非洲豬瘟病毒LAMP可視化快速檢測方法的建立與應用

王林，吳迪，高曉龍，張瑋，張啟龍，栗云鵬，韋海濤，周德剛，劉曉冬，宋彥軍

(北京市動物疫病預防控制中心，北京 102629)

非洲豬瘟(African swine fever，ASF)是由非洲豬瘟病毒(African swine fever virus，ASFV)引起的豬以呼吸障礙、神經癥狀和全身出血為主要特征的急性、熱性、高度傳染性疫病。家豬感染后的臨床表現為高熱、嘔吐、腹瀉或便秘，最明顯的剖檢癥狀為脾臟腫大，致死率可高達100%[1]。1921年在肯尼亞首次記載了非洲豬瘟的暴發，之后該病主要流行于非洲各國，并相繼傳入西歐、南美和東歐等多個國家，造成了重大的經濟損失和社會危害[2]。具有診斷學意義的病毒基因主要有B646L，大小為1 938 bp，編碼結構蛋白P72(VP73)，位于中心保守區[3]。在不同毒株間核苷酸同源性達95.5%～100%，氨基酸同源性達97.8%～100%[4]。B646L是公認的分子檢測技術引物設計的理想靶標。2018年8月3日遼寧省沈陽市首次暴發非洲豬瘟疫情，10個月內席卷全國31省市，累計報告疫情152起，給我國養豬業造成重大經濟損失[5]。目前尚無有效疫苗進行防控，因此在臨床上需要一種能夠快速檢測或篩查ASFV毒株的檢測方法。

環介導等溫擴增(LAMP)方法是由日本學者Notomi在2000年發明的一種適用于基因診斷的恒溫核酸擴增技術[6]，該方法利用設計的4條特異性引物和具有鏈置換特性的BstDNA聚合酶，在30～60 min內對目的片段進行擴增[7]，是一種簡便、快速、精確、廉價的基因擴增方法[8]。LAMP方法適合現場、基層快速檢測，本研究建立的基于鈣黃綠素可視化LAMP檢測ASFV的方法，經過一系列優化試驗，對特異性、靈敏性、應用儀器設備與臨床樣品檢測進行摸索，建立了一種ASFV LAMP目視法檢測方法，以期應用于ASFV現場快速診斷。

1 材料與方法

1.1 樣品及陽性質粒來源

ASF陽性樣本(滅活)、豬細小病毒(PPV)核酸、豬圓環病毒2型(PCV2)核酸、豬流行性腹瀉病毒(PEDV)、ASF陰性樣本核酸由北京市動物疫病預防控制中心保存。ASFV P72基因的重組質粒、pUC57空載體由賽默飛世爾科技有限公司合成。

1.2 主要試劑

脫氧核糖核酸擴增試劑盒(生產批號：94001)、熒光目視檢測試劑盒(生產批號：94001)購自榮研生物科技(中國)有限公司。非洲豬瘟病毒熒光PCR檢測試劑盒(生產批號：040221901)購自青島立見診斷技術發展中心；反轉錄試劑盒(生產批號：6110A)購自寶日醫生物技術(北京)有限公司；無核酸酶水購自北京全式金生物技術有限公司；豬瘟病毒(CSFV)活疫苗C株購自廣東永順生物制藥股份有限公司；豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)R98株、豬偽狂犬病毒(PRV)Bartha-K61株購自瑞普(保定)生物藥業有限公司。

1.3 引物設計與合成

根據GenBank已發表的非洲豬瘟病毒結構蛋白基因(登錄號:MH910495.1)，通過對GenBank里的60條非洲豬瘟P72基因的序列比對分析，找出一段相對保守的基因序列，運用在線生物軟件(http://primerexplorer.jp/)，通過調整溶解溫度(Tm)值、鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)所占比例、吉布斯自由能(dG)臨界值和擴增長度等參數值，設計2組適用于LAMP的特異性外引物組(表1)，包括基礎引物(F3、B3、FIP、BIP)和環引物(LB)。引物由賽默飛世爾科技(中國)有限公司合成。

表1 引物組序列

1.4 ASFV質粒合成與核酸提取

ASFV P72基因重組質粒pUC57-p72、pUC57空載體，由賽默飛世爾科技(中國)有限公司合成。對CSFV活疫苗C株、PRRSV(R98株)，PRVBartha-K61株利用全自動核酸提取儀進行核酸提取，通過反轉錄試劑盒將提取的CSFV活疫苗C株、PRRSV(R98株)核酸反轉錄為cDNA,-20 ℃保存備用。

1.5 陰、陽性對照的制備

合成ASFV P72基因重組質粒pUC57-p72，含目的片段336 bp，稀釋到103copies/μL,即為陽性對照。將pUC57空載體質粒和無核酸酶水，按照1∶9的比例進行配制，混勻，終濃度為103copies/μL，即為陰性對照。

1.6 LAMP反應體系的建立與優化

為獲得較為理想的反應體系，提高反應的靈敏性，分別對引物濃度和反應溫度進行優化試驗，篩選出最佳的引物濃度和反應溫度。以ASFV質粒(10 ng/μL)為模板，引物濃度按照試劑盒推薦濃度進行優化，反應溫度分別設置61、63、65和67 ℃ 4個溫度進行篩選。

1.7 特異性試驗

以提取的ASFV陽性樣品核酸、PRV、CSFV、PRRSV、PPV、PCV2、PEDV、豬健康組織核酸為模板進行LAMP特異性檢測，評價建立的可視化LAMP檢測方法的特異性。

1.8 靈敏度試驗

將合成的ASFV質粒經微量核酸蛋白檢測儀測定，濃度為10 ng/μL，按公式：copies/μL= (6.02×1023copies/mol×10 ng/μL×10-9)/(DNA長度×660 g/mol) 計算ASFV質粒的拷貝數為3×105copies/μL，將質粒濃度稀釋到103copies/μL，按1∶10倍比稀釋，進行LAMP可視化檢測方法的靈敏度研究。同時，采用ASFV熒光PCR檢測試劑盒(青島立見診斷技術發展中心)進行靈敏度檢測比對，當被檢樣品循環數值(Ct值)<40且出現特異性擴增曲線，判為陽性；當無Ct值或Ct值≥40，判為陰性。

1.9 不同恒溫設備對LAMP檢測結果的影響

將濃度為102copies/μL的ASFV質粒，按1∶10倍比稀釋，稀釋到10-3copies/μL。分別在PCR儀器、恒溫水浴鍋2種不同設備進行LAMP可視化檢測反應，設置反應條件均為63 ℃ 50 min，比較不同恒溫設備對試驗結果產生的影響。

1.10 陽性樣品判讀時間的確定

將ASFV質粒在103～10-2copies/μL梯度范圍內進行10倍倍比稀釋后作為模板進行LAMP檢測，確定最低檢測限濃度范圍，將95%檢出率模板濃度定為最低檢出限，由此確定檢測方法陽性結果判讀時間。

1.11 臨床樣品檢測

用已建立的可視化LAMP檢測方法與ASFV熒光PCR檢測試劑盒同時檢測由本實驗室保存的300份已知陰性和陽性的臨床樣品核酸(其中292份為陰性樣品，8份為陽性樣品)，比對2種檢測方法的符合率。

2 結果

2.1 引物組合的篩選

對設計出的2組引物，利用ASFV陽性樣品核酸為模板，進行LAMP濁度儀檢測。引物組1在28 min檢出ASFV陽性樣本核酸，PPV、PCV2、PEDV、CSFV、PRRSV、PRV在120 min內均未檢出(見圖1)。引物組2在70 min檢出ASFV陽性樣本核酸，PPV、PCV2、PEDV、CSFV、PRRSV、PRV在120 min內均未檢出(見圖2)。分別使用ASFV質粒(10 ng/μL)與ASFV陽性樣本核酸對引物組1進行擴增效果驗證，濁度儀擴增曲線結果顯示(見圖3)，ASFV質粒與陽性樣本核酸均在50 min內檢出，陰性對照在120 min內未檢出。結果表明，引物1組合具有較高的擴增效率和特異性。

1. ASFV陽性樣品；2. PPV；3. PCV2；4. PEDV；5. CSFV；6. PRRSV；7. PRV

1. ASFV陽性樣品；2. PPV；3. PCV2；4. PEDV；5.CSFV；6. PRRSV；7. PRV

1. ASFV病毒質粒；2. ASFV陽性樣品；3. 陰性對照

2.2 LAMP反應體系的建立與優化

經過一系列LAMP反應條件的優化，得到最優反應體系為：2×反應緩沖液12.5 μL，8 μmol/L的外引物F3 1 μL，8 μmol/L的外引物B3 1 μL，35 μmol/L的內引物FIP 1 μL，35 μmol/L的內引物BIP 1 μL，15 μmol/L的環引物LB 1 μL，無DNA酶的蒸餾水0.5 μL，酶溶液1 μL，熒光目視檢測試劑1 μL，模板5 μL。61、63、65和67 ℃出現擴增曲線的時間分別為30、24、27和28 min(見圖4)，最佳反應溫度為63 ℃。

A.61 ℃；B.63 ℃；C.65 ℃；D.67 ℃

2.3 靈敏度試驗

將ASFV質粒進行10倍倍比稀釋，濃度范圍由103～10-2copies/μL。對本研究建立的LAMP可視化快速檢測方法與非洲豬瘟病毒熒光PCR檢測試劑盒進行靈敏度檢測比對。結果顯示，本研究建立的ASFV可視化LAMP檢測方法與非洲豬瘟病毒熒光PCR檢測試劑盒均可以檢出到10 copies/μL。詳見圖5、圖6。

2.4 特異性試驗

采用建立好的LAMP可視化檢測方法對ASFV、PRV、CSFV、PRRSV、PPV、PCV2、PEDV、豬健康組織核酸進行檢測，結果顯示，只有ASFV核酸的檢測結果為陽性，其他均為陰性(見圖7)。

1～6. 質粒稀釋濃度為103 ～10-2 copies/μL；7～8. 陰性對照

1～6. 質粒稀釋濃度為103 ～10-2 copies/μL；7. 陰性對照；8. 陽性對照

1：ASFV病毒；2：PRV；3：CSFV；4：PRRSV；5：PPV；6：PCV2；7：PEDV；8：豬健康組織

2.5 不同設備對LAMP檢測結果的影響

將ASFV質粒(102～10-3copies/μL)分別在PCR儀器、恒溫水浴2種設備進行LAMP可視化檢測，設置反應溫度63 ℃，反應時間50 min，結果顯示，使用PCR儀器與恒溫水浴設備可同時檢測到10 copies/μL(見圖8和圖9)。

1～6. 質粒稀釋濃度為102 ～10-3 copies/μL；7～8. 陰性對照

1～6. 質粒稀釋濃度102～10-3 copies/μL；7～8. 陰性對照

2.6 陽性樣品判讀時間的確定

將ASFV質粒在103～10-2copies/μL梯度范圍內進行10倍倍比稀釋后作為模板進行LAMP檢測，得出低于1 copies/μL無擴增曲線，高于102copies/μL檢出率為100%，因此確定102～1 copies/μL為最低檢測限濃度范圍，將102、10 和1 copies/μL 3個濃度分別做20次重復檢測，結果顯示(表2)，102copies/μL模板檢出率為100%，10 copies/μL模板檢出率為95%，1 copies/μL模板檢出率為50%。因此，確定最低檢出限為10 copies/μL濃度，擴增曲線時間范圍在40～48 min，設定檢測樣品在50 min內出現擴增曲線為陽性。

2.7 LAMP可視化臨床檢測試驗

用已建立的LAMP可視化檢測方法與ASFV熒光PCR檢測試劑盒同時檢測300份臨床樣品核酸(292份為陰性，8份為陽性)。比對2種檢測方法的符合率，結果建立的LAMP方法與熒光定量PCR方法檢測結果一致，符合率為100%。

表2 陽性樣品判讀時間的確定 min

3 討論

目前，全世界尚無有效的非洲豬瘟疫苗進行預防。農業農村部要求豬場、屠宰場、飼料廠與跨省調運、流通環節必須進行非洲豬瘟病毒檢測。ASFV診斷主要分為分子生物學檢測與免疫學檢測技術兩類。由于免疫學檢測技術特異性與敏感性較低，因此，分子診斷得到了迅速發展。分子診斷技術主要包括PCR、實時熒光定量PCR、LAMP檢測技術[9]。LAMP檢測技術針對靶基因設計的特殊引物與BstDNA聚合酶，可以在短時間內高效的擴增靶基因，并可通過熒光染色、電泳、鈣黃綠素可視化等方法進行結果觀察[10]。2011年楊吉飛等[11]建立了ASFV LAMP檢測方法，在65 ℃水浴鍋中進行反應，利用瓊脂糖凝膠電泳進行結果判讀，結果顯示有嚴重拖尾現象，影響結果判讀且極易增加氣溶膠污染，氣溶膠在微生物實驗室中很難消除。為避免這一現象，本研究嚴格在生物安全二級實驗室中進行操作，開啟機械通風系統，在生物安全柜中進行反應體系的配置及模板的加入，通過在反應體系中加入鈣黃綠素熒光染料，實現了LAMP反應管無需開蓋便可讀取試驗結果，方便安全[12]。

與熒光定量PCR檢測方法相比，LAMP檢測方法更加快速簡便，本研究建立的ASFV LAMP檢測方法反應時間為50 min，快速熒光定量PCR檢測時間約為65 min， LAMP檢測方法比熒光定量PCR檢測方法檢測時間節省15 min，靈敏度與熒光定量PCR檢測方法持平。任名等[13]通過對反應體系及條件的優化，建立了ASFV Taqman探針法熒光定量PCR檢測方法，靈敏度可以達到10 copies/μL，反應時間約為1 h。同時，ASFV LAMP可視化檢測方法可在恒溫水浴設備、PCR儀器中進行操作，均可檢出10 copies/μL病毒含量，并能同時檢測多個樣品。既可滿足現場快速檢測條件，也可在實驗室利用PCR檢測設備進行結果判定，具有很強的實用性與便捷性。

綜上，本研究建立的ASFV LAMP檢測方法具有速度快、靈敏度高、不受實驗室儀器設備限制、結果可視化等優點，適用于臨床非洲豬瘟病毒的現場快速檢測。