粒抽提試劑盒和 DNA提取試劑盒均購(gòu)自北京天根生化科技有限公司。20×SYBR Green I購(gòu)自美國(guó)Invitrogen公司。引物由上海英駿生物技術(shù)有限公司合成。Agarose Gel DNA Purification Kit和pMD18-T載體購(gòu)自TaKaRa公司。其余試劑均為國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口分析純。
1.2 材料
諾如病毒 II型的質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品由廣州市兒童醫(yī)院檢驗(yàn)科饋贈(zèng)。甲型肝炎減毒活疫苗由暨南大學(xué)社區(qū)醫(yī)療服務(wù)中心提供。輪狀病毒、腺病毒、星狀病毒陽(yáng)性糞便標(biāo)本由廣東省婦幼保健院提供。抽查的 30份貝類水產(chǎn)品樣品于廣州市多個(gè)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)隨機(jī)采集。
1.3 標(biāo)準(zhǔn)品的制備
將諾如病毒II型質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌Escherichia coliTop 10菌株,擴(kuò)增后用小量質(zhì)粒抽提試劑盒提取,用紫外分光光度計(jì)測(cè)A260值定量,用ddH2O調(diào)整至 1×1010拷貝/μL,?20℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.4 SYBR Green I熒光RT-PCR法的建立
1.4.1引物的設(shè)計(jì)
根據(jù)目前GenBank中所有的諾如病毒cDNA序列,用DNAStar軟件進(jìn)行同源性比對(duì),選擇高度保守區(qū)域。用Primer Premier 5.0軟件,選擇比較保守的諾如病毒II型的RNA依賴的RNA多聚酶區(qū)與衣殼蛋白區(qū)的連接區(qū)域作為靶向擴(kuò)增區(qū)域,設(shè)計(jì)出熒光定量PCR引物。上游引物:5′-TCTATGTATGGA TCGCACTCG-3′;下游引物:5′-GTAGGCAAGTCC ATCAAAGTC-3′。
1.4.2SYBR Green I熒光RT-PCR的反應(yīng)體系
PCR 反應(yīng)體系 (20 μL):10× PCR 緩沖液 2 μL,25 mmol/L MgCl22.4 μL,5 mmol/L dNTPs 1.2 μL,20× SYBR Green I 1 μL,上、下游引物 (20 μmol/L)各 0.5 μL,DNA聚合酶 0.5 μL,逆轉(zhuǎn)錄酶 AMV 0.25 μL,RNAse 抑制劑 0.4 μL,待測(cè)模板 8 μL,超純水 3.75 μL。
RT-PCR反應(yīng)條件:42 ℃ 30 min 逆轉(zhuǎn)錄。95℃預(yù)變性2 min;95℃變性15 s,52℃退火20s,72℃延伸20s,40個(gè)循環(huán)。于52℃20s退火階段采集熒光信號(hào)。
熔解曲線的分析條件:在熒光實(shí)時(shí)PCR檢測(cè)儀Chromo 4 (美國(guó)MJ公司) 的系統(tǒng)上,將SYBR Green I熒光實(shí)時(shí)PCR的產(chǎn)物,設(shè)定為從50℃以0.2℃/s的速度緩慢上升至95℃,連續(xù)收集熒光信號(hào),系統(tǒng)自動(dòng)繪制熔解曲線。
1.4.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立
用10倍系列稀釋法處理諾如病毒II型質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品。取 6個(gè)濃度梯度 (106、105、104、103、102、101拷貝) 諾如病毒 II型質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品作為模板,以ddH2O作為陰性對(duì)照,分別進(jìn)行SYBR Green I熒光PCR反應(yīng)。根據(jù)諾如病毒熒光實(shí)時(shí)PCR的動(dòng)力學(xué)曲線,檢測(cè)儀系統(tǒng)自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)曲線以及回歸方程。
1.4.4SYBR Green I熒光RT-PCR的特異性研究
為了檢驗(yàn)所建立方法的特異性,我們分別用病毒RNA提取試劑盒提取了輪狀病毒、星狀病毒陽(yáng)性糞便標(biāo)本以及甲型肝炎減毒活疫苗的RNA,用DNA提取試劑盒提取了腺病毒的 DNA,并運(yùn)用 SYBR Green I熒光RT-PCR體系進(jìn)行檢測(cè)。
1.4.5SYBR Green I熒光RT-PCR重復(fù)性和準(zhǔn)確性的驗(yàn)證
為了確定該反應(yīng)體系的重復(fù)性,分別用 4個(gè)不同濃度 (103、104、105、106拷貝) 的質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行了批內(nèi) (5孔重復(fù)試驗(yàn)) 以及批間 (3批重復(fù)試驗(yàn))實(shí)驗(yàn)。為了驗(yàn)證此反應(yīng)體系的準(zhǔn)確性,隨機(jī)抽取 3個(gè)熒光 PCR陽(yáng)性樣品的產(chǎn)物,將純化后的 PCR產(chǎn)物連接到pMD18-T載體上,委托上海英駿生物技術(shù)有限公司進(jìn)行測(cè)序。
1.5 SYBR Green I熒光RT-PCR法檢測(cè)貝類的諾如病毒
1.5.1貝類樣品的處理
隨機(jī)采集 30份貝類水產(chǎn)品樣品,種類包括花蛤 (菲律賓簾蛤Ruditapes philippinarum)、生蠔 (牡蠣Oyster)、扇貝Placopecta magellanicus、貽貝Mytilus edulis、河蜆Corbicula fluminea。其中,花蛤、貽貝的規(guī)格約為20 g/個(gè);生蠔、扇貝、河蜆的規(guī)格約為100~200 g/個(gè)。解剖取下貝類中的腸道組織,取1.5 g樣品加入15 mL Tris-HCl緩沖液(0.05 mol/L,pH 7.4),冰上勻漿。將勻漿液置于50 mL離心管中,37℃溫育30 min。4℃、5 000× g離心20 min,收上清液至一新管。按上清液量的10%濃度添加PEG-8000,添加NaCl至終濃度為0.4 mol/L,4℃過(guò)夜。次日,離心取沉淀 (10 000× g,5 min,4℃),向沉淀中加入10 mL Tris-HCl緩沖液,充分溶解后加等量氯仿,室溫振蕩30 min,離心 (2 000×g,30 min,4℃),取上層水相,?20℃保存待檢。
1.5.2貝類樣品病毒RNA的提取
將以上處理后的樣品液,用病毒RNA提取試劑盒進(jìn)行常規(guī)RNA提取,提取的RNA立即進(jìn)行SYBR Green I熒光RT-PCR反應(yīng)。
1.5.3運(yùn)用SYBR Green I熒光定量RT-PCR方法檢測(cè)樣品
以提取的病毒RNA作為待測(cè)模板,按照以上建立的方法進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)樣品在熒光實(shí)時(shí)PCR檢測(cè)儀上生成擴(kuò)增曲線的Ct值,判斷樣品陰性或陽(yáng)性。
2.1 SYBR Green I熒光RT-PCR反應(yīng)體系的建立
不同濃度的諾如病毒II型質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品的動(dòng)力學(xué)曲線見(jiàn)圖1。結(jié)果顯示,濃度在102拷貝以上的標(biāo)準(zhǔn)品有明顯的熒光增長(zhǎng),而 101拷貝和陰性對(duì)照均無(wú)熒光增長(zhǎng),因此該熒光 RT-PCR檢測(cè)體系的病毒檢測(cè)下限為102拷貝。
在Chromo 4熒光實(shí)時(shí)PCR檢測(cè)儀上結(jié)束擴(kuò)增后,用系統(tǒng)上Opticon Monitor (version 3.1) 軟件進(jìn)行分析,以起始模板的對(duì)數(shù)為x軸,以Ct值為y軸作回歸曲線,即得諾如病毒檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線 (圖2)。該標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)為 0.9952,斜率為?2.982,截距為35.84。標(biāo)準(zhǔn)曲線在102~106拷貝范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線形關(guān)系。
2.2 SYBR Green I熒光RT-PCR的特異性
從圖3中質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品的熒光RT-PCR熔解曲線分析,濃度在 102~106拷貝的質(zhì)粒的 PCR產(chǎn)物熔解峰特異,Tm值為85℃±0.1℃,沒(méi)有其他明顯的雜峰出現(xiàn);濃度為 101拷貝的質(zhì)粒以及陰性對(duì)照均沒(méi)有出現(xiàn)溶解峰。說(shuō)明沒(méi)有產(chǎn)生由引物二聚體引起的假陽(yáng)性擴(kuò)增信號(hào),反應(yīng)體系的特異性高。
圖1 SYBR Green I熒光定量PCR法的動(dòng)力學(xué)曲線Fig.1 Dynamic curve of the real-time RT-PCR for Norovirus.1–6: GII Norovirus plasmid standards containing from 106to 101copies per reaction; 7: negative control.
圖2 SYBR Green I熒光定量PCR法的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve of the real-time RT-PCR for Norovirus.
從圖4中不同病毒的擴(kuò)增曲線可以看到,只有諾如病毒II型質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品有明顯的熒光增長(zhǎng),其他病毒 (包括輪狀病毒、腺病毒、星狀病毒、甲型肝炎病毒) 均無(wú)熒光增長(zhǎng),說(shuō)明該方法能特異擴(kuò)增GG II諾如病毒。
2.3 SYBR Green I熒光PCR檢測(cè)的重復(fù)性和準(zhǔn)確性
圖3 SYBR Green I熒光定量PCR法的熔解曲線Fig.3 Melting curve of the real-time RT-PCR for Norovirus.1–6: GII Norovirus plasmid standards containing from 106to 101copies per reaction; 7: negative control.
圖4 SYBR Green I熒光定量RT-PCR體系對(duì)不同病毒的擴(kuò)增曲線Fig.4 Amplification curves of the real-time RT-PCR system for different viruses. 1: GII Norovirus plasmid standard; 2:rotavirus; 3: hepatitis A virus; 4: adenovirus; 5: astrovirus.
表1中的數(shù)據(jù)顯示,4個(gè)不同濃度的質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品(106、105、104、103拷貝) 所進(jìn)行的批內(nèi)試驗(yàn) (n=5) 的Ct值變異系數(shù) (CV) 分別為1.02%、1.69%、0.95%、1.13%,批間試驗(yàn) (n=3) 的Ct值變異系數(shù) (CV) 分別為0.90%、1.18%、1.24%、0.87%。上述結(jié)果表明,在相同實(shí)驗(yàn)條件下,SYBR Green I熒光PCR檢測(cè)體系的重復(fù)性好。隨機(jī)抽取3個(gè)陽(yáng)性PCR產(chǎn)物進(jìn)行委托測(cè)序,測(cè)序結(jié)果顯示全部為GG II型諾如病毒,說(shuō)明所建立的熒光PCR檢測(cè)體系準(zhǔn)確可靠。
表1 Real-time PCR檢測(cè)的批內(nèi)和批間試驗(yàn)的Ct值及其變異系數(shù)Table 1Ctvalues and coefficients of variation (CV) of intra-assay and inter-assay of the real-time PCR
2.4 SYBR Green I熒光定量RT-PCR法檢測(cè)貝類抽樣樣品
為了評(píng)價(jià)所建立的熒光 RT-PCR法的實(shí)用性,我們運(yùn)用此方法檢測(cè)了 30份于廣州市多個(gè)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)隨機(jī)采集的貝類水產(chǎn)品。檢測(cè)結(jié)果顯示,30份樣品中有 2份呈陽(yáng)性 (7%),均為牡蠣,其Ct值分別為26.95、27.32;其余28份抽樣樣品呈陰性 (圖5)。
圖5 SYBR Green I熒光定量RT-PCR法檢測(cè)30份抽樣水產(chǎn)品的擴(kuò)增曲線Fig.5 Amplification curves of the real-time RT-PCR system for 30shellfish samples. 1: positive sample (Oyster); 2: positive sample (Oyster); 3: negative samples.
近年來(lái),諾如病毒感染日益成為一個(gè)全球范圍內(nèi)重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題。受污染的貝類是諾如病毒一個(gè)重要傳染源。因此,建立貝類中諾如病毒靈敏的檢測(cè)方法,對(duì)于保障人們的健康和預(yù)防疫情的爆發(fā)具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)采用SYBR green I染料法建立了諾如病毒的熒光RT-PCR檢測(cè)體系。
SYBR Green I濃度是影響實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素之一,如果濃度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致熒光信號(hào)強(qiáng)度不夠;而過(guò)高濃度則會(huì)抑制PCR反應(yīng)[14]。本實(shí)驗(yàn)所用的SYBR Green I染料為美國(guó)Invitrogen公司產(chǎn)品,生產(chǎn)商建議SYBR Green I終濃度為1×。此外,本文所建立的反應(yīng)體系中,Mg2+濃度達(dá)到 3 mmol/L,高于常規(guī)RT-PCR體系中Mg2+濃度 (0.5~2.0 mmol/L),適當(dāng)提高M(jìn)g2+濃度可以有效降低SYBR Green I對(duì)PCR反應(yīng)的抑制作用。
引物二聚體引起的熒光信號(hào)會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響,必須盡量消除引物二聚體的干擾。提高退火溫度可消減二聚體產(chǎn)生,但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)增效率下降[15]。本實(shí)驗(yàn)在查閱文獻(xiàn)[16]以及預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,最終將退火溫度設(shè)定為52℃。SYBR green I 熒光定量PCR理想擴(kuò)增產(chǎn)物應(yīng)在100 bp以下[17],本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的引物選擇了諾如病毒II型保守區(qū)域,擴(kuò)增片段長(zhǎng)度為95 bp,符合此要求。
本實(shí)驗(yàn)所建立的 SYBR green I熒光定量RT-PCR法,GG II NVs病毒檢測(cè)下限達(dá)到102拷貝,比常規(guī)RT-PCR的靈敏度 (檢測(cè)下限約103拷貝)[18-19]提高10倍左右。為了實(shí)現(xiàn)病毒的富集,水產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理的過(guò)程,預(yù)處理過(guò)程需在4℃過(guò)夜的條件下進(jìn)行。在完成水產(chǎn)品的預(yù)處理后,如果采用常規(guī)RT-PCR法,從病毒核酸提取到RT-PCR及電泳檢測(cè)約需要6 h,而采用該方法從病毒核酸提取到完成檢測(cè)僅需要約3 h。該方法實(shí)行閉管式操作,PCR產(chǎn)物不會(huì)污染環(huán)境。熔解曲線分析表明,反應(yīng)體系的PCR產(chǎn)物熔解峰特異,沒(méi)有明顯的雜峰出現(xiàn),基本消除引物二聚體的干擾。特異性實(shí)驗(yàn)表明,該方法對(duì)諾如病毒II型檢測(cè)特異,與輪狀病毒、腺病毒、甲肝病毒、星狀病毒無(wú)交叉反應(yīng)。針對(duì)質(zhì)粒標(biāo)準(zhǔn)品檢測(cè)的批內(nèi)試驗(yàn)和批間試驗(yàn)表明,所建立的檢測(cè)體系重復(fù)性好。運(yùn)用此SYBR green I熒光定量RT-PCR檢測(cè)每份樣品的成本約為25元 (人民幣),比TagMan探針?lè)▋r(jià)格更適宜。因此,本實(shí)驗(yàn)所建立的SYBR green I熒光定量RT-PCR法具有靈敏、快速、特異、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn),可適用于大規(guī)模水產(chǎn)品中諾如病毒II型的檢測(cè)。
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SYBR Green I real-time polymerase chain reaction for detection of Norovirus II in the shellfish
Xuemei Mo1*, and Dongwei Gao2*
1Institute of Genome Medicine,Jinan University,Guangzhou510632,China
2Guangdong Inspection and Quarantine Technology Center,Guangzhou510623,China
Received:January 5, 2010;Accepted:March 23, 2010
Supported by:Scientific and Technological Project of Guangdong Province (No. 2005B20401017), Scientific and Technological Project of Guangdong Inspection and Quarantine Office (No. 2005AGDK28).
Corresponding author:Dongwei Gao. Tel/Fax: +86-20-33320663; E-mail: mxm200101@163.com
*These authors contributed equally to this study.
廣東省科技攻關(guān)項(xiàng)目 (No. 2005B20401017),廣東檢驗(yàn)檢疫局科技項(xiàng)目 (No. 2005AGDK28) 資助。