印第安納沙門菌環(huán)介導等溫擴增檢測方法的建立

龔建森，徐敬瀟，付立霞，張 笛，董永毅，徐 步，竇新紅*

(1.中國農業(yè)科學院家禽研究所，揚州 225125；2.揚州大學動物科學與技術學院，揚州 225009；3.江蘇省動物疫病預防控制中心，南京 210036)

沙門菌是重要的人畜共患病原菌，可造成嚴重的經濟損失與食品安全問題。沙門菌血清型繁多，其中，廣受關注的是臨床分離率高的血清型，如腸炎沙門菌和鼠傷寒沙門菌[1]。但在特定地區(qū)或年代，某些原本罕見的血清型也可發(fā)展成流行血清型[2]。印第安納沙門菌(S.Indiana)早期報道罕見，但近年來在國內報道頻率呈顯著上升趨勢，在養(yǎng)殖、食品和環(huán)境中具有較高流行率，引起畜禽養(yǎng)殖、食品安全、公共衛(wèi)生等領域的高度關注[3-5]。

目前，對S.Indiana的檢測均基于傳統(tǒng)細菌學檢測方法，過程繁瑣費時，不能滿足及時發(fā)現病原、控制傳播途經，消除污染源的疫病防控要求。此外對S.Indiana血清學檢測需鑒定O抗原和H抗原，對于 “自凝菌株”或“鞭毛發(fā)育不良菌株”等不能進行有效檢測，造成假陰性結果[6]。隨著科技發(fā)展，以分子生物學為基礎的病原檢測方法在實踐檢驗中不斷取得新進展，以其敏感特異、簡便快速的特點成為最具潛力的檢測方法。目前，已成功報道的分子生物學檢測方法涉及腸炎沙門菌、鼠傷寒沙門菌等多個血清型[7]。S.Indiana因其廣泛流行與高度耐藥的特性已受到多個研究領域的高度關注，特別是S.Indiana已普遍對WHO推薦治療系統(tǒng)性沙門菌感染[9]的環(huán)丙沙星和頭孢曲松產生耐藥。鑒于此，有必要建立一種快速、靈敏、特異、簡便的方法用于臨床樣品的檢測。

1 材料與方法

1.1 材料

39株參考菌株(31株沙門菌，8株非沙門菌)和359株分離株均由中國農業(yè)科學院家禽研究所保存并提供。Bst酶購自NEB公司；PrimeStarHS高保真酶、rTaq酶、pMD19、BstB Ⅰ、BamHⅠ購自TaKaRa公司；鈣黃綠素購自Sigma公司；細菌基因組DNA提取試劑盒、質粒小提試劑盒購自天根公司。

1.2 方法

1.2.1 檢測靶點篩選與引物設計 通過BLAST程序將已公布的S.Indiana C629株全基因組序列(NZ_CP015724.1)中4 739個基因與其他已知基因進行比對，利用比較基因組學方法篩選特異基因。通過在線軟件(http://primerexplorer.jp/lampv5e/index.html)設計LAMP引物組。

1.2.2 反應體系建立 以S.Indiana ATCC51959基因組為模板進行體系優(yōu)化。采用25 μL反應體系，分別對Bst酶、Mg2+、dNTPs、內引物、反應溫度、反應時間進行單因素優(yōu)化。

1.2.3 反應產物鑒定 擴增產物使用BstB I消化，在20 μL體系中加入5 μL 的LAMP產物、1 μLBstBⅠ、2 μL 10×L Buffer，37 ℃酶切3 h。同時，以BamHⅠ為對照。酶切產物使用2%凝膠電泳分析，產物回收測序后經BLAST驗證。

1.2.4 特異性驗證 以39株參考菌株基因組模板，使用優(yōu)化后的LAMP體系進行特異性試驗。

1.2.5 靈敏度測試 使用pMD19載體構建含靶標的標準質粒。測定質粒起始濃度后，以10倍比稀釋的質粒為模板，分別按已建立LAMP方法和常規(guī)PCR方法(使用F3和B3為引物)進行敏感性試驗。PCR體系：12.5 μL 2×TaqDNA聚合酶預混液，5 μmol·L-1上、下游引物各1 μL，模板2 μL，滅菌雙蒸水適量。反應程序：95 ℃預變性3 min，95 ℃ 變性30 s，50 ℃退火30 s，72 ℃延伸20 s，共計35個循環(huán)，72 ℃終延伸5 min。反應產物使用2%凝膠電泳檢測。

1.2.6 可視化反應 配制含1.25 mmol·L-1鈣黃綠素與15 mmol·L-1氯化錳熒光指示劑，反應前，加入1 μL，反應后，通過溶液顏色變化或熒光強弱判斷是否發(fā)生反應。

1.2.7 防污染LAMP體系的建立 使用UDG與dUTP系統(tǒng)建立防污染LAMP體系[8]，即向反應體系中加入0.35 μL的100 mmol·L-1dUTP進行反應。將含dUTP和普通LAMP擴增產物稀釋至103、106、109倍，以稀釋后的產物為模板再進行LAMP反應，其中，含dUTP的模板先用0.25 U的UDG于37 ℃預處理10 min，常規(guī)LAMP產物不做處理。

1.2.8 臨床分離菌株檢測 使用LAMP可視化判定方法檢測359株臨床分離細菌，設立陽性與陰性對照。同時參考GB4789.4—2016標準中方法，將檢測結果進行比較。

2 結 果

2.1 檢測靶點篩選

根據比較基因組學篩選結果，共鑒定出6個特異性候選基因。通過初步試驗后，確定A7P63_09100基因為LAMP檢測靶點，通過在線軟件設計LAMP檢測引物組(表1)。

表1 LAMP反應引物組

2.2 反應體系的建立

根據反應條件優(yōu)化結果，確定25 μL反應體系：1 μLBst酶、3 μL dNTPs、2 μL Mg2+、5 μmol·L-1外引物各1 μL、40 μmol·L-1內引物各0.75 μL、2 μL模板、2.5 μL 10×Buffer和11 μL ddH2O。反應條件為64 ℃擴增50 min，80 ℃滅活10 min。擴增產物經2%瓊脂糖電泳可見LAMP反應典型的階梯狀條帶(圖1)。

M.DL5000 DNA相對分子質量標準；1.LAMP產物；2.BstBⅠ酶切產物；3.BamHⅠ酶切產物；4.陰性對照

2.3 酶切鑒定

酶切結果表明，該LAMP產物可以被BstBⅠ消化，而不能被BamHⅠ消化(圖1)。產物回收測序，將結果(MT329629)進行BLAST驗證，相似性達100%。

2.4 特異性驗證

瓊脂糖凝膠電泳檢測結果表明，僅S.Indiana ATCC51959菌株出現典型的階梯狀條帶，其余菌株均為陰性。

2.5 靈敏度測試

經拷貝數計算，質粒初始拷貝數為2.95×105拷貝·μL-1。檢測結果表明，LAMP方法可檢出5.9×101拷貝·反應-1，而PCR方法為5.9×102拷貝·反應-1。

2.6 可視化反應

陽性樣品在可見光下呈綠色，陰性樣品呈橘黃色；在紫外線下，陽性管可激發(fā)明亮熒光，而陰性管未見熒光，表明可通過鈣黃綠素實現可視化判定。

2.7 防污染試驗

使用UDG-dUTP系統(tǒng)的反應體系未見擴增條帶，表明該系統(tǒng)可有效避免氣溶膠污染，而未使用UDG-dUTP系統(tǒng)的反應體系仍檢測出稀釋109倍的產物。

2.8 分離菌檢測

359株分離菌(自凝株6株)使用細菌學方法共鑒定出158株沙門菌(自凝株3株)。使用LAMP方法對155株非自凝沙門菌分型，結果(表2)表明，64株為S.Indiana，與血清學結果一致。而3株沙門菌自凝株中有1株LAMP反應陽性，對該陽性菌株測序結果表明其為S.Indiana。

表2 臨床分離菌檢測結果

3 討 論

LAMP是一種高效核酸分子等溫擴增技術，已在病原微生物檢測領域得到廣泛應用[10]。該方法不需要昂貴的反應設備，適合現場檢測等優(yōu)勢。本研究通過比較基因組學成功篩選出S.Indiana特異性基因序列，并以此為靶標建立了特異性LAMP檢測方法。試驗表明，該方法具有較好的特異性，其檢測下限為59拷貝·反應-1，優(yōu)于PCR方法，反應結果通過肉眼即可判斷，避免因開蓋造成的污染問題。同時本方法可在1 h內完成樣品檢測，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)檢測方法。用建立的方法對臨床分離菌株進行檢測，結果不僅與國家標準一致，還可用于自凝菌株檢測。上述結果表明，本研究建立的S.Indiana-LAMP方法具有快速簡便、靈敏特異的特點，非常適合臨床快速檢測，為S.Indiana的科學防控提供一種檢測工具。

4 結 論

本研究建立的LAMP檢測方法能實現印第安納沙門菌的快速檢測，對臨床分離菌株進行檢測，結果不僅與國家標準(GB4789.4—2016)檢測結果一致，還可用于自凝菌株檢測。