畜牧兽医学报  2017, Vol. 48 Issue (8): 1491-1498. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2017.08.013    PDF    
猪肺炎支原体和猪鼻支原体双重荧光定量PCR检测方法的建立
武昱孜1,2, 熊祺琰1, 刘蓓蓓1, 张珍珍1, 王佳1, 华利忠1, 韦艳娜1, 邵国青1     
1. 江苏省农业科学院兽医研究所, 农业部兽用生物制品工程技术重点实验室, 国家兽用生物制品工程技术研究中心, 南京 210014;
2. 省部共建国家重点实验室培育基地-江苏省食品质量安全重点实验室, 南京 210014
摘要:建立同时检测猪肺炎支原体和猪鼻支原体的双重荧光定量PCR方法。根据猪肺炎支原体P97序列和猪鼻支原体P37序列的特异性引物,分别标记FAM和Texas Red荧光报告基团的2条TaqMan探针,建立和优化双重实时荧光定量PCR反应条件和体系,同时检测其敏感性、特异性和重复性。建立的双重荧光定量PCR对猪肺炎支原体和猪鼻支原体的最低检测值均为10 copies·μL-1;与猪源致病菌、病毒和其他常见细菌均无交叉反应;各浓度标准品的Ct值变异系数小于5%,重复性好。检测72份临床样本,其中猪肺炎支原体的肺阳性率为80%,鼻拭子阳性率22%,支气管肺泡灌洗液阳性率58.33%;猪鼻支原体的肺阳性率为40%,鼻拭子阳性率66%,支气管肺泡灌洗液阳性率41.67%。建立的双重荧光定量PCR方法比普通PCR更加敏感,实用性强,可用于临床样品的检测。该方法能同时快速和定量地检测猪肺炎支原体和猪鼻支原体,在短时间内获得样品的多个信息,快速地解决了多次检测所需的时间以及经济消耗,为猪肺炎支原体和猪鼻支原体的监测和防控提供了新型、可靠的检测技术。
关键词猪肺炎支原体    猪鼻支原体    双重荧光定量PCR    
Duplex Real-time PCR Method for Detection of Mycoplasma hyopneumoniae and Mycoplasma hyorhinis
WU Yu-zi1,2, XIONG Qi-yan1, LIU Bei-bei1, ZHANG Zhen-zhen1, WANG Jia1, HUA Li-zhong1, WEI Yan-na1, SHAO Guo-qing1     
1. Key Laboratory of Veterinary Biological Engineering and Technology of Ministry of Agriculture, National Center for Engineering Research of Veterinary Bio-products, Institute of Veterinary Medicine, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China;
2. Key Lab of Food Quality and Safety of Jiangsu Province-State Key Laboratory Breeding Base, Nanjing 210014, China
Abstract: The study was conducted to develop a TaqMan probe-based, sensitive, specific duplex real-time PCR for detection of Mycoplasma hyopneumoniae and Mycoplasma hyorhinis. The specific primers and probes, labeled with FAM and Texas Red respectively, were designed to amplify the P97 gene of Mycoplasma hyopneumoniae and P37 gene of Mycoplasma hyorhinis. The reaction system of duplex real-time PCR was established and optimized, and its sensitivity, specificity and repeatability were analyzed. The sensitivity of duplex real-time PCR established was 10 copies·μL-1 for Mycoplasma hyopneumoniae and Mycoplasma hyorhinis. There was no cross reaction with other common viral and bacterial pathogens. The concentration of standard coefficient of variation of Ct values was less than 5%, indicating good reproducibility. Moreover, 72 clinical samples were detected by the duplex real-time PCR assay. The results showed that the positive rates of Mycoplasma hyopneumoniae were 80%, 22% and 58.33% in lung tissues, nasal swabs and bronchoalveolar lavage fluids samples, respectively; the positive rates of Mycoplasma hyorhinis were 40%, 66% and 41.67% in lung tissues, nasal swabs and bronchoalveolar lavage fluids samples, respectively. The duplex real-time PCR for detecting Mycoplasma hyopneumoniae and Mycoplasma hyorhinis simultaneously was more sensitive than the common PCR, and can be used for detecting clinical samples. The advantage of this method is that it can acquire various information of samples in a short time, and save the time and economic consumption of multiple tests, and it provides a new and reliable detection technology for detection and control of Mycoplasma hyopneumoniae and Mycoplasma hyorhinis.
Key words: Mycoplasma hyopneumoniae     Mycoplasma hyorhinis     duplex real-time PCR    

猪支原体肺炎(Mycoplasmal pneumonia of swine)的主要病原是猪肺炎支原体(Mycoplasma hyopneumoniae, M. hyopneumoniae),是一种慢性、高传染性、可接触性的动物呼吸道疾病[1-2],发病率高、死亡率低,在世界各地的猪场广泛流行和传播[3-6],引起的猪呼吸道疾病综合征(porcine respiratory disease complex, PRDC)又加重了病情,严重危害规模化养猪业的健康发展[7-8]M. hyopneumoniae被认为是最难净化[9],流行范围最广,也最容易受其他病原影响的动物病原之一。

猪鼻支原体(Mycoplasma hyorhinis, M. hyorhinis)属于一种常在的寄生菌,常存在于病猪的鼻腔、气管和支气管分泌物中,被认为是猪支原体肺炎的第二致病病原[10]M. hyorhinis主要通过呼吸道和直接接触传播,感染率高,在猪免疫力下降时,是猪多发性浆膜炎、胸膜炎、腹膜炎、肺炎、心包炎、关节炎、咽鼓管炎、中耳炎等的主要病原[11-13],常与一些病毒、细菌混合感染,给养猪业造成巨大的经济损失。另外,M. hyorhinis是细胞培养中常见的污染物[14],一旦受到污染很难被清除掉;而且与人类的某些肿瘤疾病的发生有关[15-16]

M. hyopneumoniaeM. hyorhinis的检测方法主要是依靠临床诊断(屠宰场监测)、分离培养、血清学和分子生物学诊断方法[17-23]。基于荧光定量PCR技术具有敏感性好、特异性高、快速、定量精确等优点,现已成为疾病诊断的良好工具。本研究建立一种同时针对M. hyopneumoniaeM. hyorhinis的双重荧光定量PCR方法,有助于快速地定性和定量监测M. hyopneumoniaeM. hyorhinis的感染,为动物疫病的防控提供平台技术。

1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 菌株

M. hyopneumoniae、M. hyorhinis、猪滑液支原体(M. hyosynoviae)、猪絮状支原体(M. flocculare)、猪流感病毒(swine influenza virus,SIV)、猪胸膜肺炎放线杆菌(Actinobacillus pleuropneumoniae,APP)、猪圆环病毒2型(porcine circovirus type 2,PCV2)、副猪嗜血杆菌(Haemophilus parasuis, HPS)、猪细小病毒病(porcine parvovirus infection,PPI)、猪繁殖与呼吸综合征病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)、鸡毒支原体(Mycoplasma Gallisepticum, MG)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,SAU)、大肠杆菌(Escherichia coliE. coli)均由江苏省农业科学院兽医研究所猪病防控研究室保存。

1.1.2 主要试剂及仪器

动物DNAout试剂盒、柱式细菌DNAout试剂盒、一管式病毒DNA-RNAout试剂盒,均购自北京天恩泽基因科技有限公司;AceQ qPCR probe master mix购自南京诺唯赞生物科技有限公司;常规PCR反应试剂盒购自宝生物工程(大连)有限公司;QuantStudio 5荧光定量PCR仪为美国Thermofisher Scientific公司产品。

1.1.3 引物和探针合成

M. hyopneumoniae序列P97[24]M. hyorhinis序列P37[25]荧光定量PCR方法的探针采用相同的荧光信号,因此对M. hyorhinis序列P37探针进行了优化,使用Texas Red标记取代了FAM。荧光定量PCR所用的探针、引物由TaKaRa公司合成,普通PCR[19, 26]引物由金斯瑞生物科技有限公司合成。

1.2 方法 1.2.1 荧光定量PCR方法建立与优化

在已建立的M. hyopneumoniaeM. hyorhinis荧光定量PCR方法[24-25]基础上对双重荧光定量PCR反应的引物浓度、探针浓度进行优化,建立最佳反应体系。荧光定量PCR反应体系(20 μL)组成如下:AceQ qPCR probe master mix 10 μL,M. hyopneumoniaeM. hyorhinis引物、探针终浓度5 μmol·L-1,模板1 μL,ddH2O补足至20 μL。反应条件:50 ℃ 2 min,95 ℃ 10 min;95 ℃ 15 s、60 ℃ 60 s,40个循环。根据以上的基本反应及扩增条件,分别以M. hyopneumoniaeM. hyorhinis DNA为模板,对引物浓度范围(3~10 μmol·L-1)、探针浓度范围(0.5~5 μmol·L-1)和退火温度(50~60 ℃)进行优化。

1.2.2 敏感性检测

M. hyopneumoniaeM. hyorhinis阳性质粒分别以10倍梯度稀释的标准品为模板,经优化好的反应体系和反应条件检测该方法的灵敏度。

1.2.3 特异性检测

参照柱式细菌DNAout试剂盒、一管式病毒DNA-RNAout试剂盒说明书提取M. hyopneumoniae、M. hyorhinis、M. hyosynoviaeM. flocculare、SIV、APP、PCV2、HPS、PPI、PRRSV、MG、SAU、E. coli阳性样本的DNA,并用优化好的多重PCR检测体系和条件来评价该检测方法的特异性。

1.2.4 重复性试验

以3个不同浓度的M. hyopneumoniae质粒和3个不同浓度的M. hyorhinis质粒合并将混合物作为模板,分别进行3次批内、批间的平行试验,通过计算变异系数(CV)来判定该方法的重复性。

1.2.5 临床样本的采集及检测

10份肺组织样本、50份鼻拭子、12份支气管肺泡灌洗液样本采集自江苏省多个发病猪场。肺组织样本的采集,需要将待检猪剖杀,采取新鲜猪肺,并用无菌PBS冲洗干净,剪切正常与病变交界处;鼻拭子样本的采集,先将待检猪绑定后,棉签轻轻碰到鼻中隔,刺激猪打喷嚏3~5次后,迅速拔出棉签得到鼻拭子样本;支气管肺泡灌洗液样本的采集需将待检猪剖杀,收集新鲜肺,从气管灌入无菌PBS溶液,轻轻揉捏肺,使PBS充分浸入肺,收集灌洗液样本[27]

样本处理后,应用所提取基因组DNA为模板。用优化好的双重荧光定量PCR体系进行检测,并同时做M. hyopneumoniae、M. hyorhinis普通PCR,比较两种方法的检出率。

2 结果 2.1 荧光定量PCR方法建立与优化

以10倍梯度稀释的M. hyopneumoniae、M. hyorhinis质粒的混合物为模板进行双重荧光定量PCR扩增。通过优化,确定双重荧光定量PCR反应体系引物、探针的最佳配比:P97F(10 μmol·L-1) 0.5 μL、P97R(10 μmol·L-1)0.5 μL、P97P(10 μmol·L-1)0.5 μL、P37F(10 μmol·L-1)0.5 μL、P37R(10 μmol·L-1)0.5 μL、P37P(10 μmol·L-1) 1.5 μL,模板1 μL,ddH2O补足至20 μL。优化的反应条件:50 ℃ 2 min,95 ℃ 10 min;95 ℃ 15 s、60 ℃ 60 s,40个循环。

2.2 荧光定量PCR标准曲线的建立

将1×106拷贝·μL-1M. hyopneumoniae、M. hyorhinis的重组质粒10倍系列稀释,以1×101~1×106拷贝·μL-1的稀释液为模板进行双重荧光定量PCR扩增,扩增结果浓度为横坐标,对应的Ct值为纵坐标,得到2条标准曲线(图 1);M. hyopneumoniae的斜率(Slope)、线性相关系数R2和扩增效率E分别为-3.381 5、0.998、97.58%;M. hyorhinis的Slope、R2E分别为-3.433 6、0.995 4、95.55%,扩增产物的Ct值与浓度之间线性关系良好。

图 1 双重荧光定量PCR体系标准曲线 Figure 1 Standard curve of duplex real-time PCR
2.3 特异性试验

M. hyopneumoniae、M. hyorhinis、M. hyosynoviaeM. flocculare、SIV、APP、PCV2、HPS、PPI、PRRSV、MG、SAU、E. coli阳性样本的DNA为模板,进行双重荧光定量PCR检测。结果如图 2所示。用所建立的方法检测M. hyosynoviaeM. flocculare、SIV、APP、PCV2、HPS、PPI、PRRSV、MG、SAU、E. coli结果均为阴性,无扩增曲线,该方法能特异性检测M. hyopneumoniae、M. hyorhinis

图 2 Mhp特异性试验结果曲线 Figure 2 The amplification curve of speicific experiments
2.4 敏感性试验

M. hyopneumoniae、M. hyorhinis重组质粒以1×101~1×106拷贝·μL-1的稀释液为模板,进行荧光定量PCR扩增,检验该体系敏感性,由扩增曲线可以确定1×101拷贝·μL-1为最低检出量(图 3)。

图 3 荧光定量PCR体系敏感性试验 Figure 3 Sensitivity test of the real-time PCR
2.5 重复性试验

将1×106、1×105、1×104拷贝·μL-13个不同浓度的M. hyopneumoniae质粒和3个不同浓度的M. hyorhinis质粒合并将混合物作为模板,进行3次批内和批间平行试验,根据计算变异系数(CV),衡量该方法的重复性。如表 1所示,该方法批内试验和批间试验的变异系数均小于5%[28-33]。本研究所建立的M. hyopneumoniaeM. hyorhinis双重荧光定量PCR检测方法具有很好的重复性。

表 1 荧光定量PCR的批内和批间检测结果 Table 1 The intra and inter detection result of duplex real-time PCR
2.6 临床样本检测

10份肺样本、50份鼻拭子、12份支气管肺泡灌洗液DNA经双重体系检测出M. hyopneumoniae肺阳性率80%,鼻拭子阳性率22%,支气管肺泡灌洗液阳性率58.33%;M. hyorhinis肺阳性率40%,鼻拭子阳性率66%,支气管肺泡灌洗液阳性率41.67%,如表 2所示。

表 2 双重荧光定量PCR和普通PCR检测临床样品的结果 Table 2 The results of the duplex real-time PCR and conventional PCR tested of clinical samples

通过试验对比,本研究建立的M. hyopneumoniaeM. hyorhinis双重荧光定量PCR比普通PCR方法更敏感、特异,且具有较好的临床实用性,可用于临床样品的检测。

3 讨论

M. hyopneumoniaeM. hyorhinis已成为猪场的常见病和多发病,常发生混合感染及其后的继发感染[34],严重危害养猪业的发展。越来越多的研究人员开始研究其致病机制,而如何有效地防控猪支原体疾病,也已成为重要的课题。近年来,新的检测方法不断应用于猪源支原体的检测。现阶段实验室检测主要以分离培养、ELISA等免疫学方法,PCR及荧光定量PCR等常规分子生物学方法为主。支原体较难分离培养,且培养速度缓慢,需要1周甚至更长时间才能在显微镜下观察到支原体的形态;另外,在样本采集后,运输过程、分离、培养等各环节都需要苛刻的温度和湿度,很容易在培养过程中发生死亡或丢失,导致分离培养失败,出现假阳性的结果,因此不能为临床提供及时的诊断。普通PCR仪器和试剂相对较廉价,对于条件相对简单的基层实验室,普通PCR检测方法仍有一定的实用性,但敏感性低,无法对未知样本进行定量,因此很大程度上限制了PCR的应用。荧光定量PCR操作简便,敏感性好,不需要PCR后处理,降低了污染的可能性,还实现了对检测样本的准确定量。双重荧光定量PCR是在荧光PCR基础上衍生出来的更加高效、经济、操作便捷的检测技术,对待检病原的不同基因做不同荧光标记,以达到一次PCR反应就可以检测多种病原,目前双重荧光定量PCR广泛应用于动物疫病的检测及诊断、食品安全检验等领域。

根据实验室前期研究,M. hyopneumoniaeM. hyorhinis普通PCR均可检测到104拷贝·μL-1;单重的荧光定量PCR均可检测到10拷贝·μL-1[19, 26]。本研究参照E. L. Strait等[24]、武昱孜等[19, 25]建立的荧光定量PCR检测方法,通过荧光信号强度较高且干扰较小的FAM和Texas Red两种不同的荧光信号,建立双重荧光定量PCR检测方法,能在2 h内同时鉴定区分M. hyopneumoniaeM. hyorhinis,且敏感性也可达到单重荧光定量PCR的最低检出限10拷贝·μL-1。双重荧光定量PCR检测M. hyopneumoniaeM. hyorhinis的标准曲线的相关系数分别达0.998、0.995 4,具有较高的准确性和良好的稳定性。检测不同浓度的DNA样本时,M. hyopneumoniaeM. hyorhinis基因在同一个体系中进行PCR,扩增效率基本相同,且FAM、Texas Red这2种荧光信号同时收集不存在相互干扰的现象,稳定性良好,更有效地简化了试验过程。国内外尚未见有关于荧光定量PCR方法同时检测M. hyopneumoniaeM. hyorhinis两种猪支原体的研究报道。本研究建立同时鉴别诊断2种猪主要支原体检测方法,大大缩短检测时间,提高了检测的准确性,很有应用前景。

应用所建立的方法对江苏省发病猪场采集的10份肺样本、50份鼻拭子、12份支气管肺泡灌洗液进行了检测,双重荧光定量PCR可以显著提高临床样本中M. hyopneumoniaeM. hyorhinis的检出率,定量方法的阳性率明显高于定性方法。两种方法的结果显示,多数的样本同时感染了M. hyopneumoniaeM. hyorhinis,可能此次采集的几个猪场发病猪存在混合感染的现象。猪群中混合感染及其后的继发感染现象比较普遍,用此方法检测M. hyopneumoniaeM. hyorhinis可以大大缩短检测时间。本次研究所收集的临床样本数量有限,后期将会收集更多的临床样品进行验证,进一步改进和完善本方法的临床应用。

4 结论

根据猪肺炎支原体P97序列和猪鼻支原体P37序列的特异性引物,分别标记FAM和Texas Red荧光报告基团的2条Taqman探针,优化双重实时荧光定量PCR反应条件和体系,建立了同时鉴别诊断猪肺炎支原体和猪鼻支原体的双重荧光定量PCR。该方法这两种病原体的最低检测值均为10拷贝·μL-1;与猪源致病菌、病毒和其他常见细菌均无交叉反应;重复性好。临床样本检测结果表明建立的双重荧光定量PCR方法比普通PCR更加敏感,实用性强,可用于临床样品的检测。

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