Способ выявления генома возбудителя коронавирусной инфекции у крупного рогатого скота
METHOD FOR GENOME DETECTION OF CORONAVIRUS INFECTION CAUSATIVE AGENT IN CATTLE

Изобретение относится к ветеринарной вирусологии, а именно к средствам диагностики коронавирусной инфекции у животных, как в практике ветеринарной службы, так и для научных исследований.
Известно техническое решение, в котором коронавирусную инфекцию определяют методом ПЦР с детекцией в режиме реального времени (патент РФ №2504585, C12Q 1/68, 2014 г.), включающий выделение РНК из биологического материала, синтез кДНК на матрице РНК путем постановки реакции обратной транскрипции и полимеразной цепной реакции - с проведением циклов амплификации с детекцией в реальном времени с использованием специфичных для участка генома вирусного возбудителя олигонуклеотидных праймеров флуоресцентно-меченного зонда и контрольных образцов, измерение накопления флуоресцентного сигнала по каналам соответствующих флуоресцентных красителей и интерпретацию результатов на основании наличия/отсутствия пересечения кривой флуоресценции с пороговой линией.
Также известен способ выявления коронавирусных инфекций методом мультиплексной ПЦР с детекцией в режиме реального времени (патент РФ №2460803, C12Q 1/68, 2014 г. - прототип), включающий выделение РНК из биологического материала по выбору: мазки из носа, горла, носоглотки, носоглоточные аспираты, назальные смывы, мокроту, бронхоальвеолярный лаваж, секционный материал, образцы культуральной жидкости от инфицированных особей сорбционным методом, синтез кДНК на матрице РНК путем постановки одноэтапной с добавлением внутреннего положительного контроля мультиплексной реакции обратной транскрипции и полимеразной цепной реакции - с проведением 45 циклов амплификации с детекцией в реальном времени с использованием специфичных для участка генома вирусного возбудителя олигонуклеотидных праймеров флуоресцентно-меченного зонда и контрольных образцов, измерение накопления флуоресцентного сигнала по каналам соответствующих флуоресцентных красителей и интерпретацию результатов на основании наличия/отсутствия пересечения кривой флуоресценции с пороговой линией Threshold.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности получения достоверной диагностики короновирусной инфекции КРС.
Техническим результатом является получение достоверной диагностики коронавирусной инфекции КРС с помощью ОТ - ПЦР в реальном времени.
3
Технический результат достигается тем, что в способе выявления генома возбудителя коронавирусной инфекции у крупного рогатого скота, включающем выделение РНК из биологического материала по выбору: мазки из носа, горла, носоглотки, носоглоточные аспираты, назальные смывы, мокроту, бронхоальвеолярный лаваж, секционный материал, образцы культуральной жидкости сорбционным методом, синтез кДНК на матрице РНК путем постановки одноэтапной с добавлением внутреннего и положительного контрольных образцов мультиплексной реакции обратной транскрипции и полимеразной цепной реакции - с проведением 45 циклов амплификации с детекцией в реальном времени с использованием специфичных для участка генома вирусного возбудителя олигонуклеотидных праймеров флуоресцентно-меченного зонда и контрольных образцов, измерение накопления флуоресцентного сигнала по каналам соответствующих флуоресцентных красителей и интерпретацию результатов на основании наличия/отсутствия пересечения кривой флуоресценции с пороговой линией Threshold, согласно изобретению для выделения РНК используют дополнительный биологический материал в виде экстракта фекалий или фрагментов органов брюшной полости, взятый от животных инфицированных возбудителем коронавирусной инфекции, а для внутреннего контрольного образца - суспензию бактериофага MS2 с концентрацией 5×10, и для положительного контрольного образца используют смесь рекомбинантных плазмидных ДНК, содержащих фрагмент генома возбудителя коронавирусной инфекции и фрагмент генома бактериофага MS2, взятых в соотношении 1:1, со следующими нуклеотидными последовательностями:
BCoVF 5'-GATCAAATTGCTAGT-3' - прямой праймер
BCoVR 5'-CAGTCTGCTTAGTTA-3' - обратный праймер
BCoVP 5'-FAM-GGATGCCACTAAGCCA-3' - BHQ1 - зонд
MS2F, 5'-TGGCACTACCCCTCTCCGTATTCAC-3' - прямой праймер
MS2R, 5'-GTACGGGCGACCCCACGATGAC-3' - обратный праймер
MS2P, Су5 5'-CACATCGATAGATCAAGGTGCCTACAAGC-3' - зонд, при этом накопление флуоресцентного сигнала измеряют по каналам: FAM/Green для специфического сигнала; Су5/Red для сигнала внутреннего контроля, если кривые накопления флуоресцентного сигнала выходят до 35 цикла, то результат реакции считают положительным, а если кривые не пересекают пороговую линию или пересекают ее после 35 цикла, то результат реакции -отрицательный.
Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что для получения достоверной диагностики коронавирусной инфекции животных используют две последовательные реакции: обратной транскрипции вирусной РНК для получения кДНК и полимеразной цепной реакции для амплификации фрагмента полученной кДНК матрицы. Обе реакции проводятся последовательно в одной ПЦР-пробирке (one-tube) с использованием специфичных для участка генома коронавируса олигонуклеотидных праймеров флуоресцентно-меченного зонда и разных видов контроля для которых используют различные формы материала бактериофага MS2: суспензия и фрагмент генома со специфическими к нему праймерами и зондом. Такая постановка ОТ-ПЦР в реальном времени сокращает и упрощает процедуру анализа, снижает риск контаминации и возможность ошибки при переносе кДНК в другую пробирку для ПЦР. Кроме того, детекция продуктов амплификации осуществляется с использованием принципа выщепления флуоресцентной метки на 5' конце олигонуклеотидного зонда.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ рекомендовано использовать в ветеринарной вирусологии, а именно к средствам диагностики коронавирусной инфекции у животных что соответствует критерию «промышленная применимость».
Способ выявления генома возбудителя коронавирусной инфекции у крупного рогатого скота осуществляется следующим образом.
3
Для исследования респираторной коронавирусной инфекции используют мазки из носа, горла, носоглотки, носоглоточные аспираты, назальные смывы, мокроту, бронхоальвеолярный лаваж, секционный материал, образцы культуральной жидкости. Для исследования на коронавирусный энтерит и носительство коронавирусов используют предварительно выделяют РНК из экстракта фекалий или фрагментов органов от инфицированных животных сорбционным методом. Проводят синтез кДНК на матрице РНК путем постановки одноэтапной мультиплексной реакции обратной транскрипции с использованием внутреннего контрольного образца - суспензию бактериофага MS2 с концентрацией 5×10/мл и положительного контрольного образца в качестве, которого используют смесь рекомбинантных плазмидных ДНК, содержащих фрагмент генома коронавируса BCoV и фрагмент генома бактериофага MS2, взятых в соотношении 1:1, со следующими нуклеитидными последовательностями:
BCoVF 5'-GATCAAATTGCTAGT-3' - прямой праймер
BCoVR 5'-CAGTCTGCTTAGTTA-3' - обратный праймер
BCoVP 5'-FAM-GGATGCCACTAAGCCA-3' - BHQ1 - зонд
MS2F, 5'-TGGCACTACCCCTCTCCGTATTCAC-3' - прямой праймер
MS2R, 5'-GTACGGGCGACCCCACGATGAC-3' - обратный праймер
MS2P, Су5 5'-CACATCGATAGATCAAGGTGCCTACAAGC-3' - зонд
и полимеразной цепной реакции - с проведением 40 циклов амплификации с детекцией в реальном времени с использованием специфичных для участка генома возбудителя коронавирусной инфекции олигонуклеотидных праймеров и флуоресцентно-меченного зонда.
Затем измеряют накопление флуоресцентного сигнала по каналам: FAM/Green для специфического сигнала; Су5/Red для сигнала внутреннего контроля и интерпретируют результаты на основании наличия/отсутствия пересечения кривой флуоресценции с пороговой линией (Threshold). Если кривые накопления флуоресцентного сигнала выходят до 35 цикла, то результат реакции считается положительным, а если кривые не пересекают пороговую линию или пересекают ее после 35 цикла, то результат реакции -отрицательный.
Использование следующих олигонуклеотидных праймеров BCoVF, и BCoVR флуоресцентно-меченного зонда BCoVP обеспечивает специфическое выявление РНК коронавируса у животных.
Использование для разных видов контроля различные формы материала бактериофага MS2: суспензии и фрагмента генома со специфическими к нему праймерами и зондом обусловлено тем, что это позволяет контролировать корректное прохождение реакции в каждой пробирки, а также контролируется этап выделения РНК из образцов.
Выбор последовательности и расчет первичной структуры олигонуклеотидных праймеров и зондов.
Проведен сравнительный анализ доступных в базе данных GenBank нуклеотидных последовательностей N гена BCoV, кодирующего один из пяти главных структурных белков вириона (nucleocapsid protein (N) gene) коронавирусов, входящих в семейство Coronaviridae. Как и другие представители этого семейства, коронавирусы представлены однонитевой нефрагментированной РНК позитивной полярности, размером порядка 26-30 тысяч оснований. N белок является фосфопротеином с молекулярным весом 50-60 кДа, который взаимодействуя с геномной РНК образует вирусный нуклеокапсид и играет определенную роль в репликации вирусной РНК.
С помощью программы "BioEdit 7.0" выравнены нуклеотидные последовательности N гена BCoV - представителей родов коронавирусов (альфа, бета и гамма подсемейств) нуклеотидной последовательностью гена N генома коронавируса изолята BCoV/FRA/EPI/Caen/2004/14 (Bovine corona-virus isolate BCoV/FRA/EPI/Caen/2004/14 nucleocapsid protein (N) gene, complete cds. (код доступа KT318096). В результате анализа построенного элайнмента внутри гена капсидного белка N выбран участок между 700 и 800 нуклеотидами, содержащий уникальные нуклеотидные последовательности.
С помощью программы "Oligo 6.0" рассчитаны первичные структуры олигонуклеотидных праймеров, фланкирующих выбранный участок генома. Для детекции продуктов амплификации подобран олигонуклеотидный флуоресцентно-меченный зонд BCoVP, комплементарный участку нуклеотидной последовательности, ограниченной позициями отжига праймеров BCoVF, и BCoVR. Используя программу "Oligo 6.0" описаны основные свойства рассчитанных олигонуклеотидов, определившие возможность их использования в ПЦР.
С помощью программы "Oligo 6.0" проанализирована нуклеотидная последовательность бактериофага MS2 (Enterobacteria phage MS2 isolate ST4, complete genome. ACCESSION EF204940). Бактериофаг MS2 содержит однонитевую позитивно ориентрованную РНК размером 3569 оснований. В результате анализа внутри гена белка 'созревания' (maturation protein) выбран участок между 200 и 350 нуклеотидами, содержащий уникальные нуклеотидные последовательности, рассчитаны первичные структуры олигонуклеотидных праймеров, фланкирующих выбранный участок генома. Для детекции продуктов амплификации подобран олигонуклеотидный флуоресцентно-меченный зонд MS2P, комплементарный участку нуклеотидной последовательности, ограниченной позициями отжига праймеров MS2F и MS2R. Используя программу "Oligo 6.0" описаны основные свойства рассчитанных олигонуклеотидов, определившие возможность их использования в ПЦР.
Пример конкретного осуществления способа выявления генома возбудителя коронавирусной инфекции у животных
Для исследования используют следующий материал:
Для исследования на коронавирусный энтерит и носительство коронавирусов используют:
- фекалии, которые берут весом 5 г. в стерильный пластиковый контейнер;
3
- из тканей кишечника вырезают кусочки размером 1 см и помещают в стерильный контейнер. Далее обрабатывают исследуемый материал.
Пробы тканей кишечника с содержимым (до 1 г) гомогенизируют с использованием стерильных фарфоровых ступок и пестиков, затем готовят 10% суспензию на стерильном физиологическом растворе. Суспензию переносят в пробирку объемом 1,5 мл и центрифугируют при 9000 об/мин в течение 1 мин. Аликвоту надосадочной жидкости (0,1 мл) используют для экстракции РЖ. Из фекалий (1-5 г) готовят 10% суспензию на стерильном физиологическом растворе. Взвесь фекалий декантируют в течение 5-10 минут. Отбирают 1 мл надосадочной жидкости и переносят в чистую пробирку 1,5 мл, центрифугируют при 5000 об/мин на центрифуге «MiniSpin», Eppendorf, в течение 5 мин. Экстракцию РНК из осветленного экстракта фекалий проводят по возможности, сразу. При необходимости хранения замораживают.
Для исследования респираторной коронавирусной инфекции используют по выбору: мазки из носа, горла, носоглотки, носоглоточные аспираты, назальные смывы, мокроту, бронхоальвеолярный лаваж, секционный материал, образцы культуральной жидкости.
• Выделения из носоглотки и трахеи, мазки со слизистой носовой полости, снимают с помощью стерильного зонда, зонд помещают в пластиковую микропробирку объемом 1,5 мл с 0,5 мл стерильного физиологического раствора/фосфатного буфера/транспортной среды.
• Фарингеальные смывы помещают в стерильный контейнер. Смывы, мазки берут на исследование без предварительной подготовки.
Вязкую по консистенции мокроту обрабатывают реагентами типа муколизин, с целью снижения вязкости.
Анализ проводят с помощью набора реагентов «ПЦР-КОРОНОВИРУС-ФАКТОР» http://www.vetfaktor.ru/ (см. таблицу 1 и 2), который состоит из трех этапов: http://www.vetfaktor.ru/ экстракция НК;
• проведение ОТ-ПЦР РВ с флуоресцентной детекцией в режиме реального времени;
• учет результатов анализа.
Реакцию ОТ-ПЦР РВ проводят в одной пробирке.
Подготовка образцов к проведению ПЦР
Общий объем реакционной смеси - 25 мкл, объем РНК-пробы - 10 мкл. Успешное прохождение реакции контролируют использованием ПКО BCoV, ВКО BCoV и РНК буфера.
Буфер для проведения ОТ-ПЦР, ПЦР буфер BCoV; состав: 2,5х ПЦР-буфер (хлорид калия, 100 мМ, Трис-HCl, рН 8,8 100 мМ, глицерол 1%, Tween-20 0.02%); хлорид магния, 5 мМ; деионизированная вода.
Смесь для проведения ПЦР, ПЦР-смесь BCoV состав: эквимолярная смесь дезоксинуклеозидтрифосфатов (дНТФ) в концентрации 0,25 мМ; деионизированная вода, смесь праймеров и флуоресцентного зонда на корона-вирус (прямой и обратный праймеры BCoV F и BCoVR в концентрации 0,2 мкМ, зонд BCoVP-FAM в концентрации 0,1 мкМ, взятых в соотношении 1:1:0,5), смесь праймеров и флуоресцентного зонда на ПКО (прямой и обратный праймеры MS2F и MS2R в концентрации 0,2 мкМ, зонд MS2P-Су5 в концентрации 0,1 мкМ, взятых в соотношении 1:1:0,5).
Смесь ферментов, RT PCR ENZ, состав: ДНК полимераза с антителами, ингибирующими активность фермента, TAQ POLYMERASE (5 ед/мкл), обратная транскриптаза MMLV REVERSE TRANSCRIPTASE (100 ед/мкл).
Буфер для разведения РНК, РНК буфер, состав: деионизованная вода.
3
Внутренний контрольный образец, ВКО BCoV; состав: суспензия бактериофага MS2 (5×10/мл)
- Отрицательный контрольный образец, ОКО (ТЕ буфер); состав: ТЕ буфер (10 мМ Tris-HCl, 0,5 мМ EDTA, рН 8,0)
- Положительный контрольный образец, ПКО BCoV; состав: смесь рекомбинантных плазмидных ДНК, содержащих фрагмент генома вируса BCoV и фрагмент генома бактериофага MS2, взяты в соотношении 1:1.
В отдельной пробирке смешивают компоненты набора из расчета на каждую реакцию:
10 мкл ПЦР БУФЕР BCoV
5 мкл ПЦР СМЕСЬ BCoV
0,75 мкл RT PCR ENZ.
Отбирают необходимое количество пробирок для амплификации НК исследуемых и контрольных проб. В них вносят по 15 мкл приготовленной реакционной смеси.
Используя наконечники с фильтром в подготовленные пробирки внести:
а) в пробирку отрицательного контроля ПЦР (К-) 10 мкл РНК буфера;
б) в ряд пробирок для исследуемых проб - в каждую внести по 10 мкл НК соответствующей пробы, включая пробу ВК-);
в) в пробирку с положительным контролем ПЦР (К+) 10 мкл ПКО BCoV.
Проведение реакции ПЦР РВ с флуоресцентной детекцией
Параметры температурно-временного режима амплификации на приборах «Rotor-Gene Q», «ДТ-96» и «CFX96» указаны в таблице 3.
Поместить подготовленные для проведения ПЦР пробирки в ячейки амплификатора.
Интерпретация результатов анализа
Полученные данные - кривые накопления флуоресцентного сигнала анализируются с помощью программного обеспечения используемого прибора для проведения ПЦР в режиме «реального времени» в соответствии с инструкцией производителя к прибору.
Учет результатов ОТ-ПЦР проводился по наличию или отсутствию пересечения кривой флуоресценции с установленной на соответствующем уровне пороговой линией (что соответствует наличию или отсутствию значения порогового цикла «Ct» для исследуемого образца).
Результат считается достоверным в случае корректного прохождения положительных и отрицательных контролей амплификации и экстракции НК в соответствии с таблицей 4.
Появление любого значения Ct в таблице результатов для отрицательного контроля этапа экстракции ВК- на канале FAM/Green и для отрицательного контроля этапа ПЦР К- на любом из каналов свидетельствует о наличии контаминации реактивов или образцов. В этом случае результаты анализа по всем пробам считаются недействительными. Требуется повторить анализ всех проб, а также предпринять меры по выявлению и ликвидации источника контаминации.
Образцы, для которых по каналу Су5/Red значение Ct отсутствует или превышает 35 цикл (при этом по каналу FAM/ Green значение Ct также отсутствует) требуют повторного проведения исследования с этапа ПЦР. Задержка в значениях пороговых циклов для исследуемых образцов на канале Су5/Red указывает на присутствие ингибиторов в пробах или на ошибки при постановке реакции ОТ-ПЦР. Требуется провести исследование, начиная с этапа экстракции НК.
Образец считается положительным, РНК коронавируса КРС присутствует, если наблюдается рост специфического сигнала на канале FAM/Green, при этом значения Ct контрольных образцов находятся в пределах нормы (см. Табл. 4). Если для исследуемого образца по каналу FAM/ Green значение Ct определяется позднее 35 цикла при корректном прохождении положительных и отрицательных контролей - он считается спорным и исследуется повторно с этапа выделения НК. Если при повторной постановке наблюдается схожий результат (наблюдается рост специфического сигнала на канале FAM/Green) - образец считается положительным.
Образец считается отрицательным (РНК коронавируса КР отсутствует) если не определяется значение Ct (не наблюдается рост специфического сигнала) на канале FAM/ Green, при этом значения Ct по каналу Су5/Red и Ct контрольных образцов находятся в пределах нормы (Табл.4).