Патент на изобретение №2397251

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2397251 (13) C1
(51) МПК

C12Q1/68 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 28.09.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2009117048/13, 04.05.2009

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

04.05.2009

(46) Опубликовано: 20.08.2010

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
2, 2008, с.29-37. ТЕМЕЖНИКОВА Н.Д. Лабораторная диагностика легионеллеза (обзор литературы). Клин. лаб. диагн. 11, 2008, с.34-39.

Адрес для переписки:

410005, г.Саратов, ул. Университетская, 46, “РосНИПЧИ “Микроб”

(72) Автор(ы):

Портенко Светлана Анатольевна (RU),
Осина Наталья Александровна (RU),
Бугоркова Татьяна Васильевна (RU),
Кутырев Владимир Викторович (RU),
Яцышина Светлана Борисовна (RU),
Шипулин Герман Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное учреждение здравоохранения “Российский научно-исследовательский противочумный институт “Микроб” Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека” (“РосНИПЧИ “Микроб”) (RU)

(54) НАБОР ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ВОЗБУДИТЕЛЯ ЛЕГИОНЕЛЛЕЗА В БИОЛОГИЧЕСКОМ МАТЕРИАЛЕ И ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области биотехнологии. Задачей изобретения является создание набора для детекции возбудителя легионеллеза в биологическом материале и объектах окружающей среды с возможностью использования его в ПЦР с электрофоретическим и гибридизационно-флуоресцентным учетом результатов. Набор для детекции возбудителя L. pneumophila содержит видоспецифичные праймеры Lp1 – 5′-GCTTGGTGCTGTGAAAGGTА-3′, Lp2 – 5′-CCTCCAATAAAGGAGATGCAA-3′ и зонд Lp-з – 5′-ROX-TCACCGTACGCACATCCGCA-BHQ2-3′. ДНК-мишенью для специфической амплификации L. pneumophila является фрагмент ДНК гена fisZ, расположенный в пределах с 397 по 758 нуклеотид полной последовательности локуса. Изобретение обеспечивает быстрое и высокоспецифичное выявление L. pneumophila 1-14 серогрупп в клинических образцах и пробах окружающей среды. 2 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для выявления возбудителя легионеллеза в биологическом материале и объектах окружающей среды в практическом здравоохранении и службе Роспотребнадзора.

Легионеллез – одно из опасных инфекционных заболеваний, протекающих в форме тяжелых пневмоний, при которой до 15% случаев заканчиваются летальным исходом, или в форме респираторных заболеваний.

Большинство случаев легионеллеза связано с видом Legionella pneumophila, однако наибольшую опасность представляют Legionella pneumophila I серогруппы (1). Другие виды легионелл, такие как L. bozemanii, L. longbeachae, L. micdadei и др., вызывают заболевания преимущественно у лиц со сниженным иммунным статусом (2).

Легионеллы размножаются внутри макрофагов и локализуются в «неперевариваемой» фаголизосоме, поэтому для лечения используют антибактериальные препараты, способные проникать через мембраны клеток и накапливаться внутри вакуолей, что отличает лечение при пневмонии, вызванной другими возбудителями (3).

В связи с этим ранняя диагностика в клинических образцах возбудителя легионеллеза позволяет корректировать лечение больного и избежать тяжелых последствий, а своевременное и быстрое выявление его в объектах окружающей среды способствует предотвращению эпидемических вспышек.

Эффективность лечения больных и эпидемиологического надзора за Legionella spp. во многом определяется качеством лабораторной диагностики. Для диагностики легионеллеза применяют бактериологические, иммунологические, молекулярно-генетические методы исследования.

Бактериологический метод диагностики легионеллеза является «золотым стандартом», однако чувствительность его составляет в среднем не более 60%, несмотря на применение высококачественных питательных сред (4). Кроме невысокой чувствительности, недостатком культурального метода является его продолжительность. Максимальное количество видимых колоний вырастает на 5-8 сутки.

Иммунологические методы исследования обладают достаточно высокой чувствительностью, например, с помощью коммерческих ИФА тест-систем возможно обнаружение антигена Legionella pneumophila I серогруппы, чувствительность метода до 97%.

Иммунохроматографический анализ (ИХА) позволяет выявлять растворимый легионеллезный антиген в моче, и чувствительность достигает 95% (5, 6, 7). Недостатком данного метода является то, что он не может быть применен для другого клинического материала (мокрота, кровь, лаваж и др.) и проб из объектов окружающей среды.

Основной недостаток коммерческих ИФА и ИХА тест-систем состоит в том, что они не рассчитаны на диагностику инфекций, вызванных Legionella pneumophila 2-16 серогрупп и Legionella spp. (8).

В настоящее время наиболее перспективным считают молекулярно-генетические методы исследования, основанные на детекции ДНК возбудителя в исследуемом материале. Методом ПЦР возможно исследовать биологический материал – мокроту, бронхоальвеолярный лаваж, плевральную жидкость, мазки из ротоглотки, кровь, микро- и макроаутоптаты, а также пробы из объектов окружающей среды – воду, смывы, образцы биопленки, а также чистые культуры возбудителя.

Важным этапом при разработке ПЦР тест-систем является подбор мишеней для детекции возбудителя.

Известно использование в качестве мишеней для детекции Legionella spp. и L. pneumophila фрагментов генов mip, 16S рДНК, 5S рДНК, 23S-5S, dotA для ПЦР с учетом результатов методом электрофореза (ПЦР-ЭФ) (9, 10). Описанные мишени не обеспечивают достаточного уровня надежности для клинической диагностики легионеллеза при выполнении ПЦР-ЭФ (11).

При тщательном изучении нуклеотидных последовательностей генома Legionella pneumophila установлено, что вариабельность фрагмента гена 16S рДНК размером 1434 п.н. у штаммов Legionella pneumophila составила 2,0-6,0% (в среднем 31 полиморфный нуклеотид) между L. pneumophila и другими видами легионелл. При исследовании генов 23S-5S вариабельность среди штаммов L. pneumophila составила 7,4%, а между L. pneumophila и другими видами – 14,0-20,0%. Гены 23S (143 п.н.) и 5S (91 п.н.) обладали высокой гомологией, тогда как межгенный участок 23S-5S (102 п.н.) характеризовался высоким содержанием полиморфных нуклеотидов. Исходя из полученных данных, видно, что применение этих мишеней в ПЦР целесообразно только при использовании системы праймеров и зондов с учетом результатов в режиме «реального» времени (ПЦР-РВ).

Известен набор для детекции Legionella spp., содержащий праймеры для амплификации, для внутреннего контроля и зонд, позволяющий выявлять возбудителя с помощью ПЦР-РВ (12).

Известен коммерческий набор IQ-Check (BioRad) для скрининга легионелл в окружающей среде, сконструированный американскими исследователями (13). Однако описанный набор не предназначен для выявления возбудителя легионеллеза в биологическом материале (мокроте, бронхоальвеолярном лаваже, плевральной жидкости, мазках из ротоглотки, крови, микро- и макро-аутоптатов). Кроме того, высокая стоимость набора и невозможность выполнения с его помощью ПЦР с электрофоретическим учетом результатов ограничивают его применение в практических лабораториях, так как ПЦР с учетом результатов в режиме «реального времени» предусматривает использование дорогостоящего оборудования.

Проведенный поиск по патентам и научно-техническим источникам информации показал отсутствие сведений о наборах, предназначенных для выявления L. pneumophila методом ПЦР с электрофоретическим и гибридизационно-флюоресцентным учетом результатов, обеспечивающих детекцию возбудителя в биологическом материале и объектах окружающей среды, а также доступных для работы в лабораториях России. Таким образом, существует потребность в создании недорогого, чувствительного и специфичного набора, который нашел бы широкое применение в практическом здравоохранении.

Задачей изобретения является создание набора для детекции возбудителя легионеллеза в биологическом материале и объектах окружающей среды с возможностью использования его в ПЦР с электорофоретическим и гибридизационно-флуоресцентным учетом результатов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является высокоспецифичное и быстрое выявление L. pneumophila 1-14 серогрупп в биологическом материале и объектах окружающей среды.

Технический результат достигается набором для детекции возбудителя легионеллеза. Заявляемый набор содержит видоспецифичные праймеры Lp1 – 5′-GCTTGGTGCTGTGAAAGGTА-3′, Lp2 – 5′-ССТССААТAAAGGAGATGCАА-3′ и зонд Lp-з – 5′-ROX-TCACCGTACGCACATCCGCA-BHQ2-3′, используемые при амплификации фрагмента гена ftsZ L. pneumophila в пределах с 397 по 758 нуклеотид полной последовательности локуса, имеющего нуклеотидную последовательность SEQ ID NO 1.

При конструировании набора для детекции возбудителя легионеллеза особое значение придавали выбору новых ДНК – мишеней.

На основании анализа нуклеотидной последовательности генома возбудителя L. pneumophila проверены 10 генов, участвующих в жизнедеятельности клетки (house keeping), и отобран фрагмент гена ftsZ. Сравнительные данные нуклеотидных последовательностей 10 генов (жизнеобеспечения) L. pneumophila и других видов легионелл представлены в табл.1 и 2. Анализ нуклеотидных последовательностей указанных генов L. pneumophila и других видов легионелл представлен по генетической базе данных GenBank NCBI. Секвенирование фрагмента гена ftsZ у штаммов L. pneumophila, выделенных на территории Российской Федерации, и их сравнение с нуклеотидной последовательностью аналогичных участков у референс-штаммов L. pneumophila Philadelphia 1, Corby, Paris, Lens (GenBank NCBI: NC 002942, CP 00675, NC 006368, NC 006369) показало, что наиболее перспективным для подбора праймеров при разработке ПЦР является фрагмент гена ftsZ, кодирующего синтез тубулиноподобного белка (с 397 по 758 нуклеотид). В результате тщательной проверки качества определения нуклеотидной последовательности была выведена консенсусная последовательность фрагмента гена ftsZ SEQ ID NO 1:

Обоснование выбора праймеров и зонда.

На следующей стадии конструировали набор олигонуклеотидных праймеров, специфических для детекции L. pneumophila. На основании консенсусной последовательности выбранного фрагмента гена ftsZ с помощью программы Primer Premier-V5 (Premier Bio Soft International) и алгоритма BLAST подобранны олигонуклеотидные праймеры, обеспечивающему амплификацию фрагмента данного локуса размером 185 п.н. Выбор праймеров осуществляли с учетом возможности регистрации результатов как в режиме «реального времени», так и с помощью электрофореза. Для использования праймеров в ПЦР-РВ подбирали зонд формата TaqMan (Lp-з) в онлайн-режиме на интернет-сайте www.genscript.com. Подобранные зонд Lp-з – 5′-ROX-TCACCGTACGCACATCCGCA-BHQ2-3′ к участку гена fisZ и праймеры: Lpl – 5′-GCTTGGTGCTGTGAAAGGTA-3′, Lp2 – 5′-CCTCCAATAAAGGAGATGCAA-3′ обеспечивают высокую специфичность реакции и позволяют выявлять возбудителя легионеллеза в образцах из объектов окружающей среды и биологического материала.

Специфичность праймеров оценивали методом множественного сравнения последовательностей, используя программное обеспечение, например BLAST (Lastaew для оценки полиморфизмов в сравниваемых последовательностях).

Данные праймеры не образуют вторичных структур (шпилек) и димеров, что способствует эффективному связыванию их с матричной ДНК.

Для определения аналитической чувствительности ПЦР использовали количественно охарактеризованные разведения рекомбинантных плазмид с клонированным фрагментом гена ftsZ, а также препаратов ДНК, выделенных из проб, содержащих L. pneumophila различных серогрупп в концентрации 1×103-1×105 м.к./мл. Результаты представлены на фиг.1 и 2.

Для характеристики специфичности ПЦР применяли выборку штаммов из целевой коллекции различных микроорганизмов. Специфичность ПЦР с праймерами на основе нуклеотидной последовательности ftsZ гена представлена в табл.3.

В результате проведенной оценки установлено, что выбранные праймеры и зонд для детекции L. pneumophila обладают высокой чувствительностью – 1·103 м.к./мл и специфичностью 100%.

Подобраны оптимальные параметры реакции амплификации с олигонуклеотидными праймерами и системой « праймер – зонд»:

– концентрация праймеров – от 5 до 16 пМ;

– концентрация зонда – от 1 до 5 пМ;

– концентрация MgCl – от 2 до 3 пМ;

– концентрация Tag-полимеразы – от 1 до 1,5 ед.;

– температура, при которой определяется уровень флуоресценции в пробах, – от 54 до 60°С;

– количество циклов, во время которых считывается флуоресценция, – от 30 до 40;

– температура отжига праймеров – от 50-64°С;

– время каждого шага цикла – 30-60 с;

– количество циклов: 35-40;

– время предварительной денатурации 1-5 мин;

– время завершающей элонгации 1-7 мин.

Экспериментально установлен оптимальный состав реакционной смеси для выполнения ПЦР-ЭФ. Подобранная концентрация праймеров Lp1 и Lp2, фермента Tag-полимеразы в концентрации 1,0 ед. и зонда Lp-з необходима и достаточна для обеспечения высокой специфичности и эффективности проведения реакции и позволяют получить легко детектируемые количества ампликонов. Сущность изобретения подтверждена примерами.

Пример 1. Выявление ДНК возбудителя L. pneumophila в биологическом материале (мокроте, бронхоальвеолярном лаваже, плевральной жидкости, мазках из ротоглотки, крови, микро- и макро-аутоптатов) с помощью ПЦР с электрофоретическим учетом результатов.

Для выявления возбудителя легионеллеза биологический материал обеззараживают путем добавления в подготовленные пробы 300 мкл раствора, содержащего 6 М гуанидинтиоцианата, и прогревают в течение 15 мин при температуре 64°С.

Выделение ДНК. В обеззараженные пробы добавляют 30 мкл сорбента, затем инкубируют в течение 10 мин при комнатной температуре, периодически встряхивая на вортексе 10 с, центрифугируют при 12000 об/мин в течение 20 с. Отбирают супернатант и к осадку добавляют 300 мкл раствора для отмывки сорбента от клеточного дебриса и других веществ, которые могут ингибировать реакцию амплификацию; перемешивают и центрифугируют при 12000 об/мин в течение 20 с. Супернатант удаляют, а к осадку добавляют 1 мл второго отмывочного раствора (10 мМ Трис, 50 мМ NaCl, 50% этанол), перемешивают и инкубируют при температуре 64°С. Надосадочную жидкость удаляют, проводят отмывку осадка 400 мкл ацетона, центрифугируют при 12000 об/мин в течение 20 с. Осадок высушивают в течение 10 мин при температуре 64°С, добавляют 50 мкл ТЕ-буфера и инкубируют при температуре 64°С в течение 10 мин, периодически встряхивая на вортексе, центрифугируют 12000 об/мин в течение 2 мин; супернатант используют в ПЦР.

Для проведения ПЦР в микропробирках объемом 0,5 мл готовят общую ПЦР-смесь исходя из того, что на одну пробу необходимо 10 мкл реакционной смеси и 0,2 мкл фермента Tag-полимеразы. Полученную смесь тщательно перемешивают на микроцентрифуге/встряхивателе и добавляют по 10 мкл в микропробирки, содержащие смесь праймеров и дНТФ под слоем парафина. Затем в пробирки вносят по 10 мкл ДНК, выделенных из исследуемых проб. Пробирка с отрицательным контрольным образцом содержит 10 мкл ТЕ-буфера, а пробирка с положительным контрольным образцом содержит 10 мкл ПКО ДНК L. pneumophila. Микропробирки, содержащие контрольные и опытные образцы, переносят в термоциклер, предварительно нагретый до 95°С, и проводят амплификацию по подобранной программе.

Детекцию продуктов амплификации проводят с помощью электрофореза в 1,5-2,5% агарозном геле по методике, приведенной в руководствах Л.А.Остермана и Т.Маниатиса (14,15). Результаты представлены в табл.3.

Пример 2. Выявление возбудителя L. pneumophila в объектах окружающей среды (вода, смывы, образцы биопленки).

Выявление возбудителя легионеллеза из объектов окружающей среды осуществляют аналогично примеру 1. Результаты детекции возбудителя легионеллеза в биологическом материале представлены в табл.4, а в пробах из объектов окружающей среды – в табл.5.

Параллельно с использованием заявляемого набора проводили исследования образцов другими методами. Полученные данные показали высокий процент совпадения результатов.

Пример 3. Детекция L. pneumophila в образцах, искусственно контаминированных микроорганизмом различных серогрупп.

Выделение ДНК и проведение ПЦР проводили аналогично примеру 1. Результаты представлены в табл.6.

Описанное изобретение не ограничивается указанными в таблицах объектами, которые предназначены только для иллюстрирования. Любые клинические образцы и объекты внешней среды находятся в сфере действия настоящего изобретения.

На основе выбранных праймеров и зонда сконструированы тест-системы «Ген L. pneumophila – РЭФ» и «Ген L. pneumophila – РГФ» для индикации L. pneumophila. Тест-системы прошли апробацию на базе Ставропольского НИПЧИ и ГНЦ вирусологии и биотехнологии «Вектор» и находятся на стадии внедрения в производство.

Таким образом, использование новой мишени и соответствующих наборов праймеров и зонда к ним для детекции L. pneumophila 1-14 серогрупп с помощью ПЦР с электрофоретическим и/или гибридизационно-флуоресцентным учетом результатов обеспечивает раннюю диагностику возбудителя (в течение 3-4 ч), что способствует эффективности лечения больных, повышает качество эпидемиологического надзора за объектами окружающей среды. Предлагаемый набор праймеров и зонда доступен для любой практической лаборатории здравоохранения, так как позволяет выполнять исследования при различном уровне оснащенности оборудованием и реактивами.

Таблица 3
Вид Количество Результаты
штаммов ПЦР-РЭФ ПЦР-РГФ
L. pneumophila 22 + +
1-14 серогрупп
L. dumoffi 1
L. longbeachae 1
L. micdadei 1
Aeromonas spp. 3
A. faecalis 3
B. anthracis 1
B. cereus 2
B. subtilis 1
Comamonas spp. 3
C. diphteriae 3
Enterococcus spp. 9
E. coli 9
F. tularensis 1
H. influenzae 2
H. parainfluenzae 1
K. oxytoca 2
K. pneumoniae 4
L. monocitogenes 3
M. catarrhalis 1
P. shigelloides 3
P. mirabilis 1
P. vulgaris 3
P. aeruginosae 5
P. cepacia 1
P. maltophilia 1
S. paratyphi 3
S. typhi 1
S. typhimurium 1
S. marcescens 3
S. sonnei 3
S. flexneri 3
S. pyogenes 4
S. pneumoniae 11
S. salivarius 1
S. albus 1
S. aureus 9
S. epidermidis 5
S. pyogenes 1
Vibrio cholerae eltor 3
Y. enterocolitica 3
Y. pestis 1
Y. pseudotuberculosis 1
Candida spp. 5

Таблица 4
Вид материала Кол-во исследованных проб ПЦР-ЭФ ПЦР-РГФ Бактериологический ИФА* ИХА**
Секционный 2 + + + Невозможно определить Невозможно определить
материал:
фрагменты легкого
фрагменты трахеи 2 + + + -«- -«-
фрагменты 2 + + + -«- -«-
головного и
спинного мозга
Мокрота 15 -«- -«-
БАЛ 3 -«- -«-
Мазки из 9 -«- -«-
ротоглотки
Моча 5 Невозможно определить -«-
Сыворотка крови 3 Невозможно определить Невозможно определить
Пробы крови и сыворотки, искусственно инфицированные L. pneumophila Philadelphia 1 333151 АТСС 4 + + + + -«-
Всего: 45 45 45 37 7 5
Примечание:
* – «Набор для суммарного выявления IgМ-IgG – антител к L. pneumophila серогруппы 1-6» фирмы Vircell (Испания).
** – Набор для выявления растворимого антигена L. pneumophila серогруппы I в моче «Binax NOW Legionella Urinary Antigentest» (BINAX, США).
(-) – отрицательный результат.
(+) – положительный результат.

Таблица 5
Виды материала Кол-во исследованных проб ПЦР-ЭФ ПЦР-РГФ Бактериологический
Пробы воды из питьевого водоснабжения 14
Смывы из систем питьевого водоснабжения 15
Смывы из систем отопления 10
Смывы из систем кондиционирования 12
Пробы питьевой воды, искусственно инфицированные L. pneumophila Philadelphia 1 333151 АТСС 3 + + +
Смывы с кондиционера, искусственно инфицированные L. pneumophila Philadelphia 1 333151 АТСС 3 + + +
Всего: 57 57 57 57
Примечание: (-) – отрицательный результат;
(+) – положительный результат.

Таблица 6
Серогруппа L. pneumophila Количество проб Детекция ПЦР-РЭФ Детекция ПЦР-РГФ
1 3 + +
2 3 + +
3 3 + +
4 3 + +
5 3 + +
6 3 + +
13 3 + +
2-14* 10 + +
Референс-штаммы, CDC, (Атланта, США), 1988
L. dumoffii АТСС 33343 TEX-KL 3
L. micdadei 3
ATCC 33218
TATLOCK
L. pneumophila 3 + +
Philadelphia 1
ATCC 33152
L. pneumophila 3 + +
Togus 2
ATCC 33154
L. pneumophila 3 + +
Bloomington 3
ATCC 33155
Примечание: * – серогруппу определяли с помощью набора реагентов для латекс-агглютинации NEW Legionella Latex Test Serogroup 1-14 (Oxoid, Великобритания).

Формула изобретения

Набор для детекции возбудителя L. pneumophila в биологическом материале и объектах окружающей среды, содержащий видоспецифичные праймеры Lp1 – 5′-GCTTGGTGCTGTGAAAGGTA-3′, Lp2 – 5′-CCTCCAATAAAGGAGATGCAA-3′ и зонд Lp-з – 5′-ROX-ТСACCGTACGCACATCCGCA-BHQ2-3′, используемые при амплификации фрагмента гена ftsZ L.pneumophila в пределах с 397 по 758 нуклеотид полной последовательности локуса, имеющего нуклеотидную последовательность SEQ ID NO 1.

РИСУНКИ

Categories: BD_2397000-2397999