李天芝 ,于新友 ,沈志強(qiáng) ,,王金良
(1.山東綠都生物科技有限公司,山東 濱州 256600;2.山東省濱州畜牧獸醫(yī)研究院,山東 濱州 256600)
基于便攜式熒光定量PCR儀的豬瘟病毒現(xiàn)場檢測方法的建立及應(yīng)用
李天芝1,于新友1,沈志強(qiáng)1,2,王金良2
(1.山東綠都生物科技有限公司,山東 濱州 256600;2.山東省濱州畜牧獸醫(yī)研究院,山東 濱州 256600)
為建立豬瘟病毒疫苗株和強(qiáng)毒株一步法雙重?zé)晒釸T-PCR鑒別檢測方法。研究參照GenBank中豬瘟病毒疫苗株以及強(qiáng)毒株特異性基因序列,設(shè)計(jì)特異引物和TaqMan-MGB探針,通過優(yōu)化反應(yīng)條件,建立了同時(shí)檢測豬瘟病毒疫苗株和強(qiáng)毒株的雙重?zé)晒釸T-PCR方法,并驗(yàn)證該方法的特異性、敏感性、重復(fù)性。本試驗(yàn)建立的TaqMan-MGB一步法雙重?zé)晒舛縍T-PCR檢測方法可對豬瘟病毒疫苗株和野毒株進(jìn)行快速鑒別診斷,為豬瘟的凈化奠定了基礎(chǔ)。
豬瘟病毒;疫苗株;強(qiáng)毒株;TaqMan-MGB;一步法;雙重?zé)晒釸T-PCR
豬瘟(CSF)又稱爛腸瘟,是由豬瘟病毒(CSFV)引起的豬的一種重要的急性、熱性、高度接觸、致死性傳染病。臨床上主要以高熱稽留、皮膚和黏膜出現(xiàn)大量出血點(diǎn)和高死亡率為主要特征。豬瘟在世界上許多養(yǎng)豬國家都有不同程度的流行,即能水平傳播又能垂直傳播,給養(yǎng)豬業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。世界動(dòng)物衛(wèi)生組織將其列為A類法定傳染病之一[2],我國也將其列為一類動(dòng)物疾病。
近年來,豬瘟在我國的流行特點(diǎn)發(fā)生改變,以隱性感染和亞病毒感染為主,臨床表現(xiàn)形式多樣,即有散發(fā),又有區(qū)域性暴發(fā),既有高死亡率的急性癥狀,又有持續(xù)感染的癥狀溫和的慢性病例,出現(xiàn)了所謂的“非典型豬瘟”、“溫和型豬瘟”和“帶毒母豬綜合征”[3],臨床與病理解剖上不典型[4],同時(shí)存在著與其他病混合感染的狀況,給獸醫(yī)對豬瘟的臨床診斷工作帶來了很大的困難。我國研制的豬瘟兔化弱毒株(hog cholera lapinized virus,HCLV) 是世界公認(rèn)最好的豬瘟疫苗[5],也是我國唯一一株經(jīng)批準(zhǔn)用于生產(chǎn)的弱毒疫苗,能同時(shí)誘導(dǎo)體液免疫和細(xì)胞免疫,安全性好,免疫豬可抵抗所有品系的豬瘟強(qiáng)毒株的攻擊,HCLV在我國的大規(guī)模應(yīng)用,對控制豬瘟起到了非常重要的作用,但HCLV能在已接種的豬體內(nèi)持續(xù)存在一段時(shí)間,這會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)室對豬瘟強(qiáng)毒株的檢測,造成未感染免疫豬被誤殺的可能。這些都不利于豬瘟的凈化。需要建立可以準(zhǔn)確區(qū)分豬瘟強(qiáng)毒和疫苗毒的敏感、特異的鑒別診斷方法。
CSFV是單股正鏈RNA病毒,基因組大小約為12.3 kb,包括5`非編碼區(qū)(5`UTR)、3`非編碼區(qū)3`UTR、中間是一個(gè)大的ORF,編碼多聚前蛋白,多聚前蛋白可裂解為12種蛋白,包括8種非結(jié)構(gòu)蛋白和4種結(jié)構(gòu)蛋白,其中,5`UTR、3`UTR基因序列比較保守[6]。豬瘟病毒基因組5`UTR長374 bp, 3`-UTR長242 bp,HCLV與豬瘟強(qiáng)毒株3`UTR的區(qū)別是HCLV基因組3`UTR有12個(gè)堿基(CTTTTTTCTTTT)的插入,HCLV與豬瘟強(qiáng)毒株5`UTR的區(qū)別是豬瘟強(qiáng)毒株5`UTR 122位點(diǎn)存在一個(gè)堿基A缺失,137位點(diǎn)一個(gè)堿基A突變?yōu)閴A基G。本研究根據(jù)豬瘟病毒5`UTR基因組特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一對檢測豬瘟強(qiáng)毒株的引物及探針,根據(jù)豬瘟病毒3`UTR基因組特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一對檢測HCLV的引物及探針,通過優(yōu)化熒光RT-PCR檢測條件,建立了能區(qū)分豬瘟病毒疫苗株與強(qiáng)毒株的TaqMan-MGB一步法雙重?zé)晒釸T-PCR檢測方法,為豬瘟的早期快速診斷、流行病學(xué)調(diào)查、防控和凈化工作奠定了基礎(chǔ)。
豬瘟兔化弱毒疫苗(HCLV)、豬瘟病毒石門強(qiáng)毒株(Shimen)、牛病毒性腹瀉病毒(BVDV)、豬繁殖和呼吸綜合征病毒(PRRSV)、豬乙型腦炎病毒(JEV)、豬細(xì)小病毒(PPV)、豬偽狂犬病毒(PRV)、豬圓環(huán)病毒2型(PCV2)由山東省濱州畜牧獸醫(yī)研究院預(yù)防獸醫(yī)學(xué)與動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室保存,臨床檢測病料為2016年10月—2017年9月采自山東省各地豬場臨床診斷為CSFV感染豬的扁桃體、淋巴結(jié)和脾臟等。
Taq DNA聚 合 酶、M-MLV反 轉(zhuǎn) 錄 酶、RNasin、dNTPs、pMD18-T載 體、DL2000 Marker、PrimeScript? One Step RTPCR Kit Ver.2等購自寶生物工程(大連)有限公司,AxyPrep體液病毒DNA/RNA小量試劑盒購自愛思進(jìn)生物技術(shù)(杭州)有限公司。
應(yīng)用DNAStar軟件對GenBank中收錄的CSFV基因組序列進(jìn)行比對分析,應(yīng)用生物學(xué)軟件分別設(shè)計(jì)2對引物及相應(yīng)TaqMan-MGB探針,其中1對引物及相應(yīng)的探針擴(kuò)增豬瘟兔化弱毒疫苗毒株,引物序列為CSFV-F1:5′-GGTAACCCGGGATCTGAAC-3′和CSFV-R1:5′-ACCAGTTCTTACTCATTCAA-3′,特異性探針為P1:5′- FAM-ACACTACTTTTCTTTTTTCTTTTTTATTMGB-3′,另1對引物及相應(yīng)的探針擴(kuò)增豬瘟強(qiáng)毒株,引物序列為CSFV-F1:5′-CGACGGCCGAACTGGGCTA-3′和 CSFV-R1:5′ -TCGAACTACTGACGACTGTCCTG-3′,特異性探針為P2:5′- HEX-CAAACGGAGGGACTAGCCG-MGB-3′。
按AxyPrep體液病毒DNA/RNA小量試劑盒使用說明書提取HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒株的RNA,作為模板。
按 照 PrimeScript? OneStep RTPCR Kit Ver.2說明配置反應(yīng)體系,體系 總 體 積 為 25μL:2×1 Step Buffer 12.5μL,CSFV-F1、CSFV-R1和 P1、CSFV-F2、CSFV-R2和 P2各 若 干,PrimeScript? 1 step Enzyme Mix 1.0μL,模板RNA 2μL,其余用RNase free dH2O補(bǔ)齊。離心數(shù)秒后,放入MyGo mini熒光定量PCR儀實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀進(jìn)行實(shí)時(shí)PCR擴(kuò)增,對熒光RT-PCR的程序進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)對反應(yīng)體系中的引物和探針濃度進(jìn)行篩選,以獲得最低的CT值和較高的熒光強(qiáng)度增加值。
參照文獻(xiàn)[7]測定HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒株TCID50。將病毒培養(yǎng)液進(jìn)行10倍系列稀釋,各取100μL病毒稀釋液,經(jīng)AxyPrep體液病毒DNA/RNA小量試劑盒抽提核酸后,進(jìn)行熒光RT-PCR檢測,重復(fù)3次,確定最低的檢測靈敏度。
利用建立起的熒光RT-PCR法分別對HCLV、CSFV石門強(qiáng)毒株、BVDV、PRRSV、JEV、PPV、PRV、PCV2進(jìn)行檢測,驗(yàn)證其特異性。對HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒株的細(xì)胞培養(yǎng)液分別10倍系列稀釋,每個(gè)梯度同時(shí)重復(fù)檢測3次后,記錄CT值,然后分別計(jì)算對HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒株組內(nèi)檢測的變異系數(shù)。
用建立的雙重?zé)晒舛縍T-PCR法對從山東省各地收集的臨床疑似病料165份進(jìn)行CSFV檢測,同時(shí)用常規(guī)RT-PCR法及單重?zé)晒舛縍T-PCR法進(jìn)行檢測,并比較三者檢測結(jié)果。
優(yōu)化結(jié)果表明,在25μL反應(yīng)體系中,擴(kuò)增效果最佳的引物和探針濃度分別為:1μL CSFV-F1(15μmol/L),1.2μLCSFV-R1(15μmol/L),0.8μLP1(5μmol/L), 1 μ L C S F V-F 2(1 5 μ m o l/L),1.5μLCSFV-R2(15μmol/L),1μLP2(5μmol/L)優(yōu)化后的反應(yīng)程序如下:50 ℃反轉(zhuǎn)錄10 min,95 ℃預(yù)變性2 min,95 ℃變性 10 s,55 ℃退火 10 s,72 ℃延伸10 s(此處收集熒光)。
HCLV和CSFV石 門 強(qiáng)毒株細(xì)胞培養(yǎng)液病毒滴度分別 為 1 05.8T C I D50/1 0 0 μ L 及104.25TCID50/100μL。 當(dāng) 經(jīng) 典 毒 株等比稀釋到10-7,即病毒滴度稀釋到0.12TCID50/100μL時(shí), 熒 光 RTPCR擴(kuò)增結(jié)果仍為陽性,當(dāng)高致病毒株等比稀釋到10-4,即病毒滴度稀釋到1.78TCID50/100μL時(shí),熒光RTPCR擴(kuò)增結(jié)果仍為陽性。
按建立方法對HCLV、CSFV石門強(qiáng)毒株、HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒混合 毒、BVDV、PRRSV、JEV、PPV、PRV、PCV2的陽性樣品進(jìn)行熒光定量RT-PCR檢測,HCLV樣品孔FAM熒光檢測出現(xiàn)了單一的s型擴(kuò)增曲線,檢測結(jié)果說明豬瘟疫苗毒株陽性,CSFV石門強(qiáng)毒株樣品孔HEX熒光檢測出現(xiàn)了單一的s型擴(kuò)增曲線,檢測結(jié)果說明豬瘟疫苗毒株陽性,HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒株混合毒樣品孔FAM和HEX熒光檢測均出現(xiàn)了單一的s型擴(kuò)增曲線,檢測結(jié)果說明豬瘟疫苗毒株和強(qiáng)毒株均為陽性。其余樣品孔FAM和HEX熒光檢測均沒有s型擴(kuò)增曲線,表明建立的熒光RT-PCR檢測方法特異性良好。
利用建立起的熒光RT-PCR法分別對HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒株的細(xì)胞培養(yǎng)液分別10倍系列稀釋,每個(gè)梯度同時(shí)重復(fù)檢測3次后,記錄CT值,然后分別計(jì)算對HCLV和CSFV石門強(qiáng)毒株組內(nèi)、組間檢測的變異系數(shù),結(jié)果樣品的Ct值批內(nèi)重復(fù)性試驗(yàn)CV值均小于2.0%,批間重復(fù)性試驗(yàn)CV值均小于1.0%,表明本方法的重復(fù)性好(表1)。
表1 實(shí)時(shí)熒光RT-PCR的組內(nèi)和組間重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果
分別用建立雙重?zé)晒舛縍TPCR和普通RT-PCR方法,對臨床收集的165份疑似CSFV樣品進(jìn)行檢測,并與常規(guī)RT-PCR檢測方法進(jìn)行比較。雙重?zé)晒舛縍T-PCR結(jié)果顯示165份病料中有5份為CSFV疫苗毒陽性,檢出率為3%;23份CSFV強(qiáng)毒陽性,檢出率為13.9%;其中1份CSFV疫苗毒和強(qiáng)毒均為陽性。常規(guī)RT-PCR結(jié)果顯示165份病料中有4份為CSFV疫苗毒陽性,檢出率為2.4%;18份CSFV強(qiáng)毒陽性,檢出率為10.9%;其中1份CSFV疫苗毒和強(qiáng)毒均為陽性;雙重?zé)晒舛縍T-PCR與常規(guī)RTPCR符合率為96.4%。雙重?zé)晒舛縍T-PCR與單重?zé)晒舛縍T-PCR的結(jié)果相同,二者的符合率為100%。從臨床檢測結(jié)果看出,雙重?zé)晒舛縍T-PCR檢出率高于普通RT-PCR。
根據(jù)《國家中長期動(dòng)物疫病防治規(guī)劃(2012-2020)》,豬瘟已被列入其中[8],要做到優(yōu)先防治,到2020年全國所有種豬場達(dá)到凈化標(biāo)準(zhǔn)。近年來,我國已出臺一系列政策來支持開展豬瘟凈化,同時(shí)將豬瘟列入優(yōu)先防治病種之一。王偉等[9]建立了鑒別檢測CSFV強(qiáng)毒株與疫苗株的雙重SYBR Green I實(shí)時(shí)熒光定量RTPCR方法,應(yīng)用該方法對CSFV強(qiáng)毒和疫苗株的最低檢出量為10拷貝/μL,檢測BVDV、PRRSV、PRV、PCV-2均呈陰性,批內(nèi)、批間重復(fù)試驗(yàn)的變異系數(shù)均低于3%。劉俊等[10]等建立了豬瘟強(qiáng)毒株一步TaqMan-MGB RT-PCR診斷方法,該法能檢測5.3×102pgCSFV病毒核酸;能檢測除HCLV以外的豬瘟流行強(qiáng)毒株,對牛病毒性腹瀉病毒及其他多種豬常見病毒等檢測結(jié)果均為陰性。趙建軍等[11]建立能區(qū)分豬瘟強(qiáng)毒、疫苗弱毒的實(shí)時(shí)熒光定量RT-PCR方法,并且與BVDV、TGEV、PEDV、PRV、PCV2、PRRSV、PPV不發(fā)生反應(yīng),該方法對CSFV強(qiáng)毒和豬瘟弱毒疫苗RNA的最低檢出限分別為41.8拷貝/μL和81.5拷貝/μL。
傳統(tǒng)CSFV診斷方法主要包括病毒的分離鑒定、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)、膠體金試紙條、熒光抗體試驗(yàn)、常規(guī)RT-PCR、環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)、橫向流動(dòng)試紙條技術(shù)、膠體檢測法等。這些方法在敏感性、特異性、時(shí)效性等方面都存在各自的不足,尤其不適于CSFV強(qiáng)毒感染的早期快速診斷。比如當(dāng)病毒分離鑒定耗時(shí)一長、血清學(xué)方法可能會(huì)出現(xiàn)一定的交叉反應(yīng),且敏感性低不能早期檢測,常規(guī)RT-PCR技術(shù)不能對病毒定量,環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)易出現(xiàn)假陽性結(jié)果等缺點(diǎn),橫向流動(dòng)試紙條技術(shù)目前還不太成熟,沒有大規(guī)模推廣應(yīng)用,膠體金檢測雖然方便,但敏感性太低,有時(shí)特異性不好,容易出現(xiàn)假陽性結(jié)果。熒光定量PCR技術(shù)經(jīng)過20多年發(fā)展已經(jīng)成熟,筆者以為熒光PCR檢測是當(dāng)前最適合臨床應(yīng)用檢測的技術(shù),現(xiàn)已到了大規(guī)模推廣應(yīng)用熒光PCR檢測病料樣品的最佳時(shí)期。
熒光定量PCR技術(shù)分為染料法和探針法兩種,與染料法相比探針法檢測特異性好,敏感性高,本實(shí)驗(yàn)采取的是一種新型探針即TaqMan MGB探針,其優(yōu)點(diǎn)是①探針背景的本底信號更低,使檢測結(jié)果更準(zhǔn)確。②能顯著提高探針Tm值,因此,可以減少探針設(shè)計(jì)長度,尤其對AT富含區(qū)基因序列,設(shè)計(jì)探針更有利。③探針與模板結(jié)合的特異性更高,即使一個(gè)堿基不匹配都能正確區(qū)分。由于豬瘟疫苗毒與豬瘟強(qiáng)毒基因組序列差別不大,同源性96%左右,因此,TaqMan MGB探針較適用于二者的鑒別檢測。
核酸提取是PCR檢測的重要步驟,核酸提取的時(shí)間和質(zhì)量對PCR檢測的總時(shí)間和檢測的效果均有重要的影響,本研究采用商品化核酸試劑提取核酸,其主要采用吸附柱式,操作簡單、快速,提取時(shí)配合小型高速離心機(jī),半小時(shí)即能完成提取過程。筆者將經(jīng)典的Triol法與該法進(jìn)行比對,結(jié)果檢測結(jié)果一致,說明提取的RNA質(zhì)量完全能滿足檢測要求,最重要的該法核酸提取的時(shí)間遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)的Triol法。與磁株相比的優(yōu)勢是所需要的試劑少,操作簡單,試劑常溫保存即可,貯存和運(yùn)輸不需要低溫,適合現(xiàn)場檢測。
本研究采用豬瘟病毒疫苗株和野毒株一步法雙重?zé)晒釸T-PCR鑒別檢測方法。只需在PCR反應(yīng)中加入反轉(zhuǎn)錄試劑即可,無需單獨(dú)反轉(zhuǎn)錄時(shí)間,可大幅縮減反應(yīng)所需的時(shí)間,可在55 min完成擴(kuò)增反應(yīng),得出檢測結(jié)果。不需特定實(shí)驗(yàn)室,無需電泳,至少可節(jié)省1/2的時(shí)間和費(fèi)用,該法操作簡單,避免了由于多次操作及電泳而造成的污染問題,可檢測微量病毒,將人為因素對結(jié)果的印象降到最低。試驗(yàn)所用的熒光定量PCR儀尺寸小,重量輕,便于攜帶,適合用于現(xiàn)場快速檢測,從而節(jié)省送樣的時(shí)間和樣品運(yùn)送途中的損耗,進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性,提早采取相應(yīng)的防控措施,減少養(yǎng)殖場的經(jīng)濟(jì)損失。為了更進(jìn)一步滿足現(xiàn)場檢測的需求,筆者下一步工作中將對檢測試劑的保存方式進(jìn)行優(yōu)化,將所用檢測試劑配制完成后,加入凍干保護(hù)劑,并分裝到8聯(lián)管中凍干保存,常溫保存和運(yùn)輸即可,使用時(shí),只需要加入滅菌純化水和模板,即能進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)。簡化加樣步驟,避免了操作過程的污染。
本實(shí)驗(yàn)建立了豬瘟病毒疫苗株和野毒株一步法雙重?zé)晒釸T-PCR鑒別檢測方法,可用于現(xiàn)場檢測豬瘟病毒,特異性好、靈敏度高、穩(wěn)定性好,配合AxyPrep體液病毒DNA/RNA小量試劑盒,從核酸提取到報(bào)告檢測結(jié)果僅需1.5 h,檢測速度快,操作簡便,適合現(xiàn)地檢測,下一步可開發(fā)組裝成試劑盒,市場前景很好,適合基層臨床豬瘟的快速診斷,從而制定相應(yīng)的防治措施,使損失降到最低,也可用于精準(zhǔn)評估和診斷母豬豬瘟病毒帶毒排毒、仔豬潛在感染情況,臍帶血中豬瘟病毒含量情況,從而為豬瘟的預(yù)警、疫苗免疫效果評估及豬瘟防控凈化工作提供有力的條件。
[1] 殷震,劉景華.動(dòng)物病毒學(xué)[M]. 2版.北京:科學(xué)出版社,1997:652-664.
[2] 仇華吉,童光志,沈榮顯.豬瘟兔化弱毒疫苗——半個(gè)世紀(jì)的回顧[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,38 (8):1675-1685.
[3] 于新友,李天芝,苗立中,等.分子生物學(xué)技術(shù)在豬瘟野毒與兔化弱毒鑒別診斷方法中的研究進(jìn)展[J].豬業(yè)科學(xué),2015,32(1):76-78.
[4] 涂長春.豬瘟國際流行態(tài)勢、我國現(xiàn)狀及防制對策[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,36(8):955-960.
[5] 陳鍇,姚華偉,王長江,等.熒光定量PCR作為豬瘟兔化弱毒疫苗效價(jià)檢驗(yàn)替代方法的研究與應(yīng)用[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(1):162-169.
[6] 張改平,何文博,王德國,等.豬瘟強(qiáng)毒株與兔化弱毒疫苗株的LAMP鑒別檢測[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2014,46(3):85-90.
[7] 戴志紅,蔣卉,李翠,等.用間接免疫熒光檢測方法評價(jià)豬瘟兔化弱毒活疫苗效力的研究[J].中國獸藥雜志,2014,48(1):34-37.
[8] 王長江,王琴,沙依蘭古麗,等.動(dòng)物疫病凈化的基本要求和方法探討[J].中國動(dòng)物檢疫,2013,30(8):40-43.
[9] 王偉,符芳,陳欣,等.豬瘟病毒野毒株與疫苗株雙重SYBR Green I 實(shí)時(shí)熒光定量檢測方法的建立[J].中國預(yù)防獸醫(yī)學(xué)報(bào),2010,32(11) :854-857.
[10] 劉俊,王琴,范學(xué)政,等.豬瘟病毒野毒株TaqMan-MGB熒光定量PCR鑒別方法的建立與應(yīng)用[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,42(12):4366-4371.
[11] 趙建軍,成丹,李娜,等.豬瘟病毒野毒株和兔化弱毒疫苗株復(fù)合實(shí)時(shí)熒光定量 RT-PCR 鑒別方法的建立[J].中國獸醫(yī)科學(xué),2007,37(5):406-412.?
豬瘟耐熱凍干保護(hù)劑活疫苗免疫及檢測技術(shù)的研究與示范項(xiàng)目;山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系生豬產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(SDAIT-08-17 )
李天芝(1985-),女,山東菏澤人,助理研究員,碩士,主要從事動(dòng)物傳染病診斷及防控研究.
2017-11-09)