Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Нефедченко А.В.

ФГБУН «Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий» РАН (СФНЦА РАН) Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока

Глотов А.Г.

ФГБУН «Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий» РАН (СФНЦА РАН) Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока

Котенева С.В.

ФГБУН «Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий» РАН (СФНЦА РАН) Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока

Глотова Т.И.

ФГБУН «Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий» РАН (СФНЦА РАН) Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока

Разработка и испытание полимеразной цепной реакции в режиме реального времени для идентификации и количественного определения респираторно-синцитиального вируса крупного рогатого скота

Авторы:

Нефедченко А.В., Глотов А.Г., Котенева С.В., Глотова Т.И.

Подробнее об авторах

Просмотров: 1496

Загрузок: 53


Как цитировать:

Нефедченко А.В., Глотов А.Г., Котенева С.В., Глотова Т.И. Разработка и испытание полимеразной цепной реакции в режиме реального времени для идентификации и количественного определения респираторно-синцитиального вируса крупного рогатого скота. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2020;38(3):145‑150.
Nefedchenko AV, Glotov AG, Koteneva SV, Glotova TI. Development and testing of the real-time polymerase chain reaction for identification and quantitative determination of the bovine respiratory syncytial virus. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2020;38(3):145‑150. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/molgen202038031145

Рекомендуем статьи по данной теме:
Рес­пи­ра­тор­но-син­ци­ти­аль­ный ви­рус: би­оло­гия, ге­не­ти­чес­кое раз­но­об­ра­зие и пер­спек­тив­ные средства борь­бы. Мо­ле­ку­ляр­ная ге­не­ти­ка, мик­ро­би­оло­гия и ви­ру­со­ло­гия. 2024;(1):16-24

Введение

Респираторные болезни причиняют экономический ущерб молочному скотоводству, вызывая гибель или снижение скорости роста животных, увеличивая затраты на лечение, проведение диагностических и профилактических мероприятий [1—3].

Респираторно-синцитиальный вирус (РСВ) крупного рогатого скота (КРС), являющийся по международной классификации Bovine orthopneumovirus или Bovine respiratory syncytial virus (BRSV) одним из этиологических агентов респираторных болезней, относится к семейству Pneumoviridae, роду Orthopneumovirus [4]. Респираторно-синцитиальная инфекция (РСИ) КРС регистрируется во всех странах мира, где развит интенсивный тип ведения животноводства [5, 6].

У восприимчивых животных вирус вызывает бронхиолиты, бронхиты, интерстициальную пневмонию и эмфизему легких [5, 7].

Впервые о выявлении РСИ КРС в нашей стране было сообщено в 1975 г. [8]. Многие исследователи в своих работах уделили большое внимание изучению особенностей распространения болезни и разработке средств и методов ее диагностики [9—12].

Актуальными являются определение эпизоотической ситуации по РСИ КРС в крупных молочных животноводческих хозяйствах, особенно с наличием импортированного скота, исследование тропизма вируса к органам респираторного тракта и его количественная оценка в них. Такие исследования необходимы для оптимизации противоэпизоотических мероприятий, изучения эффективности вакцин и противовирусных препаратов для животных [13—16].

Известно, что РСВ КРС проявляет близкое родство с РСВ человека и вызывает у телят клинические симптомы и патологические изменения, сходные с таковыми у детей [7, 16].

В настоящее время надежной модели РСИ человека не существует, хотя предпринимались попытки воспроизведения инфекции на шимпанзе [16], крупном рогатом скоте [17, 18], овцах [18], хлопковых крысах [19], мышах [20, 21].

Предполагается, что КРС может представлять собой альтернативную модель инфекции человека и использоваться не только для изучения конечной концентрации вируса в легких, как у хлопковых крыс или обезьян, но и для оценки динамики изменения клинических симптомов и концентрации вируса на каждой стадии болезни [20].

Количественная оценка накопления РСВ КРС в легких затруднительна по причине слабого размножения вируса в культуре клеток. Перспективным в этом направлении может быть использование полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени. В доступной зарубежной литературе есть сообщения об оценке титра вируса при искусственном заражении телят-гнотобионтов только в назофарингеальных смывах или бронхоальвеолярном лаваже [22, 23], о поражении легких вирусом судили по результатам иммуногистохимического исследования легочной ткани [24—26].

С помощью количественной ПЦР возможно определить концентрацию возбудителей, которые плохо размножаются в культурах клеток или легко разрушаются. При этом для оценки сохранности нуклеиновых кислот в пробах применяют скрининг эталонных генов: 18S рРНК, GAPDH, ACTB, PRKG1, TBP и др. [27], экспрессия которых может варьировать в зависимости от вида ткани и условий эксперимента.

В настоящее время в качестве эталона (положительного контроля) для количественной оценки экспрессии генов в ПЦР используется ген Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). Уровень мРНК GAPDH в различных органах КРС достаточно стабилен [27], поэтому мы использовали его для количественной оценки РНК РСВ КРС.

Цель исследования — разработка ПЦР в реальном времени для выявления и количественной оценки РНК РСВ КРС и с ее помощью изучение количества вирусного генома в органах респираторного тракта у больных животных во время вспышек болезни.

Материал и методы

Исследования проводили на крупных молочных комплексах (мегафермы) в момент вспышек массовых респираторных болезней животных. Всего исследовали 273 пробы биоматериала, отобранные случайным образом от телят, возраст которых составлял от 10 дней до 6 мес: 171 пробу легких, 45 — носовых выделений, 24 — экссудата из трахеи, бронхов и носовых синусов, 14 — слизистой оболочки бронхов и трахеи, 10 — лимфатических узлов и 9 — бронхов, отобранных от павших и вынужденно убитых с диагностической целью животных. Пробы доставляли в замороженном состоянии или транспортной среде в течение не более 12 ч с момента отбора в лаборатории, в которой хранили при –80 оС.

Перед исследованием пробы биоматериала растирали в фарфоровых ступках со стерильным песком, гомогенизировали и готовили 10% суспензии на физиологическом растворе, которые центрифугировали в течение 15 мин при 3000 об/мин и исследовали в ОТ-ПЦР. Густые пробы носовых выделений и экссудата перед центрифугированием разводили стерильным физиологическим раствором в соотношении 1:5. Для выделения РНК использовали по 100 мкл осветленного супернатанта.

В работе использовали штамм вируса РСВ КРС РС-Б, полученный из БелНИИЭВ им. С.Н. Вышелесского. Концентрация вируса была определена методом титрования в первично-трипсинизированной культуре легких теленка и составила 103,5 ТЦД50/см3.

Экстракция РНК и обратная транскрипция

РНК выделяли из 100 мкл гомогенизата органов или носовых выделений с помощью набора Литех (Россия) в соответствии с рекомендациями производителя. Очищенную РНК ресуспендировали в 50 мкл РНК-буфера. Для проведения обратной транскрипции использовали 10 мкл выделенной РНК. Реакцию проводили с помощью набора Реверта-L (Россия) в соответствии с рекомендациями производителя. После проведения реакции объем пробы составлял 40 мкл.

Праймеры и зонды

Подбор праймеров и зондов осуществляли с использованием нуклеотидных последовательностей, полученных из международной базы данных GenBank. При выравнивании полученных последовательностей, а также анализе и расчете праймеров и зондов, изучении их специфичности применяли компьютерные программы Vector NTI 9.0 (Informax, США) и интернет-ресурсы базы данных Национального центра биотехнологической информации США (NCBI) в режиме онлайн. В качестве внутреннего контроля использовали праймеры и зонды к мРНК гена GAPDH крупного рогатого скота (табл. 1).

Таблица 1. Праймеры и зонды, использованные в работе для проведения ПЦР в режиме реального времени

Вид

Ген

Последовательности

Размер (п.н.)

Источник

BRSV

Протеин нуклеокапсида (N)

5-ATGCTGCAGGACTAGGTATAATGG-3

5-ACACTGTAATTGATGACCCCATTCTC-3

5-(FAM) ATGCTGCCAAAGCATATGCGGAACA CA-3(BHQ1)

120

Собственная разработка

Bos taurus

GAPDH

5-GATGGTGAAGGTCGGAGTGAAC-3

5-GTCATTGATGGCGACGATGT-3

5-(ROX)-CTGGTCACCAGGGCTGCTT-3(BHQ2)

100

[27]

Постановка ПЦР

ПЦР проводили в 30 мкл смеси, содержащей 5 мкл кДНК, 10 pMol каждого праймера и зонда, готовую смесь реактивов БиоМастер ПЦР-РВ («Биолабмикс», Россия). Программа амплификации: 5 мин 95 °C, затем 45 циклов 95 °C 15 с и 60 °C 1 мин.

Положительные контрольные образцы

Положительные контрольные образцы были получены в результате клонирования синтезированных ДНК-фрагментов, несущих вирусоспецифическую вставку, в плазмиду pCR2.1 (Invitrogen, США) с использованием для трансформации клеток Escherichia coli линии TOP 10 (Invitrogen).

Определение концентрации ДНК

Для определения концентрации плазмидной ДНК применяли коммерческий набор реагентов Quant-iT DNA HS (Invitrogen) и флуориметра QUBIT (Invitrogen).

Количественная оценка вирусной РНК

Для расчета количества РНК в образце была построена стандартная кривая амплификации с 10-кратными разведениями положительных контрольных образцов для генов гликопротеина N и GAPDH с известной концентрацией. Количество РНК вируса и GAPDH в образце оценивали путем сопоставления Ct образца со стандартной кривой и выражали в log10 копий РНК вируса на 105 копий GAPDH (log10 BRSV/GAPDH) [15].

Верифицикация результатов

Для верификации результатов дополнительно проводили исследование проб биоматериала тест-системой на основе ПЦР для диагностики РСИ КРС, разработанной в ИЭВСиДВ СФНЦА РАН: свидетельство о Госрегистрации №ПВР-1-8.9/02499. Данная тест-система была разработана для выявления фрагмента гена гликопротеина F-вируса.

Результаты и обсуждение

В табл. 1 приведены нуклеотидные последовательности праймеров и зондов. Специфичность выбранных олигонуклеотидов на этапе расчетов анализировали, применяя программу nucleotide Blast NCBI. По результатам исследований, установили, что выбранные праймеры и зонды не имели гомологии с ДНК КРС и основными вирусами, участвующими в этиологии респираторных болезней: вирус инфекционного ринотрахеита (Bovine herpes virus type 1, BoHV-1), вирус вирусной диареи (Bovine pestivirus type A, B, H, (BVDV)), коронавирус (Bovine coronavirus, BoCV), риновирус (Bovine Rhinovirus, BoRV) и вирус парагриппа-3 (Bovine parainfluenza type 3 virus, PI-3).

Положительные контрольные образцы (ПКО) использовали для оценки эффективности прохождения ПЦР в реальном времени, для чего были приготовлены последовательные 10-кратные их разведения. Исследование проводили в трех повторностях. Разведения ПКО вносили по 5 мкл на реакцию. Чувствительность реакции для выявления гена нуклеопротеина N РСВ КРС составила 2,5·103 геномных эквивалентов на 1 см3, а гена GAPDH — 1,2·103 геномных эквивалентов на 1 см3 с сильной линейной зависимостью (R2) — 0,9873 и 0,9976 соответственно. Коэффициент воспроизводимости для разных разведений колебался от 0,32 до 3,57%, что свидетельствует о высокой эффективности реакции (табл. 2).

Таблица 2. Точность количественного определения ПКО BRSV и GAPDH

ПКО

Пороговый цикл (Ct) различных концентраций ПКО (log10/см3)

R2

9

8

7

6

5

4

3

BRSV

Ср. Ct±Ст.О.

13,39±0,39

15,55±0,55

18,92±0,30

22,82±0,20

24,70±0,12

28,99±0,86

33,84±0,66

0,9873

КВ, %

2,88

3,54

1,60

0,86

0,49

0,32

0,65

GAPDH

Ср. Ct±Ст.О.

16,74±0,60

19,47±0,46

22,26±0,58

26,45±0,46

29,44±0,32

32,71±0,37

35,76±0,31

0,9976

КВ, %

3,57

2,35

2,61

1,75

1,07

1,13

0,87

Примечание. Начальная концентрация положительных образцов составила 2,5·1010 ГЭ/мл для BRSV, и 1,2·1010 ГЭ/мл для GAPDH. Среднее Ct±стандартное отклонение (Ст.О.). Коэффициент вариации (КВ).

С помощью тестирования 10-кратных разведений контрольного штамма РСВ КРС РС-Б с заранее определенной концентрацией, равной 103,5 ТЦД50/см3, была оценена эффективность реакции для количественной оценки концентрации вирусной РНК. Для этого приготовили 7 последовательных 10-кратных разведений вируса, из которых выделили РНК и исследовали в ПЦР, а ее результаты сопоставили с данными кривой разведений ПКО. Предел чувствительности реакции составил 100,5 ТЦД50/см3 (рисунок), что соответствовало 5 log10 ПКО/см3.

Эффективность амплификации разведений штамма РС-Б относительно разведений ПКО.

График стандартной кривой разведений ПКО BRVS построен на основании среднего трех повторных измерений. Приведены коэффициент детерминации (R2) и уравнение регрессии кривой (у). + — пороговый цикл для разведений штамма РС-Б.

С использованием разработанной ПЦР исследовали 273 пробы биоматериала от животных. Вирус выявили в 53 пробах, что составило 19,4% (табл. 3).

Таблица 3. Результаты выявления вируса РСИ КРС методом ПЦР в пробах биоматериала различного происхождения (n=273)

Биоматериал

Количество исследованных проб/положительных

Количество положительных проб от количества исследованных, %

Концентрация вируса в пробе, log10 копий РНК BRSV/GAPDH

Носовые выделения

45/6

2,2

1,5±0,75—2,1±0,25

Экссудат из трахеи, бронхов, носовых синусов

24/11

4,03

0,3±0,21—2,8±0,15

Слизистая оболочка трахеи и бронхов

14/2

0,73

0,3±0,21—1,3±0,21

Бронхи

9/3

1,1

0,5±0,03—1,2±0,29

Легкие

171/29

10,61

1,3±0,5—4,8±0,47

Легочные лимфатические узлы

10/2

0,73

0,1±0,03—0,3±0,03

Всего

273/53

19,4

0,6±0,28—2,08±0,23

Из данных табл. 3 видно, что геном вируса чаще выявляли в легких — 10,61% положительных проб, пробах трахеального и бронхиального экссудатов — 4,03%, носовых выделениях — 2,2% и бронхах — 1,1%. Реже вирус обнаруживали в слизистой оболочке трахеи и бронхов, а также в легочных лимфатических узлах — по 0,73% положительных проб. Концентрация вируса в пробах биоматериала различалась, что, возможно, свидетельствует о различных стадиях развития инфекции у животных, при которых они были отобраны. Максимальные концентрации генома вируса определяли в легких (1,3±0,5—4,8±0,47 log10 копий РНК BRSV/GAPDH), носовых выделениях (1,5±0,75—2,1±0,25 log10 копий РНК BRSV/GAPDH) и экссудате трахеи, бронхов и носовых синусов (0,3±0,21—2,8±0,15 log10 копий РНК BRSV/GAPDH).

Результаты в 100% случаев совпадали с данными, полученными при исследовании этих же образцов биоматериала при помощи ранее разработанной тест-системы с электрофоретической детекцией продуктов амплификации.

При создании набора для ПЦР в реальном времени, позволяющего провести идентификацию и количественную оценку РНК РСВ КРС в пробах биоматериала от животных, нами был выбран ген оболочечного гликопротеина N-вируса, поскольку он является одним из наиболее консервативных генов. В качестве гена сравнения и контроля ПЦР использовали мРНК гена глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (GAPDH), поскольку она наиболее стабильно экспрессируется в легких КРС на высоком уровне. Обе реакции обладали высокой чувствительностью и воспроизводимостью. Коэффициент воспроизводимости для разных разведений колебался от 0,32 до 3,57%, что свидетельствует о высокой эффективности реакции (см. табл. 2).

С помощью тестирования 10-кратных разведений контрольного штамма РСВ КРС РС-Б с известной концентрацией была определена диагностическая чувствительность реакции. Концентрация вируса, равная 103,5 ТЦД50/см3, соответствовала 8 log10 ПКО, а концентрация 100,5 ТЦД50/см3 — 5 log10 ПКО. Наши результаты в общем виде согласуются с данными зарубежных исследователей, сообщавших о высокой чувствительности количественной ПЦР, равной 0,1 ТЦД50/см3 при тестировании вакцинного вируса и проб транстрахеальных лаважей от больных телят [28, 29].

Ранее нами было изучено распространение вируса в органах респираторного тракта телят, больных РСИ, при помощи ПЦР в электрофорезном формате, однако концентрацию агента определить не удалось по причине ограничения метода [30]. В настоящей работе при помощи количественной ПЦР в режиме реального времени нами была предпринята попытка определения количества генома вируса в пробах, отобранных от больных телят случайным образом, без учета стадии развития инфекции.

В нашей работе максимальное накопление вируса происходило в легких и носовых выделениях, что подтверждает данные об его тропизме к интерстицию легочной ткани [5, 7]. Концентрация вируса в бронхах была ниже, чем в легких, что может быть связано с миграцией возбудителя со слизистой оболочки в ткань легких и вызванными деструктивными изменениями в ней. Косвенным подтверждением этому является наличие интерстициальной пневмонии и эмфиземы легких при вскрытии трупов обследуемых телят.

Заключение

Проведена работа по созданию набора компонентов для выявления и количественного определения РНК РСВ КРС в пробах биоматериала от животных при естественном заражении во время вспышек инфекции. В результате определения диагностической и аналитической чувствительности набора показано, что он обладает высокой специфичностью и чувствительностью, благодаря чему может быть использован для идентификации и определения количества РСВ КРС при изучении патогенеза болезни, эффективности вакцин или противовирусных препаратов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail



Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.