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食品中弓形虫和旋毛虫液相基因芯片检测方法的研究

来源:筏尚旅游网
第32卷第10期 2010年10月 中国预防兽医学报 Vo1.32.NO.10 0ct. 2Ol0 Chinese Journal of Preventive Veterinary Medicine doi:10.3969 ̄.issn.1008—0589.2010.10.08 食品中弓形虫和旋毛虫液相基因芯片检测方法的研究 杨朋欣 ,张子群 ,路义鑫 ,韩彩霞 ,李晓云 ,宋铭忻 (1.东北农业大学动物医学学院,黑龙江哈尔滨150030; 2.黑龙江出入境检验检疫局,黑龙江哈尔滨150036) 摘 要:为建立一种可同时检测食品中弓形虫和旋毛虫的液相基因芯片方法,本研究以弓形虫B1基因和旋 毛虫18S rDNA基因为靶序列,设计并合成特异性探针和引物,通过PCR方法扩增目的片段并测序,建立一种基 于双重PCR的液相基因芯片检测方法。结果显示:在约180 bp和90 bp处分别扩增出目的条带;测序结果与 GenBank登录的弓形虫和旋毛虫的相关基因一致性分别为99.47%和100%;液相基因芯片对单重PCR产物和双 重PCR产物的检测结果一致,特异性和重复性良好。应用该方法检测弓形虫和旋毛虫变异系数(cv%)均在7% 以内;灵敏度分别为65.6 ng/mL和39.06 ng/mL,比琼脂糖凝胶电泳灵敏高约8倍;模拟污染试验准确率达98% 以上。本研究建立的液相基因芯片检测食品中弓形虫和旋毛虫的方法具有高效、灵敏和特异等优点,为食源性寄 生虫的检测和监控提供了新方法。 关键词:液相基因芯片;弓形虫;旋毛虫 中图分类号:¥852.65 文献标识码:A 文章编号:1008.0589(2010)10—0777。04 0Devel— 0 opment一  ot l‘ _0l qUI_ ‘d  。 ●I 。 _l ・  detect。 一 一■I qqene ch P techn qUe tor n..Toxoplasma gondii and Trichinella spiralis in food YANG Peng—xin ,ZHANG Zi—qun ,LU Yi—xin ,H A N Cai-xia ,LI Xiao—yun ,SONG Ming—xin (1.College of Veterinary Medicine,Northeast Agricultural University,Ha ̄in 150030,China; 2.Heilongjiang Enty—Exirt Inspection and Quarantine Bureau,Harbin l50036,China) Abstract:A duplex PCR based on liquid gene chip technique for detecting Toxoplasma gondii and Trichinella spiralis in foods was developed using primers designed according to the T.gondii B 1 and T.spiralis 1 8S rDNA gene sequencesrespectively. ,The amplified B1 and 18S rDNA PCR fragments were 188 bp and 92 bp in length.had 99 47%and 100%identities to the corresponding sequences in GenBank.The liquid chip was able to detect both single and duplex PCR products from the targets with hi gh specificity and reproducibiliy.The detecttion limit of the assay was 65.6 ng/mL for T.gondii and 39.06 ng/mL for spiralis.which was 8-fold more sensitive than that of agarose gel method.The simulation of pollution test showed that the accuracy rate of blind test was more than 98%.The results showed that liquid gene chip technique was a rapid,sensitive and specific method for detecting T.gondii and T.spiralis in food. Key words:liquid gene chip;Toxoplasma gondii;Ttichinella spiralis 弓形虫(Toxoplasma gondii)YfH旋毛虫(Trichinella 以上2种寄生虫不同发育阶段的虫体或卵(囊)的食 品,会导致发生食源性弓形虫或旋毛虫感染。弓形 spiralis)均为重要的食源性寄生虫ll1。人若进食含有 丰COrrespOnding author 收稿日期:2010.03.25 基金项目: “十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD06A09);国家质检总局科技计划项目;黑龙江省教育厅科学技 术研究重点项目(1 1 53Lz04) 作者简介:杨朋欣(1985一),女,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生,主要从事寄生虫分子生物学研究. 通信作者:E-mail:songmx@neau.edu.ca 778 中国预防兽医学报 2010焦 虫几乎可以感染各种温血动物,人感染弓形虫除影 响生育外,还会引发多种疾病l 2l。据报道,全球约 10亿人感染弓形虫,我国感染人数达6 000万 。 旋毛虫为肉品卫生检验中的必检项目,人体感染旋 毛虫严重者会导致心肌炎等疾病甚至死亡,我国旋 毛虫感染高发区主要在云南、河南、湖北和东北三 省 等地区。因此,加强食源性寄生虫的检测是十 分迫切和必要的。 目前,我国诊断食源性寄生虫的方法较多,但 是大多为一次仅检测一种虫体,在很大的程度上限 制了食源性寄生虫的快速检测和鉴定。因此,有必 要建立一种灵敏、特异、高通量的检测方法。液相 基因芯片技术是美国Luminex公司开发的一种新型 检测型生物芯片技术[5-6],已应用于微生物检测等领 域,具有高通量多指标同步分析、操作简便、灵敏 性和重复性好等优点。本研究以弓形虫B1基因及 旋毛虫18S rDNA基因为靶序列,设计特异性引物, 建立高效、灵敏、特异的液相基因芯片检测方法, 为食源性寄生虫的检测提供新方法。 1材料和方法 1.1 虫株、载体与菌株 弓形虫基因组DNA由兰 州兽医研究所惠赠;旋毛虫为本实验室保种;载体 pMD18-T购自TaKaRa公司;大肠杆菌感受态菌株 DH5e ̄为本实验室保存。 1.2主要试剂及仪器链霉素一亲和素一藻红蛋白 (SAPE)、表面羧基化的荧光编码微球购自上海透景 生物科技有限公司;Luminex 液体悬浮点阵检测仪 为美国Luminex公司产品。 1.3探针及引物的设计与合成根据GenBank登 录的弓形虫B1基因fEU340879)和旋毛虫18S rDNA 基因(AY497012)的序列,分别选择保守区域应用 DNAStar软件设计探针,并根据探针位置,应用 Primer5.0软件设计引物(表1)。探针5 端均添加 poly T11尾并氨基化,同时将两条用于杂交的生物 素标记的探针互补链作为阳性对照,上游引物5’端 均采用生物素标记。探针和引物均由上海桑尼生物 有限公司合成。 1.4 目的基因的克隆与重组质粒的鉴定 采用试剂 盒方法提取旋毛虫基因组DNA,分别以弓形虫和旋 毛虫基因组DNA为模板,进行PCR扩增,设阴性 对照,反应条件为:95℃5 min;94℃30 S、58℃ 30 S、72℃40 S,30个循环;72℃10 min。琼脂糖 凝胶电泳鉴定PCR产物。目的片段经过纯化分别克 隆到pMD18-T载体中,并转化感受态细胞DH5o ̄, PCR方法筛选阳性重组质粒,测序鉴定。 表1 引物和探针序列及扩增产物大小 Table 1 The sequences ofprimers and probes and the size ofproduct Parasite Gene Primer(5 to 3 ) Size(bp) 耐B1 AATACAGGTGAMTGTACCTCCAGAA A 188 CTACTCGACAATACGCTGCTTGA (3l2 bp 335 bp) T spira/is 18S AGGTTCGAAGGCGATCAGATAC CCAACCAGCGATTCGCCGAAGT 92 bp CTGCTCGcCGAGTCTTAAATG (1 054 bp 1 076 bp) 1.5双重PCR反应以两种虫体基因组DNA为 模板,进行双重PCR扩增,反应体系为:10×PCR Buffer 2.5 IxL,dNTP(各2.5 mmo1)2.0 IxL,上、下 游引物(10 p ̄mol/L)为弓形虫各0.5 L、旋毛虫各 0.8 L,模板DNA各0.5 L,rTaq DNA聚合酶 0.5 txL。反应条件为:95℃5 min;94℃30 S、 58.5℃30 S、72 oC 45 S,30个循环;72℃8 min。 琼脂糖凝胶电泳鉴定双重PCR产物。 1.6液相基因芯片的制作购置表面带有活性羧基 化基团编号为35和38的两种微球,将B1基因探 针和18S rDNA基因探针分别与35号和38号微球 耦联,命名为I和II,耦联步骤由上海透景生物有 限公司完成,并采用生物素标记的探针互补链测定 耦联率。 1.7液相基因芯片检测体系的建立分别取单重和 多重PCR产物各3 ,加入7 ILL TE溶液和20 L 稀释的微球溶液,95℃变性5 min,50℃孵育20 min, 加入80 L荧光素,50℃9呼育20 min,于Luminex 液体悬浮点阵检测仪读取各微球检测的荧光强度 值。 1.8重复性试验 采用PCR方法分别扩增弓形虫 和旋毛虫的基因组DNA,以液相基因芯片体系检测 各PCR产物荧光强度,在相同的试验条件下重复6 次,并对结果进行分析,验证本方法的重复性。 1.9特异性试验分别以弓形虫和旋毛虫引物扩增 弓形虫、旋毛虫、猪囊尾蚴(Cysticercus cellulose)和 华支睾吸虫(Clonorchis sinensis)的基因组DNA,应 用液相基因芯片体系检测各PCR产物的荧光强度, 并对结果进行分析,验证本方法的特异性。 1.10敏感性试验对弓形虫和旋毛虫PCR扩增产 物进行2-n倍比稀释,每种产物稀释12个梯度,分 第10期 杨朋欣,等.食品中弓形虫和旋毛虫液相基因芯片检测方法的研究 779 别应用琼脂糖凝胶电泳和液相基因芯片体系检测, 比较两者的敏感性。 1.11 人工模拟污染试验分别提取弓形虫、旋毛 虫和检疫合格猪肌肉组织的基L大J组DNA,将猪基因 组DNA分装入30个EP管中:其中20个管加入一 2.3液相基因芯片体系检测结果应用生物素标记 的探针互补链测定液相基因芯片l和II,检测耦联 率较高,表明I和II可以在该体系中应用。液相基 因芯片体系检测单重PCR和双重PCR产物结果表 明:阴性和阳性的荧光强度检测值与琼脂糖凝胶电 泳结果一致(图略),两种虫体检测过程的信噪比分 种虫体基因组DNA;8个管加入两种虫体的混合基 因组DNA;另外2个管为对照组。将30个EP管随 机编号,应用弓形虫和旋毛虫的混合引物分别扩 增,对液相基因芯片检测结果进行分析。 别为72.72和75.1 1,表明荧光信号值明显高于背景 值,视为有效结果;双重PCR产物检测结果与单重 PCR产物检测结果一致(表2)。 表2液相基因芯片检测PCR产物 Table 2 PCR products detected by liquid gene chip PCR product Fluorescence intensity of I Fluorescence intensiy of ItI 2 结 果 2.1 目的基因的克隆与重组质粒的鉴定 应用 PCR方法分别从弓形虫与旋毛虫基因组DNA中扩 增出约200 bp和100 bp的DNA片段(图1),与预期 大小相符。测序结果显示,弓形虫Bl基因和旋毛 虫】8S rDNA基凶与GenBank登录的相关基因相似 性分别为99.47%和100%,表明目的片段已插入克 2.4重复性试验在相同试验条件下,重复检测6 次,计算各批间平均荧光强度值的变异系数(cv)。 重复性检测结果显示各变异系数均在7%以内(表 3),表明该方法具有良好的重复性和稳定性。 表3 液相基因芯片检测单重PCR产物重复性试验 Table 3 Reproducibility tests ofliquid gene chip for PCR products 隆载体中,构建了弓形虫和旋毛虫的重组质粒。 M:DL2000 Plus DNA Marker:1:T.spiralis; 3: gondii;2.4:Negative control 一 gondii and T.sp/ra//s 2.5特异性试验特异性检测结果显示,扩增虫体 混合基因组DNA的PCR产物荧光强度值呈阳性, 而扩增猪肉基因组DNA的PCR产物荧光强度值均 呈阴性(表4),表明该方法具有较好的特异性。 表4液相基因芯片特异-陛试验 Table 4 Speciicifty tests of liquid gene chip 图1 目的基因PCR扩增结果 Fig.1 PCR ampfification of 2.2双重PCR扩增应用双重PCR方法由弓形虫 与旋毛虫混合基因组DNA中扩增出约200 bp和 100 bp的DNA片段(图2),与预期大小相符,表明 双重PCR扩增产物正确。 M 1 , M:100 bp DNA Ladder;1:Product of duplex PCR; 2:T.gondii B1:3: spiralis 1 8S rDNA 一 图2 PCR反应条件优化结果 Fig.2 OptimiTation test of PCR 2.6敏感性试验 比较液相基因芯片体系和琼脂糖 凝胶电泳检测结果的灵敏性,结果表明液相基因芯 片体系比琼脂糖凝胶灵敏度高约8倍,检测弓形虫 和旋毛虫的最低限可达原液的2一s(图3)和2- (图4), 灵敏度分别为65.6 ng/mL和53.52 ng/mL 2.7人工模拟污染试验结果应用建立的液相基因 780 中国预防兽医学报 芯片体系检测30个随机编号的待检样品,结果显示 30份样品中阳性率为90%(27/30);阴性率为7% (2/30);阳性检出率为96%;阴性检出率均为100%, 盲测结果准确率达98%以上,与预期的结果基本相 符,表明该方法在实际操作中具有一定的可行性。 2 500 4 000 磐2 000 3 500 3 000 g 1 500 2 500 2 000 皇 000 l 500 500 l 000 500 0 O 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 lOl1 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1Ol1l2 Concentration Concentration 图3液相基因芯片检测弓形 图4液相基因芯片检测旋毛 虫灵敏度结果 虫灵敏度结果 Fig.3 Speciifcity test of Fig.4 Specificitytest of T.gondii T.spiralis 3讨 论 近年来,尽管建立了多种食源性寄生虫的检测 方法,但均为“单一”法,本研究建立的液相基因 芯片方法打破了传统“一对一”的检测方式,可快 速进行高通量、多指标同步分析,为特异性强、灵 敏性和重复性好的新方法。 在建立方法过程中,基因的选择和探针的设计 至关重要。核糖体DNA(rDNA)是细胞核内编码核 糖体RNA的基因,为一类中度重复序列,每个重 复单位由非转录间隔区(NTS)、内转录间隔区(ITS) 和3种核糖体基因编码区(18S、5.8S、28S)组成I 7l, 不同区域进化速率不同,而且十分保守。因此,本 研究选择旋毛形线虫18S基因作为检测的靶基因。 虽然弓形虫Bl基因的生物学功能尚不清楚,但该 基因是一种多拷贝基因,并且序列高度保守,是目 前鉴定弓形虫最为理想的目的基因之一 ]。本方法 能够特异地对弓形虫和旋毛虫PCR产物进行检测, 检测的线性范围广,检测荧光强度的CV值控制在 统汁学有效范围内,本实验结果均证明该方法具有 良好的稳定性。在验证液相基因芯片灵敏度时,发 现PCR产物初始浓度的荧光值并非最高,而是随浓 度的降低呈先升高后下降的趋势,这种变化在其它 文献中尚未报道,暂将其称作液相基因芯片所需 PCR产物的最适浓度。虽然本研究在人工模拟污染 试验中取得较好的结果,但在检测实际样本方面, 还有待进一步验证。总之,液相基因芯片技术的开 发及应用将改变食源性寄生虫检测的现状,该方法 的建立为食源性寄生虫的检测提供了实验依据。 参考文献: [1] 甘绍伯.病原生物学与感染性疾病[J].中国热带医学, 2006,6(12):2103—2ll4. 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