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第18章 牛结核病流行病学(2)

对于以IS6110为基础的DNA指纹技术,有三个指标是非常关键的,即限制性内切酶的特异性、探针的性质和恰当的分子标准。推荐使用Pvu II作为限制性内切酶是由于Pvu II在IS6110上仅有一个酶切位点,即对IS6110序列仅切割一次。探针经PCR扩增后可用地高辛或过氧化物酶等非发射性物质标记,并对应于IS6110Pvu II位点右侧的245bp片段。实验中以supercoiled DNAladder和HaeIII消化的小X174混合物为内标准,覆盖了IS61100.9-l0kb大部分杂交片段。结核分枝杆菌参比菌Mt14323DNA为外标准,该菌株经Pvu II消化后得到12个分布较均匀的条带。

虽然IS6110-RFLP是推荐的标准方法,但也有一些局限性。首先是需菌量大。通常需要大约3~4周进行培养以获得足量DNA;其次是操作复杂,需要数周才能得到期望的结果;另外需要软件支持;对于含IS6110拷贝数少甚至是零拷贝的菌株很难鉴别。因此国际上逐渐建立一些以PCR为基础的DNA分型方法,通过多种分型技术多步分析的方法替代标准指纹分型,以达到快速鉴定的目的。

2.分枝杆菌散在重复单位(MIRU)分型技术

分枝杆菌散在重复单位(MIRU)分型技术是近年来发展起来的以PCR为基础的分型技术。MIRUs为40~100bp的DNA元件,通常以串联重复形式散布在结核分枝杆菌复合群基因组中。H37Rv基因组中含41个MIRU区,其中有12个区具有多态性,其拷贝数在不同菌株之间存在差异。MIRU技术利用不同菌株之间这12个区拷贝数的差异达到鉴定菌株的目的。由于这该方法对结核分枝杆菌的鉴定结果以数字表示,结果分析简单明了,便于对不同实验室之间的结果进行比较。其分辨力与IS6110-RFLP分型接近,只需一天即可完成对菌株的鉴定,被认为是有望替代IS6110-RFLP分型技术的新方法。Supply等采用荧光标记引物,利用多重PCR技术,在一管内扩增三对引物,利用Genescan和Genotyper软件对结果进行分析,使MIRU技术成为一种自动的高通量的快速分型方法,对结核分枝杆菌大规模的基因分型提供了一个有利的工具。

3.可变DNA串联重复区(Variable Number of Tandem DNA Repeats,VNTR)

Richard Frothingham等介绍了一种以PCR为基础的分型方法VNTR。它是基于识别H37Rv基因组的11个串联重复区而建立的方法。这11个重复区由5个多态性串联重复区(MPTR)和6个有代表性的直接重复区(ETRs)组成。近来的研究表明,仅用5个区(ETR-A-E)就对结核分枝杆菌调查有足够的分辨力。针对这11个区设计引物并对不同DNA样品进行PCR扩增,根据PCR产物的片段大小来决定每一区串联重复序列的拷贝数。VNTR除具备以PCR为基础的分型方法的所有优点外(即快速、需样量少等),还可利用不同的拷贝数产生简单的数字结果,从而便于分析。

Ingrid Fillio等报道VNTR分型方法有助于构建结核分枝杆菌复合群的进化树,认为该方法可以提供额外的物种进化的信息。但同时Ingrid Filliol等提出单独使用VNTR分型方法的分辨能力较差(HGI<;90%),而当与Spoligotyping和DRE-PCR结合起来的分辨能力则明显增强(HGI=0.992)。因此,不主张用VNTR分型单独作为一线指纹方法,而强调将两个以上分型方法结合起来的多步筛选方法进而提高分辨力。

4.间隔区寡核苷酸分型技术

间隔区寡核苷酸分型近年来成为进一步检测MTB复合群并对其分型的方法。该方法的基本原理是基于直接重复区(DR区)的多态性。Hermans等人描述,DR区只出现于结核分枝杆菌复合群中,由若干个保守的长为36bp的直接重复序列组成,并被非重复序列即间隔区分隔开。每个间隔区序列长为34~41bp。Spoligotyping通过扩增这些间隔区,将带有标记的扩增产物与膜上结合的43个寡核甘酸探针杂交,再通过ECL化学发光法检测,即可得到较为特异的结果。通常间隔区的顺序在所有菌株都是相同的,但可能会发生某一间隔区的插入或缺失,因此利用Spoligotyping就可以对结核分枝杆菌进行株水平的鉴定。由于所有的M.bovis和M.bovis BCG菌都缺乏39~43间隔区而含有33~38间隔区,因此,利用spoligotyping技术可以从结核分枝杆菌复合群中分辨出M.bovis和M.bovis BCG,但这种方法还不能从M.bovis BCG中区分M.bovis。目前商品化的Spoligotyping试剂盒已经上市,一次可以作45个样本,这也促进了该方法的进一步推广。与IS6110-RFLP相比Spoligotyping最大优点是它可对结核分枝杆菌进一步分型到亚种水平,对含IS6110拷贝数较少的菌株的分辨力较高,可以进一步鉴定IS6110-RFLP分型不能鉴定的菌株。因此Spoligotyping技术在世界范围得到普遍推广和应用,具有较为广泛的应用前景。

5.扩增片段长度多态性分析(AFLP)和荧光扩增片段长度多态性分析(FAFLP)

AFLP基于选择性扩增基因组DNA限制性片段,通常这一技术包含三个步骤:①DNA的限制性酶消化和寡核甘酸接头的连接。②选择性扩增一系列限制性片段。③扩增片段的凝胶分析。

其原理是DNA被两个限制性内切酶如EcolR I-Mse I切割后,同时使用二种酶的接头。双链接头连接到DNA片段的末端,接头和限制性位点的序列作为引物结合的位点,然后进行PCR扩增。这样,不用预先知道核酸序列就可以获得一系列限制性片段。AFLP与RFLP两种指纹技术名称相似,都是利用限制性内切酶获得限制性片段,二者的差别在于前者是展示限制性片段的存在或缺失,后者则是展示片段长度的差异。使用AFLP方法的优点是扩增片段的数量及扩增条带的数量都是可控的。并且AFLP技术在基因和物理图谱之间架起一道桥梁。首先AFLP是揭示限制性片段长度多态性的有效工具;其次,它可以用于检测相应的基因组克隆;另外,该技术还可用于克隆化的DNA片段诸如质粒的指纹检测。

荧光扩增片段长度多态性分析(FAFLP)即一个引物用荧光标记的扩增片段长度多态性分析。选用EcoR I-Mse I共同切割DNA。与EcoR I衔接头对应的引物用荧光标记。FAFLP是基于整个基因组而不是基于可移动元件的插入位点,展示了独特的精确的片段尺寸以及独特的重复性特征。对于仅有一条带之差的菌株之间也能识别。正是这些特点,使该方法优于那些Southern-blot基础上的分型方法。对于含多个IS6110拷贝的菌株来说FAFLP分辨能力高于Spoligotyping,而对于含IS6110低拷贝的菌株,两者的分辨能力则相反。当FAFLP与IS6110-RFLP两种方法结合起来时即使对含IS6110低拷贝的菌株分辨能力也很高。FAFLP不但能揭示那些IS6110-RFLP分型所不能提供的菌株的传播而且还从种水平揭示结核分枝杆菌的进化。

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