结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探针及其应用.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210121883.2

申请日:

20120424

公开号:

CN102628086B

公开日:

20140618

当前法律状态:

有效性:

有效

法律详情:

IPC分类号:

C12Q1/68,C12Q1/04,C12N15/11

主分类号:

C12Q1/68,C12Q1/04,C12N15/11

申请人:

武汉大学

发明人:

章晓联,周翔,邓明刚,冯烁,罗凤玲,孙小明

地址:

430072 湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学

优先权:

CN201210121883A

专利代理机构:

武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)

代理人:

薛玲

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内容摘要

本发明公开了一种结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探针及其应用。本发明针对利福平耐药突变,根据结核分枝杆菌利福平耐药的rpoB基因突变核心区510-524位氨基酸分为3个区,根据每一区所包含的所有突变位点设计合成3个检测探针簇,每个探针簇包含若干探针组,每个探针组含一种特定的突变检测探针B,此法设计的各探针组和探针簇对合成的野生型和突变型检测片段有良好的区分性,并能准确检测利福平耐药结核分枝杆菌rpoB基因510-524位氨基酸具体的突变位点,具有良好的应用前景。

权利要求书

1.结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探针,其包括以下探针簇:探针簇I,包括:锚定探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.2所示;竞争探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.5所示;突变检测探针,其选自SEQ ID No.8~14所示核苷酸序列中的一个或多个;绝缘探针,包括探针L和探针R,其核苷酸序列分别如SEQ ID No.30和SEQ ID No.31所示。 2.根据权利要求1所述的可视化检测探针,其还包括以下探针簇:探针簇II,包括:锚定探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.3所示;竞争探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.6所示;突变检测探针,其选自SEQ ID No.15~25所示核苷酸序列中的一个或多个;绝缘探针,包括探针L和探针R,其核苷酸序列分别如SEQ ID No.32和SEQ ID No.33所示;和/或探针簇III,包括:锚定探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.4所示;竞争探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.7所示;突变检测探针,其选自SEQ ID No.26~29所示核苷酸序列中的一个或多个;绝缘探针,包括探针L和探针R,其核苷酸序列分别如SEQ ID No.34和SEQ ID No.35所示。 3.含有权利要求1或2所述可视化检测探针的试剂盒。 4.权利要求1或2所述可视化检测探针在结核分枝杆菌利福平耐药突变检测中的应用。 5.一种可视化检测结核分枝杆菌利福平耐药突变的方法,其包括如下步骤:A、PCR扩增待测样品的靶核苷酸序列;B、将权利要求1或2所述的探针与靶核苷酸互补配对,并加入Hemin,通过DNA过氧化物酶所催化的显色反应,来判断是否存在结核分枝杆菌利福平耐药突变。

说明书

技术领域

本发明属于病原生物学、分子微生物学和核酸化学领域,涉及一种新型的基因点突变检 测探针的设计方法和序列,以及其在结核分枝杆菌利福平耐药突变检测中的应用,这种方法 可以直观快速并可视化的检测结核分枝杆菌利福平耐药突变。

背景技术

由结核分枝杆菌引起的结核病(Tuberculosis,简称TB)是一种古老的疾病,在很 早以前就在世界广泛传播,20世纪50年代以来,异烟肼、利福平等有效治疗结核药 物的发现,大大提高了结核病治愈率,并降低了结核病的复发率,使结核病成为一种 可治愈和控制的疾病。在一些发达国家,结核病已基本得到控制。然而近些年来,由 于一些国家对结核病防治工作的忽视,结核病的防治不能获得预期效果;很多地方结 核病化疗方案不合理,管理不善,缺乏监控,造成结核分枝杆菌耐药菌株,特别是耐 多药菌株的产生和传播,加大结核病治疗的难度,加剧结核病疫情的恶化;加上艾滋 病的流行以及经济全球化造成的人口广泛流动,促使结核病卷土重来,重新成为全球 紧迫的公共卫生问题。到了20世纪90年代,结核病疫情在世界的许多地方已经失控, 全球三分之一的人口感染结核分枝杆菌,每年新发结核病人约为800~1000万,每年 约有300万人死于结核病。中国结核病的疫情同样严峻,呈现患病率高、死亡率高、 耐药率高、年递减率低的“三高一低”的势态。当前我国是全球22个结核病高负担国 之一,结核病人总数仅少于印度,是全世界患者第二多的国家。面对这样的形势,科 研工作者需要发展新的诊断技术和治疗药物,解决结核病防治中的棘手问题。

结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)也常简称为结核杆菌或结核菌,是 结核病的致病菌。结核分枝杆菌耐药主要是由于基因组中药物靶基因随机突变造成 的。目前使用的一线抗结核药物主要包括利福平和异烟肼,其中利福平在细菌中的靶 蛋白为RNA聚合酶的β亚基,利福平与RNA聚合酶的β亚基结合,阻碍mRNA合成, 抑制转录过程,阻断细菌的蛋白质合成,达到抑菌的作用。研究表明结核分枝杆菌利福平耐 药通常由其RNA聚合酶β亚基编码基因rpoB突变所致,这些突变大部分(90%以上)位于 一个81bp的区域,称之为RFP耐药决定区(Rifampicin Resistant Determination Region, RRDR)。

目前耐药结核分枝杆菌检测的方法主要是培养法,但结核分枝杆菌生长缓慢,需要4~ 8周才能给出结果,而且阳性率不高,仅为30%~40%,导致很多结核病人得不到及时诊治。 而基因突变和结核分枝杆菌耐药性之间具有相关性,因此很多研究者发展各种突变检测的方 法,通过检测相关的基因突变来检测结核菌耐药。目前研究者用于检测结核分枝杆菌耐药突 变的方法包括分子信标和反向探针杂交,但这两种方法操作较复杂,且需要专门的仪器。

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足,提供一种针对耐药结核分枝杆菌检测的可视化检测探 针,用于结核病利福平耐药突变的可视化检测。

为实现上述目的,本发明的技术方案如下:

将rpoB基因突变核心区510-524位氨基酸分为3个区,根据每一区所包含的所有突 变类型设计相应的检测探针簇,一共3个探针簇,每个探针簇包括若干探针组,探针组的可 视化检测探针包括:

锚定探针,其3’端含有3段GGG序列参与G-四链体形成,或其3’端含有1段GGG序 列参与G-四链体形成;

竞争探针,其互补区与野生型靶序列完全互补;

突变检测探针,其互补区与相应的突变型靶序列完全互补,其5‘端具有1段GGG序列 参与G-四链体形成,或其5‘端具有3段GGG序列参与G-四链体形成;

所述锚定探针的互补区与靶序列上的与突变检测探针互补区段的下游互补,所述锚定探 针与突变检测探针结合在相应的突变型靶序列上时,两者之间能够形成G-四链体;

在对靶序列PCR产物进行检测时,为防止发夹结构影响探针与靶核酸的结合,其还包 括一对绝缘探针,所述绝缘探针分别结合在锚定探针结合区域的下游和突变检测探针结合区 域的上游。在反应体系中加入这两个探针能与探针(锚定探针和突变检测探针)在靶核酸结 合区域的旁侧区域互补,和单链靶核酸形成稳定的双链,从而打开靶核酸形成的发夹结构, 有利于突变检测探针与靶核酸的结合。

针对耐药结核分枝杆菌检测,本发明选用结核分枝杆菌RNA聚合酶β亚基编码基因 rpoB为目的基因,主要集中于其利福平耐药决定区,这段区域负责编码相当于大肠杆菌RNA 聚合酶β亚基507位至533位,共27个氨基酸(黄海荣,金奇,马玙,陈曦,李惠文,庄玉 辉.中国耐利福平结核分枝杆菌rpoB基因突变特点.中华结核和呼吸杂志,2001, 24(4):231~235)。

具体地,将rpoB基因突变核心区510-524位氨基酸分为3个区,根据每一区所包含 的所有突变类型设计相应的检测探针簇,一共3个探针簇,每个探针簇包含一条共有的锚定 探针A,一条共有的竞争探针SIB,及根据突变类型设计的一系列突变检测探针B。探针簇 包含若干探针组,分别针对检测区域内相应的突变类型。

本发明结核病利福平耐药突变可视化检测探针,其包括以下探针簇中的至少一种:

探针簇I,包括:

锚定探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.2所示;

竞争探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.5所示;

突变检测探针,其选自SEQ ID No.8~14所示核苷酸序列中的一个或多个;

绝缘探针,包括探针L和探针R,其核苷酸序列分别如SEQ ID No.30和SEQ ID No.31 所示;

探针簇II,包括:

锚定探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.3所示;

竞争探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.6所示;

突变检测探针,其选自SEQ ID No.15~25所示核苷酸序列中的一个或多个;

绝缘探针,包括探针L和探针R,其核苷酸序列分别如SEQ ID No.32和SEQ ID No.33 所示;

探针簇III,包括:

锚定探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.4所示;

竞争探针,其核苷酸序列如SEQ ID No.7所示;

突变检测探针,其选自SEQ ID No.26~29所示核苷酸序列中的一个或多个;

绝缘探针,包括探针L和探针R,其核苷酸序列分别如SEQ ID No.34和SEQ ID No.35 所示。

为方便使用,本发明还包括含有所述上述可视化检测探针的试剂盒。

上述可视化检测探针在结核分枝杆菌利福平耐药突变检测中的应用。

本发明还提供一种可视化检测结核分枝杆菌利福平耐药突变的方法,其包括如下步骤:

A、PCR扩增待测样品的靶核苷酸序列;

B、将上述A的探针与靶核苷酸互补配对,并加入Hemin,通过DNA过氧化物酶所催 化的显色反应,来判断是否存在结核分枝杆菌利福平耐药突变。

发明的优点和效果:

1、可用于可视化结核分枝杆菌利福平多位点耐药突变检测,包括22种突变类型;探针 簇及其包含的探针组均可很好的区分野生型序列和突变型序列,所有的探针组对相应突变型 序列和野生型序列的区分度,即探针对二者产生信号强度的比值,均大于15倍;而探针簇 对突变型序列和野生型序列的区分度均大于10倍;所有结果均仅用肉眼观察即可明确地区 分突变型序列和野生型序列。

2、本发明设计的探针体系包括两个层次,可满足不同检测需要,探针簇可用于快速筛 查结核分枝杆菌rpoB基因的利福平耐药决定区是否存在突变;而探针组则可用于检测某种 特定突变,特别是那些与高度耐药相关的突变类型。

3、本发明设计的探针组和探针簇能够对临床样品来源的具有复杂二级结构的PCR产物 检测表现出很好的区分度,目前所得结果对突变型和野生型rpoB基因PCR产物的区分度大 于7倍。

附图说明

图1.结核分枝杆菌rpoB基因利福平(RFP)耐药决定区突变位点

结核分枝杆菌利福平耐药决定区,rpoB基因510-533位氨基酸,其中下划线表示 易突变的碱基。

图2.DNA过氧化物酶的不对称拆分-组装

将DNA过氧化物酶序列d(GGGTAGGGCGGGTTGGG),不对称地分为两个部分,一 部分包含3段GGG序列,另一部分只含有一段GGG序列,这两段序列的5’端或3’端分别 与靶核酸相邻区域互补序列融合,形成探针A和探针B。有靶DNA-C存在时,探针A和探 针B与靶核酸的相邻区域互补,它们中DNA过氧化物酶形成序列相互靠近,折叠为G-四 链体结构,与Hemin结合后,形成有活性的DNA过氧化物酶。这样可通过DNA过氧化物 酶所催化的显色反应,检测溶液中靶核酸C的存在。

图3.第1探针簇对野生型序列和相应突变型序列的选择性

第1探针簇对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性,从照片上看,探针簇 本身及野生型检测样品基本无色,而各种突变型样品则是很明显的绿色(2~8)。表格为探 针簇实验方案和结果,探针簇对相应突变型序列的信号是对野生型信号的10倍以上。

图4.第1探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性

第1探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性,从照片上各 探针组对野生型序列基本无色,而相应突变序列则是明显的绿色(1b~7b)。表格为各探针 组实验方案和结果,所有的探针组对相应突变型序列的信号是对野生型信号的15倍以上。

图5.第2探针簇对野生型序列和相应突变型序列的选择性

第1探针簇对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性,从照片上看,探针簇 本身及野生型检测样品基本无色,而各种突变型样品则是很明显的绿色(2~12)。表格为探 针簇实验方案和结果,探针簇对相应突变型序列的信号是对野生型信号的10倍以上。

图6.第2探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性

第2探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性,从照片上各 探针组对野生型序列基本无色,而相应突变序列则是明显的绿色(1b~11b)。表格为各探针 组实验方案和结果,所有的探针组对相应突变型序列的信号是对野生型信号的15倍以上。

图7.第3探针簇对野生型序列和相应突变型序列的选择性

第3探针簇对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性,从照片上看,探针簇 本身及野生型检测样品基本无色,而各种突变型样品则是很明显的绿色(2~5)。表格为探 针簇实验方案和结果,探针簇对相应突变型序列的信号是对野生型信号的10倍以上。

图8.第3探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性

第3探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性,从照片上各 探针组对野生型序列基本无色,而相应突变序列则是明显的绿色(1b~4b)。表格为各探针 组实验方案和结果,所有的探针组对相应突变型序列的信号是对野生型信号的15倍以上。

图9.第1探针簇对突变型菌株Gln513Lys的检测

第1探针簇对利福平耐药结核分枝杆菌ropB基因突变情况的检测,探针簇对野生型菌 株PCR产物及对照基本无色,而突变型菌株PCR产物则呈现明显的绿色(d)。探针簇对 突变型菌株产物信号是对野生型信号的7倍以上。检测结果耐药结核分枝杆菌在510-513位 氨基酸区域有突变,与测序结果相符。

图10.第1探针簇第5探针组对突变型菌株Gln513Lys的检测

第1探针簇第5探针组对利福平耐药结核分枝杆菌ropB基因突变情况的检测,探针组 对野生型菌株PCR产物及对照基本无色,而突变型菌株产物则呈现明显的绿色(d),探针 组对突变型菌株产物信号是对野生型信号的7倍以上。检测结果耐药结核分枝杆菌为513 位氨基酸突变,CAA突变为AAA,与测序结果相符。

具体实施方式

以下实施例用于进一步说明本发明,但不应理解为对本发明的限制。若无特别说明,本 发明中所涉及到的实验均为本领域技术人员所熟知常规操作。

实施例1

1.DNA过氧化物酶突变检测探针体系的设计

(1)rpoB基因突变核心区序列如图1所示

本发明包含510位到524位氨基酸的22种突变类型(图1中下划线标记),具体突 变及相应的检测探针如下表:

  探针簇   突变位点   突变类型   对应检测探针   1   510   G→C   B510-3G   1   511   C→T   B511-1A   1   511   T→C   B511-2G   1   511   T→G   B511-2C   1   513   C→A   B513-1T   1   513   A→C   B513-2G   1   513   A→G   B513-2C   2   515   A→G   B515-1C   2   515   G→T   B515-3A   2   516   G→A   B516-1T   2   516   G→T   B516-1A   2   516   A→C   B516-2G   2   516   A→G   B516-2C   2   516   A→T   B516-2A   2   517   A→G   B517-2C   2   518   A→G   B518-1C   2   515,518   A→G,A→G   B515-1C-518-2C   2   516   G→A,C→A   B516-1T3T   3   519   C→T   B519-3A   3   521   C→T   B521-1A   3   522   T→G   B522-1C   3   522   C→T   B522-2A

(2)将rpoB基因突变核心区分为3个区,根据每一区所包含的所有突变类型设计相 应的检测探针簇,一共3个探针簇,每个探针簇包括三个部分:一条共有的锚定探针A,其 3’端含有3段GGG序列参与G-四链体形成;一条共有的竞争探针SIB,其互补区与野生 型靶目标完全互补;根据突变类型设计的一系列突变检测探针B,每条探针B的互补区与 相应突变型的靶目标完全互补,其5‘端具有一段GGG序列参与G-四链体形成。C为待 检测基因片段。

(4)所需达到的检测目标:探针簇和各探针组均能很好的区分野生型和相应的 突变型DNA序列。

根据以上原则设计的探针簇和探针组如下:

第1探针簇:

第1探针组:A,SIB,B510-3G(TGGGTGAATTGGCTCAGGTGGCT)

第2探针组:A,SIB,B511-1A(TGGGTGAATTGGCTCAACTGGCT)

第3探针组:A,SIB,B511-2G(TGGGTGAATTGGCTCGGCTGGCT)

第4探针组:A,SIB,B511-2C(TGGGTGAATTGGCTCCGCTGGCT)

第5探针组:A,SIB,B513-1T(TGGGTGAATTTGCTCAGCTGGCT)

第6探针组:A,SIB,B513-2G(TGGGTGAATGGGCTCAGCTGGCT)

第7探针组:A,SIB,B513-2C(TGGGTGAATCGGCTCAGCTGGCT)

共有锚定探针A:CCCAACCAGCGGGTTGTTCTGGTCCATGGGTTGGGTTGGG

共有竞争探针SIB:CAACCTTGAATTGGCTCAGCTGGCT

第2探针簇:

第1探针组:A,SIB,B515-1C(TGGGTGTTGTTCTGGTCCACGAAT)

第2探针组:A,SIB,B515-3A(TGGGTGTTGTTCTGGTCAATGAAT)

第3探针组:A,SIB,B516-1T(TGGGTGTTGTTCTGGTTCATGAAT)

第4探针组:A,SIB,B516-1A(TGGGTGTTGTTCTGGTACATGAAT)

第5探针组:A,SIB,B516-2G(TGGGTGTTGTTCTGGGCCATG)

第6探针组:A,SIB,B516-2C(TGGGTGTTGTTCTGGCCCATGAAT)

第7探针组:A,SIB,B516-2A(TGGGTGTTGTTCTGGACCATGAAT)

第8探针组:A,SIB,B517-2C(TGGGTGTTGTTCCGGTCCATGAAT)

第9探针组:A,SIB,B518-1C(TGGGTGTTGTCCTGGTCCATGAAT)

第10探针组:A,SIB,B515-1C-518-2C(TGGGTGTTGCTCTGGTCCACGAAT)

第11探针组:A,SIB,B516-1T3T(TGGGTGTTGTTCTGTTTCATGAAT)

共有锚定探针A:GGTCAACCCCGACAGCGTGGGTTGGGTTGGG

共有竞争探针SIB:CCAACTGTTGTTCTGGTCCATGAAT

第3探针簇:

第1探针组:A,SIB,B519-3A(TGGGTCCCCGACAGCGGATTGTT)

第2探针组:A,SIB,B521-1A(TGGGTCCCCGACAACGGGTTGTT)

第3探针组:A,SIB,B522-1C(TGGGTCCCCGCCAGCGGGTTGTT)

第4探针组:A,SIB,B522-2A(TGGGTCCCCAACAGCGGGTTGTT)

共有锚定探针A:TCGGCGCTTGTGAGTCATGGGTTGGGTTGGG

共有竞争探针SIB:CAACCTCCCCGACAGCGGGTTGTT

突变检测探针B和锚定探针A与靶序列的方向是相反的,它们结合在533位氨基酸的 下游位置,与靶序列是完全互补的。

探针簇包括锚定探针A,竞争探针SIB及几种突变检测探针B,即将上述几组探针混到 一起构成探针簇。

另外在检测PCR产物时,各探针组和探针簇中还包括帮助打开PCR产物复杂二级结构 的绝缘探针L和R。其序列如下:

I-L:TCGGCGCTTGTGGGTCAACCCCGACAG

I-R:CGTCGCGGACCTCCAGCCCGGCACG

II-L:TGGCTCAGCTGGCTGGTGCCGAAGA

II-R:CCAGCGCCGACAGTCGGCGCTTGTG

III-L:CTGGTCCATGAATTGGCTCAGCTGG

III-R:CACCGCCGGGCCCCAGCGCCGACAG

2、验证探针簇和各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性

(1)寡核苷酸定量

根据各寡核苷酸(探针A,B,SIB,待测片段C)样品管上所标注的纳摩尔数加入10倍 微升数的超纯水(电阻率为1018Ω),充分溶解。取10μL寡核苷酸母液加入990μl双蒸水中, 即稀释100倍,用于寡核苷酸定量,定量溶液95℃加热5分钟,取出迅速置于冰上冷却,混匀 后离心,破坏高浓度寡核苷酸母液中可能存在的二级结构,保证寡核苷酸为单链状态。测定 寡核苷酸定量溶液在260nm处的紫外吸收值,根据各寡核苷酸的毫摩尔吸光系数,得到母 液浓度,根据需要将各寡核苷酸母液稀释成100μM或50μM,-20℃保存。

(2)检测样品的动力学测试

DNA过氧化物酶催化H2O2氧化ABTS2-所生成的ABTS.-在414nm处有最大吸收, 本发明通过监测检测体系在414nm的吸收来判断检测体系的过氧化物酶活性,进而推断靶 核酸存在与否或相关突变的类型。DNA过氧化物酶反应在缓冲液:25mM HEPES-NH4OH (pH 8.0)、200mM NaCl、20mM KCl中进行,反应底物H2O2和ABTS2-的浓度均为2mM。 每个样品含有指定浓度的各种寡核苷酸和50nM Hemin。

具体步骤,每个1.5mL离心管中加入约760μL超纯水、100μL10×混合盐溶液(2MNaCl 200mM KCl)、100μL10×H-Buffer(250mM HEPES-NH4OH(pH=8.0))及指定浓度的各种 寡核苷酸(探针A、B在检测体系中的终浓度为100nM,SIB为300nM,人工合成C片段 的终浓度为100nM)(见图3~5中的表格,图3表格中“C510-3C”表示ropB氨基酸第510 位的密码子的第3个碱基突变为C的待检片段,其他的待检片段也采取类似的表示方式, Bmix表示7种突变检测探针B的混合物,其他图也采用类似的表述方式);样品混和均匀 后离心,95℃加热5分钟,取出冷却至室温;每个样品中加入1μL 50μM Hemin溶液,Hemin 终浓度为50nM,混匀后离心,室温放置1小时或4℃放置3小时。

检测反应在室温下进行,用Shimadzu UV-2550型分光光度计的动力学模式监测反应的 动力学过程。414nm为监测波长,1秒记录1次数据,记录3分钟。反应前,每个样品中加 入40μL 50mM ABTS溶液,混匀,取500μL样品于参比池,再取1μL 1M H2O2粘附在 样品池内壁,将剩下的500μL样品沿粘附有H2O2的样品池内壁注入,关闭样品仓门,点击 “开始”按钮,开始记录数据。

3.利用探针组和探针簇对临床分离的利福平耐药结核分枝杆菌rpoB基因核心区域突变情况 进行检测

(1)提取野生型和耐药结核分枝杆菌基因组DNA,使用天根公司细菌基因组提取试剂盒 (目录号:DP302)步骤如下:

取细菌培养液5毫升,12000rpm离心1分钟,尽量弃尽上清。加入180μl溶菌酶缓冲 液重悬菌体(缓冲液配方:20mM Tris·HCl,pH 8.0;2mM Na2-EDTA;1.2%Triton,20mg/ml 溶菌酶),37℃水浴2小时,加入4μl RNaseA(100mg/ml),混匀,常温10分钟,加入20μl 蛋白酶K溶液,55℃水浴40分钟,加入220μl缓冲液GB,振荡15秒,70℃水浴10分 钟,12000rpm离心1分钟,取上清转移到新的EP管。加入220μl无水乙醇,将混合物全部 转入离心柱CB3,12000rpm离心1分钟,弃废液,向CB3中加入500μl缓冲液GD,12000rpm 离心1分钟,弃废液,向CB3中加入700μl缓冲液PW,12000rpm离心1分钟,弃废液, 向CB3中加入500μl缓冲液PW,12000rpm离心1分钟,弃废液。空离心柱12000rpm离心 2分钟,之后室温静置3分钟,将吸附柱CB3转入一个干净的离心管,向吸附膜中间加入 100μl双蒸水,静置2分钟,12000rpm离心1分钟,再次向吸附膜中间加入100μl双蒸水, 静置2分钟,12000rpm离心1分钟。离心管中即为细菌基因组DNA。

(2)针对rpoB基因设计引物,PCR得到588bp的双链片段 PCR反应体系如下:

94℃5min,94℃1min,55℃1min,72℃1min,30cycles,72℃5min。 引物序列如下:

ropP1:GAGCGGATGACCACCCAGG

ropP2:CAGGAAGGGAATCATCGCGG

(3)以588bp双链为模板,PCR得到158bp单链片段

94℃5min,94℃1min,52℃1min,72℃1min,40cycles,72℃5min。 引物序列如下:

ropTR8:GTGCACGTCGCGGACCTCCA

ropTR9:TCGCCGCGATCAAGGAGT

(4)用上述显色方法对野生型和耐药结核分枝杆菌rpoB基因单链PCR产物进行检测

在对利福平耐药结核分枝杆菌PCR产物进行检测时,为防止发夹结构影响探针A,B与 靶核酸的结合,特加入绝缘探针L,R,在反应体系中加入这两个探针能与探针A,B在靶核酸 结合区域的旁侧区域互补,和单链靶核酸形成稳定的双链,从而打开靶核酸形成的发夹结构, 有利于检测探针与靶核酸的结合。检测方法同实施例1,绝缘探针L,R的终浓度为100nM, 反应结果记录的是180秒(sec)的结果。其反应体系如下表:

(5)将588bp双链PCR产物送公司测序,确定具体突变位点,与探针检测结果相比较。

本发明检测结果如图9~10所示,突变型的结果均肉眼可见,按本发明方法检测的结果 与测序结果比较,结果完全一致。

序列表说明:SEQ ID No.1是结核分枝杆菌利福平耐药决定区的碱基序列,SEQ ID  No.2、SEQ ID No.3、SEQ ID No.4结核分枝杆菌利福平耐药检测的锚定探针,SEQ ID  No.5、SEQ ID No.6、SEQ ID No.7是竞争探针,SEQ ID No.8~14、SEQ ID No.15~25、SEQ ID  No.26~29是22个不同的突变检测探针,SEQ ID No.30~35是绝缘探针,SEQ ID No.36~39 分别是引物ropP1&ropP2以及ropTR8&ropTR9。

序列表

 

<110>  武汉大学

 

<120>  结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探针及其应用

 

<130> 

 

<160>  39   

 

<170>  PatentIn version 3.5

 

<210>  1

<211>  72

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  1

cagctgagcc aattcatgga ccagaacaac ccgctgtcgg ggttgaccca caagcgccga       60

 

ctgtcggcgc tg                                                           72

 

 

<210>  2

<211>  40

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  2

cccaaccagc gggttgttct ggtccatggg ttgggttggg                           40

 

<210>  3

<211>  31

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  3

ggtcaacccc gacagcgtgg gttgggttgg g                                    31

 

 

<210>  4

<211>  31

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  4

tcggcgcttg tgagtcatgg gttgggttgg g                                    31

 

 

<210>  5

<211>  25

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  5

caaccttgaa ttggctcagc tggct                                           25

 

 

<210>  6

<211>  25

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  6

ccaactgttg ttctggtcca tgaat                                            25

 

 

<210>  7

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  7

caacctcccc gacagcgggt tgtt                                             24

 

 

<210>  8

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  8

tgggtgaatt ggctcaggtg gct                                             23

 

 

<210>  9

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  9

tgggtgaatt ggctcaactg gct                                                23

 

 

<210>  10

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  10

tgggtgaatt ggctcggctg gct                                                23

 

 

<210>  11

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  11

tgggtgaatt ggctccgctg gct                                                23

 

 

<210>  12

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  12

tgggtgaatt tgctcagctg gct                                               23

 

 

<210>  13

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  13

tgggtgaatg ggctcagctg gct                                             23

 

 

<210>  14

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  14

tgggtgaatc ggctcagctg gct                                             23

 

 

<210>  15

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  15

tgggtgttgt tctggtccac gaat                                            24

 

 

<210>  16

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  16

tgggtgttgt tctggtcaat gaat                                            24

 

 

<210>  17

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  17

tgggtgttgt tctggttcat gaat                                            24

 

 

<210>  18

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  18

tgggtgttgt tctggtacat gaat                                           24

 

 

<210>  19

<211>  21

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  19

tgggtgttgt tctgggccat g                                             21

 

 

<210>  20

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  20

tgggtgttgt tctggcccat gaat                                           24

 

 

<210>  21

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  21

tgggtgttgt tctggaccat gaat                                           24

 

 

<210>  22

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  22

tgggtgttgt tccggtccat gaat                                           24

 

 

<210>  23

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  23

tgggtgttgt cctggtccat gaat                                           24

 

 

<210>  24

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  24

tgggtgttgc tctggtccac gaat                                           24

 

 

<210>  25

<211>  24

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  25

tgggtgttgt tctgtttcat gaat                                          24

 

<210>  26

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  26

tgggtccccg acagcggatt gtt                                          23

 

 

<210>  27

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  27

tgggtccccg acaacgggtt gtt                                         23

 

 

<210>  28

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  28

tgggtccccg ccagcgggtt gtt                                         23

 

 

<210>  29

<211>  23

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  29

tgggtcccca acagcgggtt gtt                                         23

 

 

<210>  30

<211>  27

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  30

tcggcgcttg tgggtcaacc ccgacag                                     27

 

<210>  31

<211>  25

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  31

cgtcgcggac ctccagcccg gcacg                                       25

 

 

<210>  32

<211>  25

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  32

tggctcagct ggctggtgcc gaaga                                        25

 

 

<210>  33

<211>  25

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  33

ccagcgccga cagtcggcgc ttgtg                                        25

 

 

<210>  34

<211>  25

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  34

ctggtccatg aattggctca gctgg                                             25

 

<210>  35

<211>  25

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  35

caccgccggg ccccagcgcc gacag                                              25

 

<210>  36

<211>  19

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  36

gagcggatga ccacccagg                                                    19

 

 

<210>  37

<211>  20

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  37

caggaaggga atcatcgcgg                                                   20

 

 

<210>  38

<211>  20

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  38

gtgcacgtcg cggacctcca                                                   20

 

 

<210>  39

<211>  18

<212>  DNA

<213>  人工序列

 

<400>  39

tcgccgcgat caaggagt                                                     18

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1、(10)授权公告号 CN 102628086 B (45)授权公告日 2014.06.18 CN 102628086 B (21)申请号 201210121883.2 (22)申请日 2012.04.24 C12Q 1/68(2006.01) C12Q 1/04(2006.01) C12N 15/11(2006.01) (73)专利权人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌珞珈山武汉 大学 (72)发明人 章晓联 周翔 邓明刚 冯烁 罗凤玲 孙小明 (74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务 所 ( 特殊普通合伙 ) 42222 代理人 薛玲 CN 101168767 A,200。

2、8.04.30, 说明书第 5-6 页实施例 1. (54) 发明名称 结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探 针及其应用 (57) 摘要 本发明公开了一种结核分枝杆菌利福平耐药 突变可视化检测探针及其应用。本发明针对利 福平耐药突变, 根据结核分枝杆菌利福平耐药的 rpoB基因突变核心区 510-524 位氨基酸分为 3 个 区, 根据每一区所包含的所有突变位点设计合成 3 个检测探针簇, 每个探针簇包含若干探针组, 每 个探针组含一种特定的突变检测探针 B, 此法设 计的各探针组和探针簇对合成的野生型和突变型 检测片段有良好的区分性, 并能准确检测利福平 耐药结核分枝杆菌rpoB基因510。

3、-524位氨基酸具 体的突变位点, 具有良好的应用前景。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 李妍 权利要求书 1 页 说明书 9 页 序列表 10 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书9页 序列表10页 附图4页 (10)授权公告号 CN 102628086 B CN 102628086 B 1/1 页 2 1. 结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探针, 其包括以下探针簇 : 探针簇 I, 包括 : 锚定探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.2 所示 ; 竞争探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.5 所示。

4、 ; 突变检测探针, 其选自 SEQ ID No.814 所示核苷酸序列中的一个或多个 ; 绝缘探针, 包括探针 L 和探针 R, 其核苷酸序列分别如 SEQ ID No.30 和 SEQ ID No.31 所示。 2. 根据权利要求 1 所述的可视化检测探针, 其还包括以下探针簇 : 探针簇 II, 包括 : 锚定探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.3 所示 ; 竞争探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.6 所示 ; 突变检测探针, 其选自 SEQ ID No.1525 所示核苷酸序列中的一个或多个 ; 绝缘探针, 包括探针 L 和探针 R, 其核苷酸序列分别如 SEQ ID 。

5、No.32 和 SEQ ID No.33 所示 ; 和 / 或探针簇 III, 包括 : 锚定探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.4 所示 ; 竞争探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.7 所示 ; 突变检测探针, 其选自 SEQ ID No.2629 所示核苷酸序列中的一个或多个 ; 绝缘探针, 包括探针 L 和探针 R, 其核苷酸序列分别如 SEQ ID No.34 和 SEQ ID No.35 所示。 3. 含有权利要求 1 或 2 所述可视化检测探针的试剂盒。 4. 权利要求 1 或 2 所述可视化检测探针在结核分枝杆菌利福平耐药突变检测中的应 用。 5. 一种可视化检测。

6、结核分枝杆菌利福平耐药突变的方法, 其包括如下步骤 : A、 PCR 扩增待测样品的靶核苷酸序列 ; B、 将权利要求 1 或 2 所述的探针与靶核苷酸互补配对, 并加入 Hemin, 通过 DNA 过氧化 物酶所催化的显色反应, 来判断是否存在结核分枝杆菌利福平耐药突变。 权 利 要 求 书 CN 102628086 B 2 1/9 页 3 结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探针及其应用 技术领域 0001 本发明属于病原生物学、 分子微生物学和核酸化学领域, 涉及一种新型的基因点 突变检测探针的设计方法和序列, 以及其在结核分枝杆菌利福平耐药突变检测中的应用, 这种方法可以直观快速并可视。

7、化的检测结核分枝杆菌利福平耐药突变。 背景技术 0002 由结核分枝杆菌引起的结核病 (Tuberculosis, 简称 TB) 是一种古老的疾病, 在很 早以前就在世界广泛传播, 20 世纪 50 年代以来, 异烟肼、 利福平等有效治疗结核药物的发 现, 大大提高了结核病治愈率, 并降低了结核病的复发率, 使结核病成为一种可治愈和控制 的疾病。在一些发达国家, 结核病已基本得到控制。然而近些年来, 由于一些国家对结核病 防治工作的忽视, 结核病的防治不能获得预期效果 ; 很多地方结核病化疗方案不合理, 管理 不善, 缺乏监控, 造成结核分枝杆菌耐药菌株, 特别是耐多药菌株的产生和传播, 加大。

8、结核 病治疗的难度, 加剧结核病疫情的恶化 ; 加上艾滋病的流行以及经济全球化造成的人口广 泛流动, 促使结核病卷土重来, 重新成为全球紧迫的公共卫生问题。到了 20 世纪 90 年代, 结核病疫情在世界的许多地方已经失控, 全球三分之一的人口感染结核分枝杆菌, 每年新 发结核病人约为 800 1000 万, 每年约有 300 万人死于结核病。中国结核病的疫情同样严 峻, 呈现患病率高、 死亡率高、 耐药率高、 年递减率低的 “三高一低” 的势态。 当前我国是全球 22个结核病高负担国之一, 结核病人总数仅少于印度, 是全世界患者第二多的国家。 面对这 样的形势, 科研工作者需要发展新的诊断技。

9、术和治疗药物, 解决结核病防治中的棘手问题。 0003 结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)也常简称为结核杆菌或结核菌, 是 结核病的致病菌。结核分枝杆菌耐药主要是由于基因组中药物靶基因随机突变造成的。目 前使用的一线抗结核药物主要包括利福平和异烟肼, 其中利福平在细菌中的靶蛋白为 RNA 聚合酶的 亚基, 利福平与 RNA 聚合酶的 亚基结合, 阻碍 mRNA 合成, 抑制转录过程, 阻 断细菌的蛋白质合成, 达到抑菌的作用。研究表明结核分枝杆菌利福平耐药通常由其 RNA 聚合酶 亚基编码基因 rpoB 突变所致, 这些突变大部分 (90以上 ) 位于一个 8。

10、1bp 的区 域, 称之为 RFP 耐药决定区 (Rifampicin Resistant Determination Region, RRDR)。 0004 目前耐药结核分枝杆菌检测的方法主要是培养法, 但结核分枝杆菌生长缓慢, 需 要 4 8 周才能给出结果, 而且阳性率不高, 仅为 30 40, 导致很多结核病人得不到及 时诊治。而基因突变和结核分枝杆菌耐药性之间具有相关性, 因此很多研究者发展各种突 变检测的方法, 通过检测相关的基因突变来检测结核菌耐药。目前研究者用于检测结核分 枝杆菌耐药突变的方法包括分子信标和反向探针杂交, 但这两种方法操作较复杂, 且需要 专门的仪器。 发明内容。

11、 0005 本发明的目的在于针对上述不足, 提供一种针对耐药结核分枝杆菌检测的可视化 检测探针, 用于结核病利福平耐药突变的可视化检测。 说 明 书 CN 102628086 B 3 2/9 页 4 0006 为实现上述目的, 本发明的技术方案如下 : 0007 将 rpoB 基因突变核心区 510-524 位氨基酸分为 3 个区, 根据每一区所包含的所有 突变类型设计相应的检测探针簇, 一共 3 个探针簇, 每个探针簇包括若干探针组, 探针组的 可视化检测探针包括 : 0008 锚定探针, 其 3 端含有 3 段 GGG 序列参与 G- 四链体形成, 或其 3 端含有 1 段 GGG 序列参。

12、与 G- 四链体形成 ; 0009 竞争探针, 其互补区与野生型靶序列完全互补 ; 0010 突变检测探针, 其互补区与相应的突变型靶序列完全互补, 其 5端具有 1 段 GGG 序列参与 G- 四链体形成, 或其 5端具有 3 段 GGG 序列参与 G- 四链体形成 ; 0011 所述锚定探针的互补区与靶序列上的与突变检测探针互补区段的下游互补, 所述 锚定探针与突变检测探针结合在相应的突变型靶序列上时, 两者之间能够形成 G- 四链体 ; 0012 在对靶序列 PCR 产物进行检测时, 为防止发夹结构影响探针与靶核酸的结合, 其 还包括一对绝缘探针, 所述绝缘探针分别结合在锚定探针结合区域。

13、的下游和突变检测探针 结合区域的上游。在反应体系中加入这两个探针能与探针 ( 锚定探针和突变检测探针 ) 在 靶核酸结合区域的旁侧区域互补, 和单链靶核酸形成稳定的双链, 从而打开靶核酸形成的 发夹结构, 有利于突变检测探针与靶核酸的结合。 0013 针对耐药结核分枝杆菌检测, 本发明选用结核分枝杆菌RNA聚合酶亚基编码基 因 rpoB 为目的基因, 主要集中于其利福平耐药决定区, 这段区域负责编码相当于大肠杆菌 RNA聚合酶亚基507位至533位, 共27个氨基酸(黄海荣, 金奇, 马玙, 陈曦, 李惠文, 庄玉 辉 . 中国耐利福平结核分枝杆菌 rpoB 基因突变特点 . 中华结核和呼吸杂。

14、志, 2001, 24(4) : 231 235)。 0014 具体地, 将 rpoB 基因突变核心区 510-524 位氨基酸分为 3 个区, 根据每一区所包 含的所有突变类型设计相应的检测探针簇, 一共 3 个探针簇, 每个探针簇包含一条共有的 锚定探针A, 一条共有的竞争探针SIB, 及根据突变类型设计的一系列突变检测探针B。 探针 簇包含若干探针组, 分别针对检测区域内相应的突变类型。 0015 本发明结核病利福平耐药突变可视化检测探针, 其包括以下探针簇中的至少一 种 : 0016 探针簇 I, 包括 : 0017 锚定探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.2 所示 ; 001。

15、8 竞争探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.5 所示 ; 0019 突变检测探针, 其选自 SEQ ID No.8 14 所示核苷酸序列中的一个或多个 ; 0020 绝缘探针, 包括探针 L 和探针 R, 其核苷酸序列分别如 SEQ ID No.30 和 SEQ ID No.31 所示 ; 0021 探针簇 II, 包括 : 0022 锚定探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.3 所示 ; 0023 竞争探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.6 所示 ; 0024 突变检测探针, 其选自 SEQ ID No.15 25 所示核苷酸序列中的一个或多个 ; 0025 绝缘探针,。

16、 包括探针 L 和探针 R, 其核苷酸序列分别如 SEQ ID No.32 和 SEQ ID No.33 所示 ; 说 明 书 CN 102628086 B 4 3/9 页 5 0026 探针簇 III, 包括 : 0027 锚定探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.4 所示 ; 0028 竞争探针, 其核苷酸序列如 SEQ ID No.7 所示 ; 0029 突变检测探针, 其选自 SEQ ID No.26 29 所示核苷酸序列中的一个或多个 ; 0030 绝缘探针, 包括探针 L 和探针 R, 其核苷酸序列分别如 SEQ ID No.34 和 SEQ ID No.35 所示。 003。

17、1 为方便使用, 本发明还包括含有所述上述可视化检测探针的试剂盒。 0032 上述可视化检测探针在结核分枝杆菌利福平耐药突变检测中的应用。 0033 本发明还提供一种可视化检测结核分枝杆菌利福平耐药突变的方法, 其包括如下 步骤 : 0034 A、 PCR 扩增待测样品的靶核苷酸序列 ; 0035 B、 将上述 A 的探针与靶核苷酸互补配对, 并加入 Hemin, 通过 DNA 过氧化物酶所催 化的显色反应, 来判断是否存在结核分枝杆菌利福平耐药突变。 0036 发明的优点和效果 : 0037 1、 可用于可视化结核分枝杆菌利福平多位点耐药突变检测, 包括 22 种突变类型 ; 探针簇及其包含。

18、的探针组均可很好的区分野生型序列和突变型序列, 所有的探针组对相应 突变型序列和野生型序列的区分度, 即探针对二者产生信号强度的比值, 均大于 15 倍 ; 而 探针簇对突变型序列和野生型序列的区分度均大于 10 倍 ; 所有结果均仅用肉眼观察即可 明确地区分突变型序列和野生型序列。 0038 2、 本发明设计的探针体系包括两个层次, 可满足不同检测需要, 探针簇可用于快 速筛查结核分枝杆菌 rpoB 基因的利福平耐药决定区是否存在突变 ; 而探针组则可用于检 测某种特定突变, 特别是那些与高度耐药相关的突变类型。 0039 3、 本发明设计的探针组和探针簇能够对临床样品来源的具有复杂二级结构。

19、的 PCR 产物检测表现出很好的区分度, 目前所得结果对突变型和野生型rpoB基因PCR产物的区分 度大于 7 倍。 附图说明 0040 图 1. 结核分枝杆菌 rpoB 基因利福平 (RFP) 耐药决定区突变位点 0041 结核分枝杆菌利福平耐药决定区, rpoB 基因 510-533 位氨基酸, 其中下划线表示 易突变的碱基。 0042 图 2.DNA 过氧化物酶的不对称拆分 - 组装 0043 将 DNA 过氧化物酶序列 d(GGGTAGGGCGGGTTGGG), 不对称地分为两个部分, 一部分 包含 3 段 GGG 序列, 另一部分只含有一段 GGG 序列, 这两段序列的 5 端或 3。

20、 端分别与靶核 酸相邻区域互补序列融合, 形成探针 A 和探针 B。有靶 DNA-C 存在时, 探针 A 和探针 B 与靶 核酸的相邻区域互补, 它们中DNA过氧化物酶形成序列相互靠近, 折叠为G-四链体结构, 与 Hemin结合后, 形成有活性的DNA过氧化物酶。 这样可通过DNA过氧化物酶所催化的显色反 应, 检测溶液中靶核酸 C 的存在。 0044 图 3. 第 1 探针簇对野生型序列和相应突变型序列的选择性 0045 第 1 探针簇对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性, 从照片上看, 说 明 书 CN 102628086 B 5 4/9 页 6 探针簇本身及野生型检测样品基本。

21、无色, 而各种突变型样品则是很明显的绿色(28)。 表 格为探针簇实验方案和结果, 探针簇对相应突变型序列的信号是对野生型信号的 10 倍以 上。 0046 图 4. 第 1 探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性 0047 第 1 探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性, 从照 片上各探针组对野生型序列基本无色, 而相应突变序列则是明显的绿色 (1b 7b)。表格 为各探针组实验方案和结果, 所有的探针组对相应突变型序列的信号是对野生型信号的 15 倍以上。 0048 图 5. 第 2 探针簇对野生型序列和相应突变型序列的选择性 0049 第 1 探针簇对野。

22、生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性, 从照片上看, 探针簇本身及野生型检测样品基本无色, 而各种突变型样品则是很明显的绿色 (2 12)。 表格为探针簇实验方案和结果, 探针簇对相应突变型序列的信号是对野生型信号的 10 倍 以上。 0050 图 6. 第 2 探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性 0051 第 2 探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性, 从照 片上各探针组对野生型序列基本无色, 而相应突变序列则是明显的绿色 (1b 11b)。表格 为各探针组实验方案和结果, 所有的探针组对相应突变型序列的信号是对野生型信号的 15 倍以上。 00。

23、52 图 7. 第 3 探针簇对野生型序列和相应突变型序列的选择性 0053 第 3 探针簇对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性, 从照片上看, 探针簇本身及野生型检测样品基本无色, 而各种突变型样品则是很明显的绿色(25)。 表 格为探针簇实验方案和结果, 探针簇对相应突变型序列的信号是对野生型信号的 10 倍以 上。 0054 图 8. 第 3 探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性 0055 第 3 探针簇各探针组对野生型序列和相应突变型序列都表现出好的选择性, 从照 片上各探针组对野生型序列基本无色, 而相应突变序列则是明显的绿色 (1b 4b)。表格 为各探针组。

24、实验方案和结果, 所有的探针组对相应突变型序列的信号是对野生型信号的 15 倍以上。 0056 图 9. 第 1 探针簇对突变型菌株 Gln513Lys 的检测 0057 第1探针簇对利福平耐药结核分枝杆菌ropB基因突变情况的检测, 探针簇对野生 型菌株PCR产物及对照基本无色, 而突变型菌株PCR产物则呈现明显的绿色(d)。 探针簇对 突变型菌株产物信号是对野生型信号的 7 倍以上。检测结果耐药结核分枝杆菌在 510-513 位氨基酸区域有突变, 与测序结果相符。 0058 图 10. 第 1 探针簇第 5 探针组对突变型菌株 Gln513Lys 的检测 0059 第 1 探针簇第 5 探。

25、针组对利福平耐药结核分枝杆菌 ropB 基因突变情况的检测, 探 针组对野生型菌株 PCR 产物及对照基本无色, 而突变型菌株产物则呈现明显的绿色 (d), 探 针组对突变型菌株产物信号是对野生型信号的 7 倍以上。检测结果耐药结核分枝杆菌为 513 位氨基酸突变, CAA 突变为 AAA, 与测序结果相符。 说 明 书 CN 102628086 B 6 5/9 页 7 具体实施方式 0060 以下实施例用于进一步说明本发明, 但不应理解为对本发明的限制。若无特别说 明, 本发明中所涉及到的实验均为本领域技术人员所熟知常规操作。 0061 实施例 1 0062 1.DNA 过氧化物酶突变检测探。

26、针体系的设计 0063 (1)rpoB 基因突变核心区序列如图 1 所示 0064 本发明包含 510 位到 524 位氨基酸的 22 种突变类型 ( 图 1 中下划线标记 ), 具体 突变及相应的检测探针如下表 : 0065 探针簇 突变位点 突变类型 对应检测探针 1 510 G C B510-3G 1 511 C T B511-1A 1 511 T C B511-2G 1 511 T G B511-2C 1 513 C A B513-1T 1 513 A C B513-2G 1 513 A G B513-2C 2 515 A G B515-1C 2 515 G T B515-3A 2 5。

27、16 G A B516-1T 2 516 G T B516-1A 2 516 A C B516-2G 2 516 A G B516-2C 2 516 A T B516-2A 2 517 A G B517-2C 2 518 A G B518-1C 2 515, 518 A G, A G B515-1C-518-2C 说 明 书 CN 102628086 B 7 6/9 页 8 2 516 G A, C A B516-1T3T 3 519 C T B519-3A 3 521 C T B521-1A 3 522 T G B522-1C 3 522 C T B522-2A 0066 (2) 将 rpo。

28、B 基因突变核心区分为 3 个区, 根据每一区所包含的所有突变类型设计 相应的检测探针簇, 一共 3 个探针簇, 每个探针簇包括三个部分 : 一条共有的锚定探针 A, 其 3 端含有 3 段 GGG 序列参与 G- 四链体形成 ; 一条共有的竞争探针 SIB, 其互补区与野生型 靶目标完全互补 ; 根据突变类型设计的一系列突变检测探针 B, 每条探针 B 的互补区与相应 突变型的靶目标完全互补, 其 5端具有一段 GGG 序列参与 G- 四链体形成。C 为待检测基 因片段。 0067 (4) 所需达到的检测目标 : 探针簇和各探针组均能很好的区分野生型和相应的突 变型 DNA 序列。 0068。

29、 根据以上原则设计的探针簇和探针组如下 : 0069 第 1 探针簇 : 0070 第 1 探针组 : A, SIB, B510-3G(TGGGTGAATTGGCTCAGGTGGCT) 0071 第 2 探针组 : A, SIB, B511-1A(TGGGTGAATTGGCTCAACTGGCT) 0072 第 3 探针组 : A, SIB, B511-2G(TGGGTGAATTGGCTCGGCTGGCT) 0073 第 4 探针组 : A, SIB, B511-2C(TGGGTGAATTGGCTCCGCTGGCT) 0074 第 5 探针组 : A, SIB, B513-1T(TGGGTGAA。

30、TTTGCTCAGCTGGCT) 0075 第 6 探针组 : A, SIB, B513-2G(TGGGTGAATGGGCTCAGCTGGCT) 0076 第 7 探针组 : A, SIB, B513-2C(TGGGTGAATCGGCTCAGCTGGCT) 0077 共有锚定探针 A : CCCAACCAGCGGGTTGTTCTGGTCCATGGGTTGGGTTGGG 0078 共有竞争探针 SIB : CAACCTTGAATTGGCTCAGCTGGCT 0079 第 2 探针簇 : 0080 第 1 探针组 : A, SIB, B515-1C(TGGGTGTTGTTCTGGTCCACGAAT。

31、) 0081 第 2 探针组 : A, SIB, B515-3A(TGGGTGTTGTTCTGGTCAATGAAT) 0082 第 3 探针组 : A, SIB, B516-1T(TGGGTGTTGTTCTGGTTCATGAAT) 0083 第 4 探针组 : A, SIB, B516-1A(TGGGTGTTGTTCTGGTACATGAAT) 0084 第 5 探针组 : A, SIB, B516-2G(TGGGTGTTGTTCTGGGCCATG) 0085 第 6 探针组 : A, SIB, B516-2C(TGGGTGTTGTTCTGGCCCATGAAT) 0086 第 7 探针组 : A。

32、, SIB, B516-2A(TGGGTGTTGTTCTGGACCATGAAT) 0087 第 8 探针组 : A, SIB, B517-2C(TGGGTGTTGTTCCGGTCCATGAAT) 0088 第 9 探针组 : A, SIB, B518-1C(TGGGTGTTGTCCTGGTCCATGAAT) 0089 第 10 探针组 : A, SIB, B515-1C-518-2C(TGGGTGTTGCTCTGGTCCACGAAT) 0090 第 11 探针组 : A, SIB, B516-1T3T(TGGGTGTTGTTCTGTTTCATGAAT) 说 明 书 CN 102628086 B。

33、 8 7/9 页 9 0091 共有锚定探针 A : GGTCAACCCCGACAGCGTGGGTTGGGTTGGG 0092 共有竞争探针 SIB : CCAACTGTTGTTCTGGTCCATGAAT 0093 第 3 探针簇 : 0094 第 1 探针组 : A, SIB, B519-3A(TGGGTCCCCGACAGCGGATTGTT) 0095 第 2 探针组 : A, SIB, B521-1A(TGGGTCCCCGACAACGGGTTGTT) 0096 第 3 探针组 : A, SIB, B522-1C(TGGGTCCCCGCCAGCGGGTTGTT) 0097 第 4 探针组 :。

34、 A, SIB, B522-2A(TGGGTCCCCAACAGCGGGTTGTT) 0098 共有锚定探针 A : TCGGCGCTTGTGAGTCATGGGTTGGGTTGGG 0099 共有竞争探针 SIB : CAACCTCCCCGACAGCGGGTTGTT 0100 突变检测探针 B 和锚定探针 A 与靶序列的方向是相反的, 它们结合在 533 位氨基 酸的下游位置, 与靶序列是完全互补的。 0101 探针簇包括锚定探针 A, 竞争探针 SIB 及几种突变检测探针 B, 即将上述几组探针 混到一起构成探针簇。 0102 另外在检测 PCR 产物时, 各探针组和探针簇中还包括帮助打开 P。

35、CR 产物复杂二级 结构的绝缘探针 L 和 R。其序列如下 : 0103 I-L : TCGGCGCTTGTGGGTCAACCCCGACAG 0104 I-R : CGTCGCGGACCTCCAGCCCGGCACG 0105 II-L : TGGCTCAGCTGGCTGGTGCCGAAGA 0106 II-R : CCAGCGCCGACAGTCGGCGCTTGTG 0107 III-L : CTGGTCCATGAATTGGCTCAGCTGG 0108 III-R : CACCGCCGGGCCCCAGCGCCGACAG 0109 2、 验证探针簇和各探针组对野生型序列和相应突变型序列的选择性 0。

36、110 (1) 寡核苷酸定量 0111 根据各寡核苷酸 ( 探针 A, B, SIB, 待测片段 C) 样品管上所标注的纳摩尔数加入 10 倍微升数的超纯水 ( 电阻率为 1018), 充分溶解。取 10L 寡核苷酸母液加入 990l 双 蒸水中, 即稀释100倍, 用于寡核苷酸定量, 定量溶液95加热5分钟, 取出迅速置于冰上冷 却, 混匀后离心, 破坏高浓度寡核苷酸母液中可能存在的二级结构, 保证寡核苷酸为单链状 态。测定寡核苷酸定量溶液在 260nm 处的紫外吸收值, 根据各寡核苷酸的毫摩尔吸光系数, 得到母液浓度, 根据需要将各寡核苷酸母液稀释成 100M 或 50M, -20保存。 。

37、0112 (2) 检测样品的动力学测试 0113 DNA 过氧化物酶催化 H2O2氧化 ABTS2-所生成的 ABTS.- 在 414nm 处有最大吸收, 本发明通过监测检测体系在 414nm 的吸收来判断检测体系的过氧化物酶活性, 进而推断靶 核酸存在与否或相关突变的类型。DNA 过氧化物酶反应在缓冲液 : 25mM HEPES-NH4OH(pH 8.0)、 200mM NaCl、 20mM KCl 中进行, 反应底物 H2O2和 ABTS2-的浓度均为 2mM。每个样品含 有指定浓度的各种寡核苷酸和 50nM Hemin。 0114 具体步骤, 每个 1.5mL 离心管中加入约 760L 。

38、超纯水、 100L10 混合盐溶液 (2MNaCl200mM KCl)、 100L10H-Buffer(250mM HEPES-NH4OH(pH 8.0) 及指定浓度的 各种寡核苷酸 ( 探针 A、 B 在检测体系中的终浓度为 100nM, SIB 为 300nM, 人工合成 C 片段 的终浓度为 100nM)( 见图 3 5 中的表格, 图 3 表格中 “C510-3C” 表示 ropB 氨基酸第 510 说 明 书 CN 102628086 B 9 8/9 页 10 位的密码子的第 3 个碱基突变为 C 的待检片段, 其他的待检片段也采取类似的表示方式, Bmix表示7种突变检测探针B的混。

39、合物, 其他图也采用类似的表述方式) ; 样品混和均匀后 离心, 95加热 5 分钟, 取出冷却至室温 ; 每个样品中加入 1L 50M Hemin 溶液, Hemin 终浓度为 50nM, 混匀后离心, 室温放置 1 小时或 4放置 3 小时。 0115 检测反应在室温下进行, 用Shimadzu UV-2550型分光光度计的动力学模式监测反 应的动力学过程。414nm 为监测波长, 1 秒记录 1 次数据, 记录 3 分钟。反应前, 每个样品中 加入40L 50mM ABTS溶液, 混匀, 取500L样品于参比池, 再取1L 1M H2O2粘附在样品 池内壁, 将剩下的500L样品沿粘附有。

40、H2O2的样品池内壁注入, 关闭样品仓门, 点击 “开始” 按钮, 开始记录数据。 0116 3. 利用探针组和探针簇对临床分离的利福平耐药结核分枝杆菌 rpoB 基因核心区 域突变情况进行检测 0117 (1) 提取野生型和耐药结核分枝杆菌基因组 DNA, 使用天根公司细菌基因组提取 试剂盒 ( 目录号 : DP302) 步骤如下 : 0118 取细菌培养液 5 毫升, 12000rpm 离心 1 分钟, 尽量弃尽上清。加入 180l 溶菌酶 缓冲液重悬菌体 ( 缓冲液配方 : 20mM TrisHCl, pH 8.0 ; 2mM Na2-EDTA ; 1.2 Triton, 20mg/ml。

41、溶菌酶), 37水浴2小时, 加入4l RNaseA(100mg/ml), 混匀, 常温10分钟, 加入 20l 蛋白酶 K 溶液, 55水浴 40 分钟, 加入 220l 缓冲液 GB, 振荡 15 秒, 70水浴 10 分 钟, 12000rpm 离心 1 分钟, 取上清转移到新的 EP 管。加入 220l 无水乙醇, 将混合物全部 转入离心柱 CB3, 12000rpm 离心 1 分钟, 弃废液, 向 CB3 中加入 500l 缓冲液 GD, 12000rpm 离心 1 分钟, 弃废液, 向 CB3 中加入 700l 缓冲液 PW, 12000rpm 离心 1 分钟, 弃废液, 向 CB。

42、3 中加入 500l 缓冲液 PW, 12000rpm 离心 1 分钟, 弃废液。空离心柱 12000rpm 离心 2 分钟, 之后室温静置 3 分钟, 将吸附柱 CB3 转入一个干净的离心管, 向吸附膜中间加入 100l 双 蒸水, 静置 2 分钟, 12000rpm 离心 1 分钟, 再次向吸附膜中间加入 100l 双蒸水, 静置 2 分 钟, 12000rpm 离心 1 分钟。离心管中即为细菌基因组 DNA。 0119 (2) 针对 rpoB 基因设计引物, PCR 得到 588bp 的双链片段 PCR 反应体系如下 : 0120 0121 945min, 941min, 551min,。

43、 721min, 30cycles, 725min。 引物序列如下 : 0122 ropP1 : GAGCGGATGACCACCCAGG 0123 ropP2 : CAGGAAGGGAATCATCGCGG 0124 (3) 以 588bp 双链为模板, PCR 得到 158bp 单链片段 0125 说 明 书 CN 102628086 B 10 9/9 页 11 0126 0127 945min, 941min, 521min, 721min, 40cycles, 725min。 引物序列如下 : 0128 ropTR8 : GTGCACGTCGCGGACCTCCA 0129 ropTR9 :。

44、 TCGCCGCGATCAAGGAGT 0130 (4)用上述显色方法对野生型和耐药结核分枝杆菌rpoB基因单链PCR产物进行检 测 0131 在对利福平耐药结核分枝杆菌 PCR 产物进行检测时, 为防止发夹结构影响探针 A, B 与靶核酸的结合, 特加入绝缘探针 L, R, 在反应体系中加入这两个探针能与探针 A, B 在靶 核酸结合区域的旁侧区域互补, 和单链靶核酸形成稳定的双链, 从而打开靶核酸形成的发 夹结构, 有利于检测探针与靶核酸的结合。检测方法同实施例 1, 绝缘探针 L, R 的终浓度为 100nM, 反应结果记录的是 180 秒 (sec) 的结果。其反应体系如下表 : 01。

45、32 0133 (5) 将 588bp 双链 PCR 产物送公司测序, 确定具体突变位点, 与探针检测结果相比 较。 0134 本发明检测结果如图 9 10 所示, 突变型的结果均肉眼可见, 按本发明方法检测 的结果与测序结果比较, 结果完全一致。 0135 序列表说明 : SEQ ID No.1是结核分枝杆菌利福平耐药决定区的碱基序列, SEQ ID No.2、 SEQ ID No.3、 SEQ ID No.4 结核分枝杆菌利福平耐药检测的锚定探针, SEQ ID No.5、 SEQ ID No.6、 SEQ ID No.7 是竞争探针, SEQ ID No.8 14、 SEQ ID No.。

46、15 25、 SEQ ID No.2629是22个不同的突变检测探针, SEQ ID No.3035是绝缘探针, SEQ ID No.36 39 分别是引物 ropP1&ropP2 以及 ropTR8&ropTR9。 说 明 书 CN 102628086 B 11 1/10 页 12 序列表 武汉大学 结核分枝杆菌利福平耐药突变可视化检测探针及其应用 39 PatentIn version 3.5 1 72 DNA 人工序列 1 cagctgagcc aattcatgga ccagaacaac ccgctgtcgg ggttgaccca caagcgccga 60 ctgtcggcgc tg 。

47、72 2 40 DNA 人工序列 2 cccaaccagc gggttgttct ggtccatggg ttgggttggg 40 3 31 DNA 人工序列 3 ggtcaacccc gacagcgtgg gttgggttgg g 31 序 列 表 CN 102628086 B 12 2/10 页 13 4 31 DNA 人工序列 4 tcggcgcttg tgagtcatgg gttgggttgg g 31 5 25 DNA 人工序列 5 caaccttgaa ttggctcagc tggct 25 6 25 DNA 人工序列 6 ccaactgttg ttctggtcca tgaat 2。

48、5 7 24 DNA 人工序列 7 caacctcccc gacagcgggt tgtt 24 8 序 列 表 CN 102628086 B 13 3/10 页 14 23 DNA 人工序列 8 tgggtgaatt ggctcaggtg gct 23 9 23 DNA 人工序列 9 tgggtgaatt ggctcaactg gct 23 10 23 DNA 人工序列 10 tgggtgaatt ggctcggctg gct 23 11 23 DNA 人工序列 11 tgggtgaatt ggctccgctg gct 23 12 23 DNA 人工序列 序 列 表 CN 102628086 B 14 4/10 页 15 12 tgggtgaatt tgctcagctg gct 23 13 23 DNA 人工序列 13 tgggtgaatg ggctcagctg gct 23 14 23 DNA 人工序列 14 tgggt。

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