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吴昊星, 刘百红, 刘雪微, 周景云, 马永缨, 杨欣艳, 李宝春, 陈西钊
猪瘟病毒抗体纳米荧光检测试纸条方法建立及性能评价
生物技术通报, 2020, 36(5): 74-79

WU Hao-xing, LIU Bai-hong, LIU Xue-wei, ZHOU Jing-yun, MA Yong-ying, YANG Xin-yan, LI Bao-chun, CHEN Xi-zhao
Establishment and Performance Evaluation of Nano-fluorescence Strip for Detecting CSFV Antibody
Biotechnology Bulletin, 2020, 36(5): 74-79

文章历史

收稿日期:2019-10-17

猪瘟病毒抗体纳米荧光检测试纸条方法建立及性能评价
吴昊星, 刘百红, 刘雪微, 周景云, 马永缨, 杨欣艳, 李宝春, 陈西钊     
北京世纪元亨动物防疫技术有限公司,北京 100089
摘要:基于镧系元素Eu微球标记技术建立了一种猪瘟病毒抗体检测的免疫层析方法。通过对反应体系中包被浓度、复溶浓度以及反应时间等因素进行优化,确定最适的反应条件,建立检测方法,然后通过从敏感性、特异性、重复性、临床评价等方面对其进行性能评价。对反应体系进行优化,最终确定包被浓度为0.1 mg/mL,复溶浓度为6倍稀释,检测时间为15 min。通过对试纸条的性能评价可以得出,猪瘟病毒抗体荧光检测试纸条的敏感性为猪瘟阳性血清国家参考品倍比稀释至1:128倍仍可以检测到;对常见的猪繁殖与呼吸综合征、猪I型疱疹病毒、猪口蹄疫、猪圆环病毒2型、猪流行性腹泻、牛病毒性腹泻病毒、羊边界病毒等抗体阳性血清无交叉反应;批内和批内变异系数均小于10%;经临床评价,与商品化的猪瘟病毒抗体ELISA检测试剂盒相比阳性符合率为90%,阴性符合率为100%,总符合率为97.7%;与荧光抗体中和试验(FVNT)的阴性符合率为100%,阳性符合率为93%,总符合率为98.5%。综合评定认为本研究建立的猪瘟病毒抗体纳米荧光检测方法,符合各项性能参数,可以快速、经济、方便地对猪个体及群体进行猪瘟病毒抗体检测评估,可广泛应用于猪场管理中。
关键词纳米荧光    猪瘟病毒    荧光免疫层析    
Establishment and Performance Evaluation of Nano-fluorescence Strip for Detecting CSFV Antibody
WU Hao-xing, LIU Bai-hong, LIU Xue-wei, ZHOU Jing-yun, MA Yong-ying, YANG Xin-yan, LI Bao-chun, CHEN Xi-zhao     
Beijing Anheal Laboratories Co. Ltd, Beijing 100089
Abstract: An immunochromatography method for the detection of the antibodies against classical swine fever virus(CSFV)was established based on lanthanide europium microsphere labeling technology. By optimizing the coating concentration, resolving concentration and reaction time in the reaction system, the optimal reaction conditions were determined and the detection method was established. Then the performance of the system was evaluated from sensitivity, specificity, precision and clinical evaluation. The optimized reaction system was as that the concentration of coating was at 0.1 mg/mL, the dilution parameter was 6 times, and the detection time was 15 min. From the performance evaluation of the strips, the sensitivity of the strip for the detection of CSFV antibody was that the diluted 128 times of national reference samples of swine fever positive serum were still detected, and no cross-reactions were observed with the positive sera against common CSFV, for example PPRSV, PRV, FMDV, PCV, PEDV, BVDV, and BDV. The coefficient of variation was < 10%. Compared with the commercial ELISA kit of CSFV antibody, the coincidence rate for positive was 90% and that for negative was 100%, and the total coincidence rate was 97.7%. Compared with FVNT, the coincidence rate for positive were 93% and that for negative was 100%, and the total coincidence rate was 98.5%. According to the above comprehensive evaluation, the fluorescence detection method of CSFV antibody established in this study conforms to all the performance parameters. It can be used for rapid, economical and convenient detection of CSFV antibody in pigs, and can be widely applied to pig farm management at the grass-roots units.
Key words: nano-fluorescence    classical swine fever virus    fluorescence immunochromatography    

猪瘟(Classical swine fever,CSF)是一种由猪瘟病毒(Classical swine fever virus,CSFV)引起的高度接触性传染病,对全球范围内的养猪业造成巨大经济损失[1-2]。《国家中长期动物疫病防治规划(2012-2020年)》中将其列为5种优先防治的动物疫病之一[3]。当前CSF防治的主要手段是疫苗接种,其中中国研制的猪瘟兔化弱毒疫苗在中国乃至世界范围内CSF的防控起到了积极作用[4]。CSFV基因组编码4个结构蛋白(Npro、Nrns、E1和E2)和8个非结构蛋白(C、p7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A和NS5B)[5-6]。E2是CSFV最重要的具有免疫原性的蛋白之一,诱导机体产生的中和抗体可以抵抗病毒感染,是研究新型基因工程疫苗和血清学抗体检测方法的首选靶蛋白[7-10]。蔺辉星等[11]以原核表达的E2蛋白建立了检测CSFV血清抗体的间接ELISA检测方法,其敏感性、特异性和符合率分别为89.07%、77.59%和84.65%。肖丽等[12]通过液相芯片新技术分别以原核表达CSFV E2蛋白和PCV2 Cap蛋白,与荧光微球偶联建立了一种同时检测CSFV、猪圆环病毒2型(Porcine circovirus type 2,PCV2)抗体的方法临床样品符合率分别是90.48%、60.32%。袁莉等[13]利用重组抗原E2、Nrns和C蛋白建立的CSFV血清抗体ELISA检测方法,可以用于评价CSF疫苗免疫后血清中针对3种结构蛋白的抗体消长特点,从而为临床猪瘟疫苗免疫程序的制定提供参考。

本研究基于镧系元素Eu微球标记技术建立了一种CSFV抗体检测的免疫层析方法,结合荧光分析仪,可以快速方便的对猪场的血清样品进行检测,无需大型昂贵的仪器。解决了中小型养殖场实验室简陋问题,可广泛的应用于猪场中CSFV抗体的监测。

1 材料与方法 1.1 材料

CSFV E2抗原由中国兽医药品监察所表达纯化后提供;鼠IgG、羊抗鼠IgG购自于杭州隆基公司;Eu纳米微球购自于Bangs公司;1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)购自于赛默飞世尔科技有限公司;活化缓冲液:50 mmol/L MES用NaOH调pH为6.0;偶联缓冲液:50 mmol/L HEPES用NaOH调pH为8.0;封闭液:用水溶解酪蛋白钠,终浓度为5%;样本处理液:0.1 mol/L Tris、0.1% Casein、0.1% Tween-20用盐酸调pH到7.4;P:CSFV抗体阳性猪血清;N:CSFV抗体阴性猪血清;猪瘟阳性血清国家参考品购自中国兽医药品监察所,细胞中和效价为1:(2 138±2)。猪瘟病毒抗体ELISA检测试剂盒购自于北京世纪元亨动物防疫技术有限公司。CSFV强阳性样本(CV1),CSFV中阳性样本(CV2),CSFV弱阳性样本(CV3)。

AFS-1000干式荧光分析仪(广州蓝勃公司);XL-2120超声波清洗仪(北京协力共创公司);D-37520osterode高速台式冷冻离心机(赛默飞世尔科技有限公司);XYZ30600128划膜仪(Biodot公司);ZQ400斩切机(购自于上海金标公司);硝酸纤维素膜(Sartorius公司);玻璃纤维、吸水纸、PVC板(上海杰一生物有限公司)。

1.2 方法 1.2.1 试纸条的制备 1.2.1.1 微球标记

(1)用500 μL活化缓冲液洗涤10 μL(0.1 mg)微球溶液1次,离心,去上清;取出EDC放室温(要扭紧盖子);(2)分别用250 μL活化缓冲液洗涤重悬颗粒,超声1 min,务必使微球充分悬浮;(3)分别加入250 μL含0.005 mg EDC的活化缓冲液,使终体积均为500 μL;(4)室温下(18-25℃)持续混匀反应25 min,离心;(5)分别用偶联缓冲液洗涤2次,离心,去上清;重悬于250 μL偶联缓冲液中,充分悬浮;(6)加入250 μL的抗原-偶联缓冲液,立即轻轻上下混匀;(7)室温下持续混匀反应3 h,离心,去上清;(8)分别加入500 μL封闭液,洗涤2次,沉淀用500 μL封闭液重悬,超声1 min,室温下持续混匀反应过夜,离心,去上清;加入500 μL保存液,洗涤2次,用500 μL保存液重悬,超声1 min;(9)保存在2-8℃冰箱备用。

1.2.1.2 NC膜制备

将划线抗原用含1%蔗糖,pH=8的5 mmol/L硼酸缓冲液稀释,羊抗鼠IgG抗体用含1%蔗糖,pH8的5 mmol/L硼酸缓冲液稀释为1.5 mg/mL。用喷膜仪以50 mm/s的速度、1 μL/cm的浓度,在室内环境中,分别将划线抗原、羊抗鼠IgG抗体喷在NC膜(2.5 cm×30 cm)的T线、C线位置,37℃烘箱中烘干2 h备用。

1.2.1.3 结合垫的制备

以聚脂纤维膜(1 cm×2.5 cm)作为结合垫材料,用结合垫处理缓冲液浸湿,37℃烘箱中烘干后将自制的荧光微球-标记抗原复合物溶液用喷膜仪以50 mm/s、6 μL/cm的浓度喷于结合垫上,37℃烘箱中烘干3 h备用。

1.2.1.4 样品垫的制备

以玻璃纤维素膜(1.5 cm×30 cm)作为样品垫材料,用样品处理缓冲液浸湿,37℃烘箱中烘干4 h备用。

1.2.1.5 吸水纸的剪切

剪好1.5 cm×30 cm的吸水纸,备用。

1.2.1.6 检测试纸的组装

组装环境要求:常温,湿度低于30%。根据上述步骤制备的样品垫、结合垫、NC膜和吸水纸依照图 1所示的重叠关系将其依次贴在带有粘合剂的PVC底板(8 cm×30 cm)上,具体为:将NC膜非点样面粘贴于PVC底板;荧光垫粘贴在NC膜的上方,覆盖NC膜1 mm;吸水垫粘贴在NC膜的上方,覆盖NC膜2 mm;样品垫粘贴在荧光垫的上方,覆盖荧光垫2 mm;在斩切机中将粘贴好的检测板剪切成4 mm宽的试纸条,装在试纸条外壳中,制成带有结果观察窗和加样口的检测卡。用AFS-1000荧光分析仪检测荧光信号,记录T/C读值(图 1)。

图 1 荧光试纸条结构示意图
1.2.2 试纸条反应体系优化 1.2.2.1 结合垫复溶浓度的优化

按照1.2.1标记抗原,纳米微球标记好的抗原用结合垫处理液复溶,复溶浓度选择2、4、6、8、10倍复溶,喷膜仪以50 mm/s、6 μL/cm的浓度喷于结合垫上,37℃烘箱中烘干3 h备用。然后组装成试纸条检测临床样本,依据荧光信号值、P/N比值确定合适的复溶浓度。

1.2.2.2 包被浓度优化

包被抗原含量优化:将划线抗原用含1%蔗糖,pH=8的5 mmol/L硼酸缓冲液稀释为0.05 mg/mL、0.1 mg/mL、0.2 mg/mL、0.4 mg/mL,羊抗鼠IgG抗体用含1%蔗糖,pH=8的5 mmol/L硼酸缓冲液稀释为1 mg/mL。用喷膜仪以50 mm/s的速度、1 μL/cm的浓度,在室内湿度为45%-65%的条件下,分别将划线抗体、羊抗鼠IgG抗体喷在NC膜(2.5 cm×30 cm)的T线、C线位置,37℃烘箱中烘干2 h备用。

1.2.2.3 反应时间优化

加样后5 min、8 min、10 min、13 min、15 min、20 min、25 min、30 min读取数据,绘制时间曲线,以P/N、读数稳定且时间最短为优,确定加样反应时间。

1.2.3 性能评价 1.2.3.1 敏感性试验

对猪瘟阳性血清国家参考品按照1:4、1:8、1:16、1:32、1:64、1:128、1:256进行稀释,记录结果。

1.2.3.2 特异性试验

与猪繁殖与呼吸综合征病、猪I型疱疹病毒、猪口蹄疫病、猪圆环2型、猪流行性腹泻、牛病毒性腹泻病毒、羊边界病毒等阳性血清进行交叉反应试验。

1.2.3.3 重复性试验

对CSFV抗体阳性样本P连续加样10次,计算试纸条变异系数(CV)。

1.2.3.4 临床评价

采用试纸条、猪瘟病毒抗体ELISA检测试剂盒(Anheal-ELISA)以及荧光抗体中和试验(FVNT)同时检测131份猪血清,计算试纸条与Anheal-ELISA和FVNT符合率。

2 结果 2.1 试纸条反应体系的优化 2.1.1 结合垫复溶浓度的优化

图 2中可以看出在复溶度稀释6倍的时候,T/C比值较高,P/N比值最大。因此选择复溶度为6倍时稀释度最佳。

图 2 不同复溶度与T/C比值、P/N比值的变化
2.1.2 包被浓度优化

从下图 3中可以看出,在T线浓度为0.1 mg/mL时,P/N比值最大。因此T线浓度选择0.1 mg/mL为最佳浓度。

图 3 不同包被浓度与T/C比值、P/N比值变化
2.1.3 反应时间优化

图 4可以看出在15-20 min时,T/C比值变化不大,13 min以后P/N比值逐渐降低,综合考虑选择检测时间为15 min。

图 4 不同检测时间与T/C比值、P/N比值变化
2.2 性能评价 2.2.1 敏感性

以T/C≥0.1时为阳性,将猪瘟阳性血清国家参考品按照倍比稀释到128倍仍为阳性,如图 5

图 5 猪瘟阳性血清稀释倍数与T/C比值的关系
2.2.2 特异性

图 6可以看出猪瘟阴性血清的测定值与猪繁殖与呼吸综合征病、猪I型疱疹病毒、猪口蹄疫病、猪圆环2型、猪流行性腹泻、牛病毒性腹泻病毒、羊边界病毒等阳性血清测定值小于0.1。故本方法针对这7种动物疫病阳性血清无交叉反应。

A:猪瘟阴性血清;B:猪繁殖与呼吸综合征病抗体阳性血清;C:猪I型疱疹病毒抗体阳性血清;D:猪口蹄疫病抗体阳性血清;E:猪圆环2型抗体阳性血清;F:猪流行性腹泻病抗体阳性血清;G:牛病毒性腹泻病毒抗体阳性血清;H:羊边界病毒抗体阳性血清 图 6 CSFV-Ab纳米荧光试纸条交叉反应性
2.2.3 重复性

表 1中看出,CSFV抗体荧光试纸条批内和批间CV均小于10%。

表 1 CSFV抗体纳米荧光试纸条重复性
2.2.4 临床评价

表 2中可以看出试纸条与FVNT的阴性符合率为100%,阳性符合率为93%,总符合率为98.5%。从表 3中可得出试纸条与Aheal-ELISA的阴性符合为100%,阳性符合率为90%,总符合率为97.7%。

表 2 FVNT试验与试纸条检测结果统计
表 3 与Anheal-ELISA与试纸条检测结果统计

阳性符合率=26/(26+2)×100%=93%

阴性符合率=103/(103+0)×100%=100%

总符合率=(103+26)/131×100%=98.5%

阳性符合率=26/(26+3)×100%=90%

阴性符合率=102/(102+0)×100%=100%

总符合率=(102+26)/131×100%=97.7%

3 讨论

猪瘟是一种高度传染性疫病,是威胁养猪业的主要传染病之一[14-15]。急性型猪瘟呈败血性变化,实质器官出血,坏死和梗死;慢性型猪瘟呈纤维素性坏死性肠炎。目前主要通过扑杀与疫苗预防接种相结合等手段,北美、加拿大、新西兰等很多国家已成功实现猪瘟净化,但在中国猪瘟仍是严重危害养猪业的重大传染病之一,存在不间断流行[16]。CSFV为有囊膜、直径40-60 nm、单股正链RNA病毒[17]。目前已经定位的CSFV蛋白有5种,即Npro、C、Nrns(E0)、E1和E2。它们均由CSFV的RNA-ORF 5'一端所编码。在结构蛋白中,最具有免疫研究价值的是Nrns和E[9, 18-19]。E2蛋白是CSFV主要的抗原蛋白,可诱导猪机体产生病毒中和抗体,从而预防集落刺激因子(Colony stimulating factor,CSF)[20]

目前市场上猪瘟抗体的检测方法,以酶联免疫吸附试验和胶体金免疫层析技术的方法为主。商品化的猪瘟抗体酶联免疫吸附试验检测试剂主要厂家有IDEXX、Biocheck等,酶联免疫吸附试验的方法需要专业的设备,对人员的操作技能要求比较高,不利于在基层开展工作。商品化的猪瘟抗体胶体金检测试剂的厂家有北京世纪元亨、武汉科前等,胶体金的方法不可以准确的定量,且灵敏度不高,准确性差。而时间分辨荧光分析法是一种新型的非放射性微量分析技术[21]。它是目前最灵敏的微量分析技术之一,其灵敏度高达10-12 g/mL,较胶体金法(Colloidal gold immunoassay,GIA)高出3个数量级[22]。本技术利用镧系微球通过共价偶联标记抗原或抗体,相对物理偶联,化学偶联更加结实,不易脱落。用荧光分析仪测量荧光,同时检测波长和时间两个参数进行信号分辨,可有效地排除非特异荧光的干扰,极大地提高了分析灵敏度。本技术除满足了高灵敏检测的需求,同时也不需要复杂的设备,操作简单方便,符合基层的工作情景。在市场上,并没有发现具有农业部备案的商品化猪瘟病毒抗体荧光检测试剂。因此本文建立的猪瘟抗体的荧光检测方法具有一定的技术优势。

冯春花等[23]利用E2建立了一种猪瘟病毒血清抗体间接ELISA检测方法,该方法与猪繁殖与呼吸综合征病毒(Porcine reproductive and respiratory syndrome,PRRSV)、猪I型疱疹病毒(Pseudorabies virus,PRV)、猪圆环病毒(Porcine circovirus,PCV)、猪细小病毒(Porcine parvovirus,PPV)阳性血清均无交叉反应;随机检测80份猪血清样品,与进口阻断ELISA试剂盒相比其阳性符合率为83.58%、阴性符合率为76.92%,总体符合率为80.25%。本研究的试纸条测定临床血清阳性符合为90%、阴性符合率为100%,总符合率为98%。本试纸研制采用双抗原夹心的方法,利用常用的Eu微球作为标记物,对E2抗原进行共价耦合连接标记,在NC膜上包被真核表达的猪瘟E2抗原,经优化最终确定包被浓度为0.1 mg/mL,复溶浓度为6倍稀释,检测时间为15 min。通过对试纸条的性能评价可以得出,猪瘟抗体荧光检测试纸条的敏感性为猪瘟阳性血清国家参考品稀释128倍仍可以检测到,对常见的猪繁殖与呼吸综合征病、猪I型疱疹病毒病、猪口蹄疫病、猪圆环、猪流行性腹泻、牛病毒性腹泻病毒、羊边界病毒等疾病抗体阳性血清无交叉反应,批内和批内的变异系数均小于10%,试纸条与Anheal-ELISA的阴性符合为100%,阳性符合率为90%,总符合率为97.7%。试纸条与FVNT的阴性符合率为100%,阳性符合率为93%,总符合率为98.5%。

4 结论

基于镧系元素Eu微球标记技术,经一系列反应体系的优化,建立了一种猪瘟病毒抗体检测的免疫层析方法,并经对试纸条灵敏度、特异性、重复性等性能指标的优化,结果满足试剂性能要求,表明可广泛的用于猪场中猪瘟病毒抗体的免疫评估,辅助进行疫苗免疫策略的调整,建立合理的免疫程序。

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