4,种方法对肠道致病菌的核酸提取效率比较
徐 颖 张 瑾 滕新栋 张 娟 孙燕茹 梁 洁 徐翮飞 杜建森青岛国际旅行卫生保健中心(山东,青岛,266000)
腹泻性肠道致病菌主要包括沙门氏菌、大肠O157:H7、志贺氏菌、副溶血弧菌等,是严重危害人类健康的主要因素。中国2009 年-2011 年从9 个口岸监测采集79 例旅行者腹泻样本,其中57.52%是由沙门氏菌感染所致,4.35%由副溶血弧菌感染所致。在全世界范围内,大肠埃希菌感染占旅行者腹泻的40%-70%,志贺氏菌在世界范围内也相当常见。肠道致病菌的传统检测技术已经越来越不能满足人们的要求,随着肠道致病菌检测技术的不断发展,分子生物学技术因具有特异性强、灵敏度高、快速简便等优点,已被广泛应用于各类肠道致病菌的检测中[1]。而肠道致病菌的快速检测技术成为了国内外关注和研究的热点之一。
DNA 提取是肠道病原菌分子生物学检测技术的基础和关键技术环节之一,所提取的DNA 的含量和质量不仅影响到检测的速度,也影响着检测的特异性和灵敏性。不同方法对不同类型病原菌的提取效率存在很大差异。细菌DNA 提取的方法有很多,本研究对比了水煮法、碱液加热裂解法、Chelex-100 提取法、商品试剂盒DNA 提取法4 种方法对志贺氏菌、出血性大肠埃希氏菌(O157:H7)、沙门氏菌基因组DNA 的提取效果,并用PCR 扩增产物进行验证核酸提取效率,比较4 种方法的提取效率和灵敏度,选出一种简单、快速、适合大规模提取肠道致病菌核酸的方法,为进一步进行肠道致病菌分子检测研究提供基础。
1.1 菌种及来源
沙门氏菌标准菌株、志贺氏菌标准菌株、出血性大肠埃希氏菌(O157:H7)标准菌株均来自青岛海关技术中心实验室保存菌株。
1.2 主要试剂
PCR 反 应 试 剂、DNA Marker、TAE 缓 冲 液、Loading Buffer、琼脂糖、蛋白酶K、细菌核酸提取试剂盒等均购自上海生工,Chelex-100 购自SIGMA 公司,NaOH(分析纯)为上海化学试剂厂产品,营养琼脂购自北京陆桥,引物由上海生工合成。
1.3 方法
1.3.1 标准菌液配制
将沙门氏菌标准菌株、志贺氏菌标准菌株、出血性大肠埃希氏菌(O157:H7)标准菌株分别在固体培养基上划线分离,用接菌环从固体培养基上挑取单个菌落,加入1 mL 生理盐水中混匀,用浊度仪记录浊度,根据麦氏比浊法用生理盐水调整菌液浊度为0.5 麦氏标准,细菌浓度约1×108-1×101CFU/mL的原始菌液。
1.3.2 引物
沙门氏菌的引物序列:Fsal:5’-GCCGGTAAACTACACGATGA-3’,Rsal:5’-GAGTTACTGAACCAA-CAGCT-3’,目标扩增片段长度为526 bp。志贺氏菌的引物序列:Fshig:5’-GTTCCTTGACCGCCTTTCCGATACCGTC-3’,Rshig:5’-GCCGGTCAGCCACCCTCTGAGAGTAC-3’,目标扩增片段长度为629 bp[2]。出血性大肠埃希氏菌(O157:H7)的引物序列:F157:5’-TTCAAACAGAGGACCATC-3’,R157:5’-CCCAGCCACTAAGTATTG-3’,目标扩增片段长度为636 bp[3]。
1.4 DNA 提取方法
1.4.1 水煮法
取配置好的菌液1 mL,12 000 r/min 离心10 min,弃上清。加入150 μL 纯水中,混匀,100 ℃煮沸15 min,10 00 0 r/min 离心5 min,上清液即为DNA[4]。
1.4.2 碱液加热裂解法
取配制好的菌液1 mL,12 000 r/min 离心10 min,弃上清。加入20 mmol/L 的NaOH 溶液100 μL,混匀,煮沸10 min,置于4 ℃冰箱中30 min,12 000 r/min离心10 min,上清液即为DNA。
1.4.3 Chelex-100 提取法
取配置好的菌液1 mL,12 000r/min 离心10 min,弃上清。加入200 μL 5%的Chexlex-100,加入10 μL蛋白酶K(20 mg/mL),混匀,56 ℃下孵育20 min,然后放置在沸水浴中8 min,置于4 ℃冰箱中30 min,12 000 r/min 离心10 min,上清液即为DNA。
1.4.4 商品试剂盒DNA 提取法
使用生工细菌核酸提取试剂盒,操作过程依据说明书步骤进行。
1.5 基因组DNA 检测
采用1%琼脂糖凝胶电泳检测所提取的基因组DNA,上样量为3 μL,3-5 V/cm 恒压电泳20-40 min。
1.6 PCR 扩增及产物分析
1.6.1 PCR 反应体系
10×Buffer 5.5 μL,dNTP 1 μL,引物浓度20 μmol/L各1μL;
模板3 μL;
Taq DNA 聚合酶0.5 μL;
ddH2O 13 μL[2]。
1.6.2 PCR 反应条件
94 ℃3 min;
94 ℃30 s,65 ℃30 s,72 ℃30 s,30 次循环,72 ℃延伸10 min,4 ℃保温。
1.6.3 产物分析1.8%-2%浓度的琼脂糖凝胶,上样量为5 μL,3-5 V/cm 恒压电泳20-40 min,结果记录保存。
1.7 碱液加热裂解法提取的DNA 特异性检测
按碱液加热裂解法要求提取沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 的基因组DNA,分别用沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 的特异引物进行PCR 扩增及产物分析。
1.8 碱液加热裂解法灵敏度检测
将沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 的原始菌液,用生理盐水10 倍梯度稀释至1×108-1×101CFU/mL。对8 个梯度的菌液按碱液加热裂解法要求提取DNA,DNA 分别进行PCR 扩增及产物分析。
2.1 4 种方法提取效果
用水煮法、碱液加热裂解法、Chelex-100 提取法、商品试剂盒DNA 提取法同时提取沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 的标准菌株的基因组DNA,提取的核酸的琼脂糖凝胶电泳检测结果见图1。商品试剂盒DNA 提取法提取的基因组DNA 条带清晰且大小片段均有,Chelex-100 提取法条带最明亮但是集中在小片段,碱液加热裂解法片段有明显的拖尾和弥散,水煮法有时不能显示明显的条带。
图1 4 种方法提取的DNA 电泳结果
2.2 PCR 扩增结果
4 种方法分别提取到的沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 DNA 进行PCR 扩增,扩增产物的琼脂糖凝胶电泳结果见图2-4。除水煮法外,其他方法获得的扩增产物条带较淡,其余方法获得的扩增产物条带均清晰明亮。
图2 4 种方法提取沙门氏菌DNA 的PCR 扩增产物的电泳结果
2.3 碱液加热裂解法特异性检测
分别用沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 的特异引物扩增沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 的基因组DNA,扩增产物的琼脂糖凝胶电泳结果见图5,每种引物均能扩增出各自菌株相应的特异性条带,且条带清晰、单一、明亮,说明碱液加热裂解法获得的基因组DNA 可以满足细菌检测的特异性要求。
图3 4 种方法提取志贺氏菌DNA 的PCR 扩增产物的电泳结果
图4 4 种方法提取O157:H7 DNA 的PCR 扩增产物的电泳结果
图5 碱液加热裂解法提取志贺氏菌、O157:H7、沙门氏菌DNA 的特异性PCR 扩增产物的电泳结果
2.4 碱液加热裂解法灵敏度检测
对沙门氏菌、志贺氏菌、O157:H7 1×108-1×101CFU/mL 8 个浓度梯度的菌液分别提取DNA,再分别进行PCR 扩增,扩增产物的琼脂糖凝胶电泳结果见图6-8。3 株细菌结果均显示,在细菌浓度为1×102CFU/mL 时,碱液加热裂解法提取得到的基因组DNA 可以被有效检出。
图6 梯度浓度的沙门氏菌核酸的PCR 扩增产物的电泳结果
图7 梯度浓度的志贺氏菌核酸的PCR 扩增产物的电泳结果
图8 梯度浓度的O157:H7 的PCR 扩增产物的电泳结果
目前肠道致病菌的基因组DNA 提取方法除了传统的酚氯仿法以外,可以粗略的分为4 类,包括改良DNA 提取法、Chelex-100 提取法、加热煮沸法和试剂盒提取法[1]。传统的酚氯仿提取法和改良方法费时费力,且需要使用酚类物质,有一定的毒性,大量使用有害健康、污染环境,不适合规模化、常规化使用。加热煮沸法利用高温破碎细菌,并使蛋白质变性而收集DNA,方法简单、快速、成本低,但是DNA 纯度在很大程度上会受到样本种类的影响,产物中会含有大量的蛋白质等杂质[1]。Chelex-100 提取法是一种聚苯乙烯基体离子交换树脂,该树脂悬液可以在碱性、100 ℃下破碎细胞并使蛋白质变性,从而释放DNA。Chelex-100 法可螯合金属离子,在煮沸的过程中保护DNA 并且减少抑制PCR 反应的物质[1],操作简单,提取时间短,但是提取的DNA 浓度和纯度不如商品试剂盒法,且提取的核酸保存时间短,只能用于短期检测,核酸的重复性不稳定,不能满足一线需求。试剂盒提取法获得的DNA 纯度、浓度都相对比较高且质量稳定,但是试剂盒价格昂贵,在实际的现场和口岸实验室检测中,对成本的限制较大,同时操作比较繁琐,耗费人工太多,不适用于大规模样本的提取[5]。碱液裂解法是一种简单的细菌基因组DNA 提取方法,其原理是在强碱性和一定温度下能迅速破碎细胞膜和核膜,使核酸酶变性并释放DNA。虽然此方法获得的DNA 浓度和纯度不如试剂盒法,但是能够满足PCR 的扩增反应,既能减少试剂的使用,又可以在短时间内完成对样本的有效提取,具有简便、高效、快速和成本低的特点,特别适合同时处理大量样本的口岸一线实验室使用,为高效提取肠道致病菌DNA 提供了一个参考依据。
本研究选择水煮法、碱液加热裂解法、Chelex-100 提取法、商品DNA 提取法分别提取3 株肠道病原菌基因组DNA。经PCR 验证,4 种方法中,水煮法成本最低且效率最低;
商品试剂盒DNA 提取法效率最高但成本最高;
Chelex-100 法获得的小片段最多,核酸易降解;
碱液加热裂解法相对成本低、操作快、稳定性好、重复性好,获得的核酸能够满足肠道致病菌检测的特异性要求,核酸提取的灵敏度达到1×102CFU/mL。以碱液加热裂解法作为基础,研究在短时间内获得大量的、高效的细菌基因组DNA的提取方法,以满足口岸一线的快速通关、准确检测的要求,有着重要的指导意义。
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【学习心得体会】 日期:2022-10-31
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全面从严治党的心得体会800字7篇
全面从严治党的心得体会800字7篇全面从严治党的心得体会800字篇1中国特色社会主义是我们党领导
【学习心得体会】 日期:2022-12-14
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【教师心得体会】 日期:2022-08-11
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【学习心得体会】 日期:2022-12-24
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2024年主题教育民主生活会批评与自我批评意见(38条)(范文推荐)
2023年主题教育民主生活会六个方面个人检视、相互批评意见:1 理论学习系统性不强。学习习近平新时代中国特色社会主义思想不深不透,泛泛而学的时候多,深学细照的时候少,特...
【邓小平理论】 日期:2024-03-19
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2024年交流发言:强化思想理论武装,增强奋进力量(完整)
习近平总书记指出:“一个民族要走在时代前列,就一刻不能没有理论思维,一刻不能没有思想指引。”党的十八大以来,伴随着新时代中国特色社会主义思想在实践中形成发展的历程...
【三个代表】 日期:2024-03-19
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2024年度镇年度县乡人大代表述职评议活动总结
xx镇20xx年县乡人大代表述职评议活动总结为响应县级人大常委会关于开展县乡两级人大代表述职评议活动,进一步激发代表履职活力,加强代表与人民群众的联系,提高依法履职水平...
【马克思主义】 日期:2024-03-19
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“千万工程”经验学习体会(研讨材料)
“千万工程”是总书记在浙江工作时亲自谋划、亲自部署、亲自推动的一项重大决策,也是习近平新时代中国特色社会主义思想在之江大地的生动实践。20年来,“千万工程”先后经历...
【三个代表】 日期:2024-03-19
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2024年在市政协机关工作总结会议上讲话
同志们:刚才,XX同志对市政协机关20XX年工作进行了很好的总结,很精炼,很到位,可以感受到去年机关工作确实可圈可点。XX同志宣读了表彰决定,机关优秀人员代表、先进集体代...
【邓小平理论】 日期:2024-03-18
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在全区防汛防涝动员暨河长制工作推进会上讲话提纲【完整版】
区长,各位领导,同志们:汛期已经来临,我区城区防涝工作面临强大考验,形势不容乐观。年初,区城区防涝排渍指挥部已经召开专题调度会,修订完善应急预案,建立网格化管理机...
【马克思主义】 日期:2024-03-18
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2024年镇作风整治工作实施方案(完整文档)
XX镇作风整治工作实施方案为深入贯彻落实党的二十大精神及省市区委深化作风建设的最新要求,突出重点推进干部效能提升,坚持不懈推动作风整治工作纵深发展,根据《关于印发《2...
【毛泽东思想】 日期:2024-03-18
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2024市优化法治化营商环境规范涉企行政执法实施方案【优秀范文】
xx市优化法治化营商环境规范涉企行政执法实施方案为持续优化法治化营商环境,激发市场主体活力和社会创造力,规范行政执法行为,创新行政执法方式,提升行政执法质效,着力解...
【毛泽东思想】 日期:2024-03-18
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2024年度关于开展新一轮思想状况摸底排查工作通知(完整)
关于开展新一轮思想状况摸底排查工作的通知为深入贯彻落实关于各地开展干部职工思想状况大摸底大排查情况上的批示要求和改革教育第二次调度会议精神,有针对性做好队伍教育管...
【三个代表】 日期:2024-03-18
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2024年公路养护中心主任典型事迹材料(完整文档)
“中心的工作就是心中的事业”——公路养护中心主任典型事迹材料**,男,1976年6月出生,1993年参加工作,2000年4月调入**区交通运输局工作,大学本科学历,中共党员,现任**...
【马克思主义】 日期:2024-03-17