2. 南京农业大学, 南京 210095;
3. 延边大学, 延吉 133000
2. Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;
3. Yanbian University, Yanji 133000, China
流感病毒属正黏病毒科流感病毒属,分为A、B、C、D 4型[1]。其中,引起禽流感(avian influenza,AI)的病原是A型流感病毒,称为禽流感病毒(avian influenza virus,AIV),该病毒的自然宿主是野生水禽,鸡、火鸡、鸭和鹌鹑等家禽也可以感染。禽流感病毒(AIV)的核酸是单股负链RNA,分8个节段[2]。根据表面结构蛋白血凝素(hemagglutinin,HA)和神经氨酸酶(neuraminidase,NA)对AIV亚型进行了分类。截至目前,已发现18个HA亚型,11个NA亚型,其中,H1~H16亚型,N1~N9亚型在禽中分离到[3],而H17~H18和N10~N11亚型在蝙蝠中分离到[4]。
根据AIV致病力的不同,可将禽流感分为低致病性禽流感(low pathogenic avain influenza,LPAI)和高致病性禽流感(high pathogenic avain influenza,HPAI)。LPAI虽然相对禽类而言致病性较弱,但是分布广,来源复杂,极容易继发其他致病菌或病毒感染,对养禽业存在较大潜在危害[5-7],其中,H9亚型AIV流行最广[8-10]。HPAI被世界动物卫生组织(World Organization for Animal Health,OIE)定为法定报告疫病,在我国被定义为一类动物疫病。我国HPAI病毒有H5和H7亚型,在1996年广东鹅体内首次发现H5N1亚型高致病性AIV并报道[11-12],在2013年首次发现H7N9亚型AIV,之后又变异为HPAI病毒(HPAIV)[13]。HPAIV能造成家禽发病和死亡,给养殖户带来了巨大损失[14-16]。1997年,在香港的活禽市场流行的H5亚型高致病性AIV,在全球历史上首次感染了人并造成了死亡[17]。此后,欧洲、非洲、东南亚和中东地区也不断出现人因感染HPAIV而死亡的报道,HAPI的流行和疫情的暴发对公共卫生构成极大的威胁[18-23]。为满足AIV高通量快速检测的需要,笔者之前建立了针对AIV M基因的一种能够检测各亚型AIV的实时荧光RT-PCR检测方法[24],但是该方法不能检测AIV的亚型。因此,本研究在该方法的基础上,建立了禽流感病毒四重荧光RT-PCR检测方法,除了已有的针对M基因的引物和探针,又对H5、H7和H9亚型这3个主要流行亚型AIV的HA基因的序列保守区域进行比对分析,设计、合成并筛选了3组探针和引物。将4组引物探针组合,可在检测M基因的同时,又能检测H5、H7和H9亚型的HA基因,即在检测出禽流感病毒的同时,可初步确定其亚型,检测效率高,且有较高的灵敏度和特异性。
1 材料与方法 1.1 主要仪器试剂PrimeScriptTM One Step RT-PCR Kit(Perfect Real Time)购自宝生物工程(大连)有限公司;QIAamp Viral RNA Mini Kit核酸提取试剂盒购自德国QIAGEN公司;Low-Profile PCR Tubes 8-tube strip购自BIO-RAD;Optically clear flat 8 Cap Strips购自Thermo Scientific;焦碳酸二乙酯购自上海生物工程技术服务有限公司;异丙醇、无水乙醇、EDTA、RNaseA等试剂均为进口或国产分析纯试剂。用到的设备主要有超净工作台(美国Forma Scientific)、高速台式离心机(德国Heraeus Biofuge primoR)、荧光定量PCR扩增仪(Bio-Rad CFX96 Real-time PCR System)、-70 ℃超低温冰箱(日本三洋MDF-383E型)和-25 ℃低温储存箱(DW-YL270)(中科美菱)等。
1.2 毒株和核酸提取各亚型禽流感病毒、新城疫病毒(Newcastle disease virus,NDV)、传染性支气管炎病毒(infectious bronchitis virus,IBV)和传染性喉气管炎病毒(infectious laryngotracheitis virus,ILTV)毒株由中国动物卫生与流行病学中心禽病监测室保存,毒株详细信息见表 1。按照说明书操作,使用QIAamp Viral RNA Mini Kit(Qiagen,德国)提取病毒RNA。并使用Qubit核酸浓度测定仪及配套试剂测定RNA浓度。
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表 1 病毒毒株信息 Table 1 Information of virus strains |
通过NCBI查找公开的禽流感病毒的M基因,H5、H7和H9亚型HA基因的序列,根据基因比对分析保守区域,经同源性分析后,以合适的碱基为目的片段,通过Oligo7引物设计软件进行荧光定量检测引物和探针设计与效果评价。并对多条引物、探针进行组合、筛选与检验,以期筛选出最优的引物和探针。
1.4 反应体系与反应条件反应液每管50 μL,含有2×One Step RT-PCR Buffer Ⅲ 25.0 μL,5 U·μL-1 TaKaRa Ex Taq HS 1.0 μL,PrimeScript RT Enzyme Mix Ⅱ 1.0 μL,10 pmol·μL-1 M forward、M reverse和M probe各1.0 μL,10 pmol·μL-1 H5 forward、H5 reverse和H5 probe各1.0 μL,10 pmol·μL-1 H7 forward、H7 reverse和H7 probe各1.0 μL,10 pmol·μL-1 H9 forward、H9 reverse和H9 probe各1.0 μL,RNase Free dH2O 7 μL,待检测的样品RNA模板4 μL。
将检测反应条件设置:第一阶段,反应温度为42 ℃,反应时间为5 min;第二阶段,反应温度为95 ℃,反应时间为10 s,第三阶段,先将反应温度设定为95 ℃,反应5 s,然后,反应温度改为60 ℃,反应20 s(收集荧光),40个循环。
结果描述及判定:阴性对照无Ct值并且无扩增曲线;阳性对照的Ct值应≤36.0,并出现特定的扩增曲线,则结果有效,否则此次试验结果视为无效。检测样品通道无Ct值并且无荧光扩增曲线,样品判为AIV阴性;出现ROX荧光扩增曲线,且Ct值≤36,没有HEX荧光、FAM荧光和CY5荧光扩增曲线,则判定为其他亚型AIV阳性;出现ROX荧光扩增曲线,且Ct值≤36,同时出现HEX荧光、FAM荧光和CY5荧光扩增曲线中的一种或多种,则判定为该荧光对应亚型的AIV阳性;无ROX荧光扩增曲线,但出现HEX荧光、FAM荧光和CY5荧光扩增曲线中的一种或多种,则需要重新检测进行复核。
1.5 特异性和灵敏度评估采用上述反应体系与反应条件,检测表 1中的病毒RNA,以评估该检测方法的特异性。提取的A/avian/China/K144/2015、A/avian/China/S1291/2015、A/avian/China/A32/2012毒株核酸经Qubit核酸浓度测定仪测定RNA浓度后,将此3株病毒RNA稀释成1 ng·μL-1,再按照10倍梯度稀释成10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6ng·μL-1,分别取4 μL作为反应模板,按照前述加样方法进行实时荧光定量RT-PCR核酸扩增。
1.6 临床样品检测从某地区的13个场点采集了384份禽咽喉和泄殖腔双拭子样品,置于含有10%甘油和抗生素(含青霉素2 000 IU·mL-1、链霉素2 000 IU·mL-1、制霉菌素1 000 IU·mL-1,BSA 5 mg·mL-1)的PBS(pH 7.2)缓冲液中,-80 ℃保存。采集的样品涡旋混匀后,4 ℃ 10 000 r·min-1离心5 min,取上清使用QIAamp Viral RNA Mini Kit(Qiagen,德国)提取病毒核酸[25],-80 ℃保存。以提取出的RNA为模板进行四重荧光RT-PCR检测,根据前述反应体系添加各组分,病毒RNA模板为4 μL。同时采用农业行业标准《禽流感病毒RT-PCR检测方法》(NY/T 772—2013)中提供的方法进行检测[26]。
2 结果 2.1 引物和探针筛选最终筛选出最适合的AIV通用检测引物M forward、M reverse和探针M probe,H5亚型AIV检测引物H5 forward、H5 reverse和探针H5 probe,H7亚型AIV检测引物H7 forward、H7 reverse和探针H7 probe,H9亚型AIV检测引物H9 forward、H9 reverse和探针H9 probe,其序列已申请发明专利(申请号:201910804140.7)(表 2)。其中,M probe为TaqMan荧光探针,标记ROX荧光,H5 probe为TaqMan荧光探针,标记HEX荧光,H7 probe为TaqMan荧光探针,标记FAM荧光,H9 probe为TaqMan荧光探针,标记CY5荧光。
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表 2 最适引物及探针序列 Table 2 Optimal primer and probe sequence |
结果显示,各亚型禽流感病毒(1~11号样品)RNA均可检测到ROX荧光,显示为M基因检测结果阳性,判定为AIV阳性。A/avian/China/QD1/2014和A/avian/China/K144/2015病毒RNA均可同时检测到HEX荧光,显示为H5亚型HA基因检测结果阳性,判定为H5亚型AIV阳性。A/avian/China/S1291/2015和A/avian/China/1605/2017病毒RNA均可同时检测到FAM荧光,显示为H7亚型HA基因检测结果阳性,判定为H7亚型AIV阳性。A/avian/China/A32/2012病毒RNA可同时检测到CY5荧光,显示为H9亚型HA基因检测结果阳性,判定为H9亚型AIV阳性。新城疫病毒、传染性支气管炎病毒、传染性喉气管炎病毒及阴性对照对应的通道均未出现扩增曲线。结果表明,本试验筛选的引物和探针通过四重荧光RT-PCR方法检测AIV的特异性强。
2.3 灵敏度2.3.1 M基因检测引物及探针灵敏度试验 结果显示,筛选出的AIV通用M基因检测引物和探针组合检测A/avian/China/K144/2015、A/avian/China/S1291/2015、A/avian/China/A32/2012毒株核酸可以出现有效扩增曲线的最低模板稀释度为10-5ng·μL-1,有较高的灵敏度。阴性对照所对应孔道未出现扩增曲线,试验结果成立(图 1)。
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扩增曲线从左到右分别如下:1~7. 100~10-6 ng·μL-1 RNA;8.阴性对照 The amplification curves from left to right were as follows: 1-7.100-10-6 ng·μL-1 RNA; 8. Negative control 图 1 M基因灵敏度扩增曲线 Fig. 1 M gene sensitivity amplification curve |
2.3.2 H5亚型检测引物及探针灵敏度试验 结果显示,筛选出的H5亚型AIV检测引物和探针组合检测A/avian/China/K144/2015毒株RNA可以出现有效扩增曲线的最低模板稀释度为10-5 ng·μL-1,有较高的灵敏度。阴性对照所对应孔道未出现扩增曲线,试验结果成立(图 2A)。
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A.H5;B.H7;C.H9;扩增曲线从左到右分别如下:1~7.100~10-6 ng·μL-1 RNA;8.阴性对照 A.H5;B:H7;C.H9; The amplification curves from left to right were as follows: 1-7. 100-10-6 ng·μL-1 RNA; 8. Negative control 图 2 H5、H7和H9基因灵敏度扩增曲线 Fig. 2 H5, H7 and H9 gene sensitivity amplification curve |
2.3.3 H7亚型检测引物及探针灵敏度试验 结果显示,筛选出的H7亚型AIV检测引物和探针组合检测A/avian/China/S1291/2015毒株核酸可以出现有效扩增曲线的最低模板稀释度为10-5 ng·μL-1,有较高的灵敏度。阴性对照所对应孔道未出现扩增曲线,试验结果成立(图 2B)。
2.3.4 H9亚型检测引物及探针灵敏度试验 结果显示,筛选出的H9亚型AIV检测引物和探针组合检测A/avian/China/A32/2012毒株核酸可以出现有效扩增曲线的最低模板稀释度为10-5 ng·μL-1,有较高的灵敏度。阴性对照所对应孔道未出现扩增曲线,试验结果成立(图 2C)。
2.4 临床试验结果用建立的禽流感病毒四重荧光RT-PCR检测方法对384份临床样品进行检测,从4个活禽市场共检出60份样品为禽流感病毒阳性,且全部为H9亚型。这13个活禽交易市场中H9亚型禽流感病毒场群阳性率为30.77%,个体阳性率为15.62%(表 3)。同时,采用农业行业标准《禽流感病毒RT-PCR检测方法》(NY/T 772—2013)中提供的方法进行检测,结果与该方法一致,符合率达到100%。结果表明,该方法具有一定的实用性,可以用于大量临床样品的快速分型检测。
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表 3 临床样品检测结果 Table 3 Test results of clinical samples |
在AIV的8个基因片段中,第4片段主要编码病毒颗粒表面可以识别、吸附于红细胞表面受体结构的血凝素(HA)蛋白。第6片段是主要的抗原决定簇之一,能编码从糖蛋白糖链上移除N-乙酰神经氨酸或唾液酸的神经氨酸酶(NA)蛋白。第4和第6片段变异率均较高,导致AIV变异较快,亚型较多。其中,H5、H7和H9亚型因流行较广、危害较大,最受关注[27-28]。目前,AIV的检测方法较多[28-31],主要有血清学检测和病原学检测。血清学检测方法主要有血凝试验、血凝抑制试验、琼脂凝胶免疫扩散试验和酶联免疫吸附试验。病原学检测方法中的分子生物学检测方法较常用,其中反转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)和实时荧光定量RT-PCR检测方法较为常用。RT-PCR和实时荧光定量RT-PCR检测方法通过设计引物实现特异性基因片段的扩增,可以直接检测病原,确定AIV不同亚型。荧光定量RT-PCR方法已在AIV的检测中得到普遍应用,但多为检测单一亚型或AIV各亚型通用的单重荧光定量RT-PCR方法[32]。本试验建立的AIV四重荧光RT-PCR检测方法,与农业行业标准《禽流感病毒RT-PCR检测方法》(NY/T772—2013)中提供的普通RT-PCR[26]检测方法相比,特异性和敏感度高,且在检测出AIV的同时可初步确定其亚型,提高了检测效率。
笔者用现行农业行业标准中提供的普通RT-PCR检测方法对所有临床样品进行检测,与本研究提供的方法进行结果比较,来确定检测结果的准确性。本研究对384份临床样品进行检测,结果显示,只有H9亚型AIV,而没有其他亚型AIV,因此,缺乏H5、H7亚型AIV临床样品的检测数据,存在不足之处。但是笔者在试验过程中用已知H5、H7亚型AIV核酸阳性的样品进行验证,结果显示方法可用。在设计4对引物和4条探针时,用Oligo7引物设计软件,首先选择特异性的区域作为目的片段,用软件对设计的引物和探针进行评价尽量避免出现引物二聚体、发卡结构等引物常见的特殊结构,筛选的对应各亚型的引物和探针用禽流感病毒核酸进行检测,避免出现交叉反应而造成假阳性、假阴性等问题。检测时使用的试剂提供了最优的反应体系和反应条件,根据提供的最佳条件筛选扩增效果最好的引物和探针。
该方法筛选的4组最佳引物和探针,检测M、H5、H7和H9基因引物探针对RNA模板的检测下限均为10-5 ng·μL-1,且在特异性试验过程中,各亚型AIV RNA模板对应的通道均出现了有效的荧光扩增曲线,其他禽常见病原及阴性对照检测均未出现扩增曲线。结果表明,本试验筛选的引物和探针,具有高灵敏度和特异性的特点,相比一般RT-PCR方法和病毒分离培养方法,四重荧光RT-PCR检测方法在短时间内可获得试验结果,其中通用检测方法的引物和探针可以检测所有亚型的AIV,而且在检测出AIV的同时可初步确定其是否为H5、H7或H9这3种主要流行亚型,大大提高了检测效率,并节省检测试剂,该方法可以应用在禽流感监测工作中。
4 结论本研究建立的禽流感病毒(AIV)四重荧光RT-PCR检测方法,在检测出禽流感病毒的同时,还可以分型检测出H5、H7和H9亚型等主要流行亚型AIV,该方法特异性好、灵敏度高、耗时短,可以用于AIV的高通量快速检测,并进行初步分型,有较高的实用性。
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