Method Article
تبادل شاردة الأسلوب القائم على راتنج، تتكيف مع سائل يدل بيوايروسول المستندة إلى اصطدام لأخذ العينات من الفيروسات. عندما يقترن مع الكشف الجزيئي المصب، الأسلوب يسمح للكشف عن الفيروسات من بيوايروسولس سهلة وحساسة.
هذا البروتوكول يوضح أسلوب أخذ عينات بيوايروسول مخصصة للبحث عن الفيروسات. في هذا النظام، مقرونة بأجهزة جمع العينات السائلة الهواء المستندة إلى اصطدام لتركيز فعال من الفيروسات مشحونة سلبا على راتنج تبادل شاردة من بيوايروسولس. وهكذا، الراتنج بمثابة خطوة إضافية تركز في سير العمل بيوايروسول أخذ العينات. ثم يتم استخراج الحمض النووي من الجسيمات الفيروسية مباشرة من راتنج تبادل شاردة، مع مناسبة للتحليلات الجزيئية العينة الناتجة عن ذلك. علاوة على ذلك، يصف هذا البروتوكول غرفة بيوايروسول المواصفات قادرة على توليد بيوايروسولس محملة بالفيروس ضمن مجموعة متنوعة من الظروف البيئية، والسماح للرصد المستمر للمتغيرات البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة، سرعة الرياح، وتركيز الهباء الجوي الشامل. والميزة الرئيسية لاستخدام هذا البروتوكول هو زيادة الحساسية للكشف عن الفيروس، حسب تقييمها عن طريق مقارنة مباشرة إلى مرطام سائلة تقليدية غير معدلة. وتشمل المزايا الأخرى القدرة على التركيز الفيروسات مشحونة سلبا المتنوعة، منخفضة التكلفة من راتنج تبادل شاردة (~$0.14 كل عينة)، وسهولة الاستخدام. عجز هذا البروتوكول لتقييم العدوى جسيمات الفيروسية تمتز الراتنج من عيوبها، ويحتمل أن تكون الحاجة إلى الاستفادة المثلى من المخزن المؤقت العينات السائلة المستخدمة داخل مرطام.
والغرض من هذا الأسلوب توفير منبر أخذ عينات بيوايروسول حساسة للغاية لتسهيل الكشف الجزيئي للفيروسات مشحونة سلبا من بيوايروسولس. الكائنات الحية الدقيقة، بما في ذلك الجسيمات الفيروسية، يمكن أن يعيش في بيوايروسولس لفترات طويلة من الزمن1. بيوايروسولس يمكن السفر عبر مسافات طويلة نسبيا والحفاظ على الاستمرارية والعدوى، كما يدل على ذلك تفشي المرض المهلك التي نشأت من أبراج تقع على بعد 6 كم من الأفراد المتضررين التبريد الصناعي و أسفرت عن وفاة 182. يمكن أن يحدث في إعدادات متعددة الإرسال غير المباشر للفيروسات إلى البشر بوساطة من بيوايروسولس ولقد أظهر تفشي نوروفيروس في المدارس والمطاعم3،4. وبالمثل، يمكن أن يحدث انتقال بيوايروسول من الفيروسات في إعدادات الزراعية كما هو الحال في مزارع الدواجن والخنازير، مع هذا الطريق انتقال حيث تعتبر عاملاً رئيسيا في انتقال الفيروسات بين مرافق الإنتاج5، 6 , 7 , 8 , 9.
فعالة لأخذ العينات من بيوايروسولس محملة بالفيروس يسمح للتحسين في التشخيص السريع والتأهب لمنع اندلاع، كما هو مبين في المظاهرات في أي إتش 5 أسواق الإنفلونزا تم الكشف عن فيروسات من بيوايروسولس في الحيوانات الحية في الصين الولايات المتحدة10،11. تقنيات أخذ العينات بيوايروسول الحالية تنطوي على عدد من المبادئ التقاط الجسيمات مختلفة، ويمكن تصنيف على نطاق واسع في إيمبينجيرس، والأعاصير، والرواطم، والمرشحات12. وخارج نطاق هذا البروتوكول استفاضة وتغطي جميع مزايا وعيوب هذه المنابر لأخذ عينات فيروسات من بيوايروسولس؛ ومع ذلك، يمكن القول بأن غالبية هذه الأجهزة أخذ العينات لا يكون قد تم تحسين المجموعة من الفيروسات و bacteriophages13. وعلاوة على ذلك، العدوى الفيروسية الجسيمات تتأثر سلبيا غالباً، مع السائل إيمبينجيرس نظرت إلى الحفاظ على العدوى الفيروسية أكثر فعالية من أخذ عينات من الأجهزة مثل الرواطم أو مرشحات الصلبة14. ومع ذلك، عيب واحد من اصطدام السائل هو تأثير تمييع الهدف، الذي يحدث بسبب فيروسات يتم جمعها بكميات كبيرة نسبيا (عادة مل إيه تو زيرو) من السائل في وعاء جمع. عيب هام آخر ينطوي على كفاءة دون المستوى الأمثل من إيمبينجيرس السائلة تركيز جسيمات < 0.5 ميكرومتر في الحجم15. ومع ذلك، يمكن تحسين القبض على كفاءة هذه الأجهزة قبل التثبيت في مصفوفات الصلبة، التثبيت يمكن أن يعزز الحفاظ على الأحماض النووية الفيروسية والعدوى الفيروسية16،17.
وقد أثبتنا سابقا أن راتنج تبادل شاردة أداة فعالة لالتقاط وتركيز للفيروسات من مصفوفات السائل، بما في ذلك bacteriophages والجيش الملكي النيبالي وفيروس التهاب الكبد الوبائي أ، إتش البشري وفيروس الروتا18،19 ،20. كما حددتها الشركة المصنعة، راتنج تبادل شاردة المستخدمة في هذا العمل راتنج تبادل البوليستيرين شاردة قاعدة قوية ماكروريتيكولار فيها أمين رباعي فونكتيوناليزيد المجموعات جاذبية التوسط والقبض على الأنيونات في متوسط سائل21 . ونتيجة لذلك، يتوقع راتنج تبادل شاردة التقاط الفيروسات مع رسوم السطحية الصافية سلبية، بما في ذلك العديد من الفيروسات المعوية، وفيروسات الإنفلونزا وفيروسات أخرى ذات صلة بالصحة العامة والحيوانية.
البروتوكول الحالي ينطوي على إضافة راتنج تبادل شاردة إلى مرطام سائلة. في هذا النظام، الراتنج بمثابة خطوة تركز ثانوي للجسيمات الفيروسية في السائل مرطام. يمكن ثم التيد الأحماض النووية مباشرة بكميات صغيرة، توفير عينة مركزة للتحليلات الجزيئية. وهكذا، والميزة الرئيسية لهذا الأسلوب هو التحسن الذي طرأ على حساسية الكشف عن الفيروس، أساسا من خلال تخفيض حجم العينة. بالإضافة إلى ذلك، بسبب الاستيلاء غير محدد الأصيل المشحون سلبا على فيروسات، الأسلوب المرجح المطبقة للكشف عن عدد كبير من الفيروسات للفائدة. ويتجلى الأسلوب هنا، لسلالات لقاح من نوع A وفيروسات الإنفلونزا نوع B و coliphage فرنا MS2 (MS2). بعد اكتشاف هذه الفيروسات باستخدام فحوصات بكر qRT القياسية كما هو موضح سابقا22. لا ينبغي أن تتوقع المستخدم نقطة النهاية تواجه صعوبات في أداء هذا الأسلوب، لأن إدخال تعديلات على القائمة حاليا لا تشكل معدات اختلالات كبيرة في تدفق التقليدية بيوايروسول أخذ العينات والتحليل.
1-الإعداد لقاعة بيوايروسول (انظر الشكل 2)
2-نموذج "تجارب بيوايروسوليزيشن" (انظر الشكل 3)
3. استخراج الحمض النووي وكشف قرت-بكر
يوضح الشكل 1 المبدأ الكامن وراء القبض على أساس التهمة من الفيروسات من بيوايروسولس عن طريق إدراج راتنج في إيمبينجيرس على أساس سائل. ويبين الشكل 2 إعداد قاعة بيوايروسول المواصفات. الشكل 3 يوضح الخطوات المتبعة في إعداد التجربة هباء واتخاذ تدابير لضمان مراقبة الجودة. ويبين الشكل 4 منحنيات التضخيم بكر qRT الكشف عن الفيروسات مشحونة سلبا على القبض على من بيوايروسولس. ويبين الجدول 1 كبسولة تفجير والمجسات المستخدمة لبكر قرة للفيروسات المثال المستخدمة في هذه الدراسة.
استخدام MS2 والإنفلونزا من الفيروسات الواردة ضمن لقاح الإنفلونزا كنماذج في قاعة بيوايروسول مخصصة، تعديل إيمبينجيرس السائل مع راتنج تبادل شاردة سمح لحوالي 3 x 9 x تحسين الكشف الفيروسية، اعتماداً على المحددة الفيروس، مقارنة بالتجارب المباشرة لاصطدام السائل22. الكشف عن نوع فيروسات إنفلونزا يمكن أن يتحقق حتى 3.26 كما هو موضح في المنحنيات التضخيم بكر qRT الممثل (الشكل 4)، دورات عاجلاً عندما كان يستخدم راتنج تبادل شاردة مقارنة باختبار السائل اصطدام مباشر. إذ ترى أن مكسب قيراط واحد يتوافق مع قرة-PCR التي تتسم بالكفاءة بنسبة 100%، إلى إضعاف زيادة في تركيز الهدف، يكافئ هذا الاختلاف إلى تحسن 9.58 x في الكشف عن.
رقم 1: اصطدام السائل مقترنة مع راتنج تبادل شاردة. كل من أجهزة أخذ العينات بيوايروسول تم التعديل ودمج راتنج تبادل شاردة تصميمها. كل حبة الراتنج هو ميدان 0.5 إلى 1.0 مم مع سطح مسامية، سمة التي تزيد من مساحة السطح تبادل شاردة. تسمح المجموعات الوظيفية أمونيوم رباعي للقبض على أيونات في وسائل الإعلام السائلة، التوسط لالتقاط الفيروسات مع رسوم السطحية الصافية سلبية، بما في ذلك الفيروسات MS2 coliphages والإنفلونزا، التي تستخدم في هذا البروتوكول كنموذج الكائنات الحية (الذيل ويوجه عاثية هنا كمثال للقبض على الفيروسات). ثم يتم عزل الحمض النووي مباشرة من الراتنج (باستخدام أدوات متوفرة تجارياً)، مع نموذج مناسب الجزيئية الأكثر الكشف عن استراتيجيات (قرة-PCR المستخدمة هنا). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: مخصص بيوايروسول الدائرة التخطيطي. ج: 6-جت البخاخات المتوفرة مع الهواء التي تمت تصفيتها والمجفف في توليد ضغط 6.9 الجيش الشعبي الكوري؛ باء: مراوح محورية تيسيرا لخلط بيوايروسول موحدة؛ C: الهباء الجوي رصد لتحديد تركيزات بيوايروسول النسبية؛ D: مرطام السائل مع الراتنج؛ هاء: السائل مرطام دون راتنج؛ F: مقياس شدة الريح الحرارية لقياس سرعة الرياح؛ G: رصد نوعية الهواء لقياس المتغيرات البيئية الأخرى بما في ذلك درجة الحرارة وثاني أكسيد الكربون، ونسبة الرطوبة النسبية؛ H: مضخات العينات النشطة معايرة إلى 12.5 لتر في الدقيقة؛ أولاً: برج مختومة القفازات المنافذ لتحديد المواقع معدات أخذ العينات داخل قاعة بيوايروسول؛ ياء: نافذة المراقبة. تم إعادة استخدام هذا الشكل من العمل السابق بإذن من الناشر22. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: سير العمل للتجربة بيوايروسوليزيشن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: راتنج تبادل شاردة يحسن qRT-بكر على أساس الكشف عن الفيروسات مشحونة سلبا في بيوايروسولس- في هذا المثال، نوع فيروسات الإنفلونزا A بتركيز العدوى من 103.5 فو/مل كانت الضبوبيه في قاعة بيوايروسول مخصصة حتى التوصل إلى تركيز الشامل بيوايروسول 5 مغ/م3. إيمبينجيرس السائل مع أو بدون راتنج يشتركون في نفس الوقت لكل عينة (500 لتر) بيوايروسول. حصل من راتنج تبادل شاردة أو من السائل مرطام الرنا الفيروسي وجزيئي ببكر قرة. وتكررت هذه التجربة في ثلاث نسخ. تم الكشف عن الأحماض النووية التي تم الحصول عليها من عينات الراتنج في Ct متوسط من 26.76، بينما تم اكتشاف مرطام العينات السائلة في Ct متوسط من 30.02 (ΔCt 3.26). يكافئ هذا الفرق في التصوير المقطعي إلى تحسن 9.58 x في الكشف عن استخدام راتنج تبادل شاردة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
فيروسات | اسم الدليل | تسلسل التمهيدي | مرجع | |
MS2 | إعادة توجيه معهد جوته | --أتككاتتتجتاكجككج 5 '-3' | 23 | |
التحقيق معهد جوته | 5'-(6-FAM)-TAGGCATCTACGGGGACGA-(BBQ)-3 ' | |||
القس معهد جوته | --تجكاتكتكاكتججاكاتات 5 '-3' | |||
شركة الخطوط الجوية العراقية إعادة توجيه (46F) | --جاكاتكجاتاتججتجككج 5 '-3' | |||
التحقيق الإداري | 5 '--(Cy5)-كاكاتكاككاججاجاكجكاتجاجا-(للشواء)-3' | |||
شركة الخطوط الجوية العراقية Rev (186R) | --كجاجاكجاتجكاجككاتك 5 '-3' | |||
فيروسات الإنفلونزا من النوع | مركز السيطرة على الأمراض فيروس الإنفلونزا العالمي A التمهيدي إلى الأمام | 5-GAC CRA TCC TGT CAC لجنة مكافحة الإرهاب TGA C-3 ' | 24 | |
مركز السيطرة على الأمراض الإنفلونزا العالمي فيروس عكس التمهيدي | 5-AGG الائتلاف تج TTY هيئة مكافحة الفساد احتفظا CGT كبار المستشارين التقنيين-3 ' | |||
مركز السيطرة على الأمراض مسبار فيروس الإنفلونزا العالمي A | 5 '-(الاتحاد الماليزي)-TGC AGT CCT كجك TCA CTG السواقين ACG-(BHQ1)-3' | |||
فيروسات الإنفلونزا نوع B | مركز السيطرة على الأمراض فيروس الإنفلونزا العالمي ب التمهيدي إلى الأمام | --تككتكاكتكاكتكتكجاجكج 5 '-3' | 24 | |
مركز السيطرة على الأمراض فيروس الإنفلونزا العالمي ب عكس التمهيدي | --كجتجكتكتجاككااتج 5 '-3' | |||
مسبار فيروس الإنفلونزا العالمي ب مركز السيطرة على الأمراض | 5 '-(جو)--ككاتكجاجكاجكتجااكتجكجتج-(BHQ1)-3' |
الجدول 1: الإشعال والمجسات المستخدمة في هذه الدراسة. وكان جميع أجهزة الإشعال والمسابير من فريدمان وآخرون 201123 و سيلفاراجو و 2010 سيلفارانجان24.
ويحدد هذا البروتوكول طريقة لالتقاط الفيروسية حساسة من بيوايروسولس باستخدام إيمبينجيرس السائلة المعدلة. هو الأسلوب الأمثل للكشف والتحديد الكمي للحمل الفيروسي في بيوايروسولس. تعديل محددة أثبتت هنا ينطوي على إضافة راتنج تبادل شاردة للسائل الواردة ضمن مرطام سائلة مشتركة. تم تطوير هذا الأسلوب لبساطته في تجهيز عينات المصب، بينما تقنيات تجهيز عينة أخرى مثل الطرد المركزي والترشيح، والأساليب المستندة إلى هطول الأمطار لا توفر مثل هذه ميزة. يتم استخراج أحماض النووية مباشرة من الراتنج، تنتفي الحاجة إلى التيونس كبيرة الحجم ومتعددة الخطوات إعداد عينة، المساهمة في نهاية المطاف إلى تحسين الكشف عن حساسية الأسلوب عن طريق تخفيض في العينة الفعالة وحدة التخزين. وعلاوة على ذلك، فقد ثبت أن التثبيت من الجسيمات الفيروسية في صلب السطوح يمكن أن تسهم في زيادة الاستقرار من الحمض النووي الفيروسي أو الاحتفاظ بالعدوى الفيروسية17،25. التثبيت قد يسهم أيضا القبض على زيادة الكفاءة بالحد من الخسائر الناجمة عن رييروسوليزيشن16. يمكن أن يقترن الأسلوب بسهولة مع التحليلات الجزيئية المصب (قرة-PCR أثبت هنا). يمكن استخراج الحقل راتنج تبادل شاردة وشحنها إلى معمل للتحليل، في حين يمكن أن يبقى معدات أخذ عينات الهواء مكرسة للرصد في مجال أخذ العينات. كما ينطوي المبدأ الكامن وراء الإجراء القبض غير محددة على فيروسات تحمل شحنة سطح الصافية السلبية، يتوقع الأسلوب قابلة للكشف عن الفيروسات المسببة للأمراض متعددة من أهمية بالنسبة لصحة الإنسان والطب البيطري. كما استعرضها مكين وجراولي26، لدى عدد كبير من الفيروسات الهامة للصحة العامة والحيوانية التهم السطحية الصافية السلبية، مع بعض الاستثناءات المعروفة، مثل بعض سلالات روتافيروسيس وبوليوفيروسيس.
هذا البروتوكول غير مباشرة إلى تقييم تأثير الظروف البيئية على حساسية الكشف؛ عند أخذ عينات الهواء يجري في إعدادات الحقل، غير المتصور أن المتغيرات مثل درجة الحرارة والرطوبة النسبية قد تؤثر على كفاءة جمع عبر أنواع متعددة من العينات الجوية12. وهكذا، يمكن تعديل الأوضاع داخل قاعة بيوايروسول لتتناسب مع هذه البارامترات البيئية حسب الحاجة. الأسلوب راتنج تبادل شاردة قد ثبت فعالية التركيز فيروسات متعددة من عينات المياه مع مجموعة واسعة من الخصائص الفيزيائية الكيميائية، مشيراً إلى أن التدخل من الجسيمات، والبكتيريا، والاتفاقيات البيئية الأخرى، ومن المتوقع أن يكون الحد الأدنى18الملوثات. بالإضافة إلى ذلك، قد تتطلب جمع المخازن المؤقتة الأمثل لفيروسات محددة، كما هو الحال في بعض الحالات قد ثبت الاستفادة المثلى من مجموعة المخزن المؤقت يمكن أن تؤدي إلى تحسين الاحتفاظ بالاستقرار الفيروسية27. عيب الرئيسي للأسلوب كما قدم هو حقيقة أنه لا يمكن تحديد العدوى الفيروسية. وثمة عيب آخر من هذا البروتوكول هو عدم القدرة على تقييم الآثار السلبية المحتملة نيبوليزيشن والهواء أخذ العينات على استقرار الفيروسية، بما في ذلك جفاف، والقص، والامتزاز غير محددة إلى بيوايروسول غرفة السطوح22.
الأجهزة بيوايروسول تعديل أخذ العينات يمكن أن تكون قابلة لأخذ العينات الميدانية في إعدادات متعددة، بما في ذلك المستشفيات والمدارس، والعمليات الزراعية، وأماكن أخرى. لأنه يتم إجراء تعديلات على معدات أخذ العينات الموجودة في الهواء، فمن المتوقع أن تكون الأجهزة المعدلة بسهولة تبني المشغلين حاليا أخذ عينات بيوايروسولس للبحث عن الفيروسات. البروتوكول ويتجلى هنا في دائرة بيوايروسول مبنية خصيصا باستخدام فيروسات MS2 والإنفلونزا، وأهداف مفيدة لتطوير أسلوب يرجع ذلك إلى حقيقة أن تمثل أمثلة على الفيروسات المغلفة وغير المغلفة، ويعتبر MS2 مركب من الفيروسات المعوية، وهي عادة تستخدم في التقييم من إيمبينجيرس22،،من2627،،من2829.
وسيشمل العمل المستقبلي الأمثل لظروف أخذ العينات (أي الهواء أخذ العينات السرعة، جمع المخازن المؤقتة) وإدراج من الفيروسات ذات الصلة إضافية في اختبار بروتوكولات.
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
كان يؤيد هذا العمل بتمويل من مركز السيطرة على الأمراض/هي مركز Intermountain سهول عالية للصحة الزراعية والسلامة (5U54OH008085) وبرنامج كولورادو اكتشاف منح تقييم العلوم البيولوجية (14BGF-16).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Escherichia coli bacteriophage MS2 (ATCC 15597-B1) | American Type Culture Collection | ATCC 15597-B1 | |
FluMist Quadrivalent | AstraZeneca | Contact manufacturer | Viral constitutents of this vaccine are subject to change on an annual basis |
CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad | 1855195 | |
Primers and probes | Integrated DNA Technologies | NA | |
0.2 µM sterile filter | NA | NA | |
1 L pyrex bottles or equivalent | NA | NA | |
1 mL pipet tips | NA | NA | |
1 mL pipettor | NA | NA | |
50 mL serological pipet | NA | NA | |
PCR tubes | NA | NA | |
Pipet-aid or equivalent | NA | NA | |
QIAamp Viral RNA Mini Kit | Qiagen | 52904 | |
QuantiTect Probe RT-PCR Kit | Qiagen | 204443 | |
Amberlite IRA-900 chloride form | Sigma-Aldrich | 216585-500G | |
Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P5368-10PAK | |
Water (molecular biology grade) | Sigma-Aldrich | W4502-1L | |
Eppendorf DNA LoBind Microcentrifuge Tubes | ThermoFisher | 13-698-791 | |
Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes | ThermoFisher | 14-432-22 | |
Falcon Polypropylene Centrifuge Tubes | ThermoFisher | 05-538-62 | |
SuperScript III Platinum One-Step qRT-PCR Kit w/ROX | ThermoFisher | 11745100 | |
SKC Biosampler 20 mL, 3-piece glass set | SKC Inc. | 225-9593 | |
Vac-u-Go sample pumps | SKC Inc. | 228-9695 | |
Collison nebulizer (6-jet) | BGI Inc. | NA | |
HEPA capsule | PALL | 12144 | |
Q-TRAK indoor air quality monitor 8554 | TSI Inc. | NA | |
Alnor velometer thermal anemometer AVM440-A | TSI Inc. | NA | |
SidePak AM510 personal aerosol monitor | TSI Inc. | NA | |
Bioaerosol chamber | NA | NA |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved