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量化环境微生物和病毒使用 qPCR

Overview

资料来源: 实验室的博士伊恩胡椒和博士查尔斯称-亚利桑那大学
演示作者: 布拉德利施密茨

定量聚合酶链反应 (qPCR),也被称为实时 pcr 技术,是一种广泛用于分子技术用于枚举在环境中的微生物。在这种方法,量化微生物是很大程度上限于古典文化为基础的技术。然而,培养微生物从环境样品可以尤其具有挑战性,并且它一般认为,尽可能少的为 1 到 10%的目前在环境样品中微生物的检出使用这些技术。QPCR 环境微生物学研究中的到来因此拥有先进领域大大,从而更准确地测定等致病微生物的浓度环境样品中的病原体。然而,qPCR 应用微生物技术作为一个重要限制是活生生的、 可行的人口不能区分处于非活动状态或非生物的种群。

该视频演示 qPCR 检测辣椒轻斑驳病毒环境水样中的使用。

Principles

QPCR 背后的基本原则是产品的常规 PCR — — 重复周期的引物退火对模板、 断裂伸长率的 PCR 产物的变性从模板,导致指数扩增的感兴趣,称为"扩增子",从一个池的起始原料的靶序列相同。QPCR 的创新在荧光化学物质加入的反应,在每个周期直接要由专门补足可视化中"实时"允许 PCR 产物的合成,使它能够量化的原始样品中的模板序列。通常按照阈值周期 (Ct,也被称为量化周期或 Cq),是 PCR 循环的荧光灯产品量超出背景水平的测定量。

量化可以是相对的一个序列的 Ct值相比另一个标准或控制序列。或者,如果旁边样品反应中运行一系列已知数量的 DNA,DNA 量荧光值相比"标准曲线"可以生产,并允许 DNA 样本以绝对量化。

在一个 qPCR 方法,一小段 DNA,称为探针,被设计用来对抗感兴趣的特定目标序列。探针化学附加到一种荧光染料,以及抑制在接近的接近度时染料的荧光信号"淬火"分子。聚合酶,合成 DNA 产品,已有辱人格的 DNA 的活动会导致从探头,因而从猝灭剂分离染料和允许被检测到的荧光信号释放荧光分子。以后每个 PCR 荧光水平被定量测量的周期,增加信号强度关联到更高水平的扩增的靶序列 (称为"扩增") 目前在环境样品内。

Procedure

1.样品采集

  1. 收集土壤使用螺旋或铲到确定的深度。如果收集从根际土壤,只收集击中过剩泥土掉根和所需的土壤刮进收集桶内 7 毫米植物根系周围土壤。
  2. 将无菌尔根瓶放入浸根棍子。举行结束的坚持,以及收集水淹没瓶。将瓶子放入冰冷却器。
  3. 将样品转移到实验室。

2.核酸提取

  1. 为了孤立的微生物从采集的样品,提取它们的 DNA 或 RNA,请参阅朱庇特科学教育视频上社区核酸提取。

3.反向转录

  1. 如果被测定的遗传物质是 RNA,它必须用于生成互补 DNA (cDNA) 通过逆转录聚合酶链反应之前。有关详细信息,请参阅朱庇特科学教育视频 RT-pcr 技术。

4.设置 qPCR

  1. 检索存储在-20 ° C 的试剂和解冻他们在冰上或在室温内清洁罩。在此示例中使用的试剂包括 qPCR 反应混合 (取决于 qPCR 机使用; 包含 DNA 聚合酶),正向和反向引物和 TaqMan 探针。具体被列举的有机体的序列设计引物和探针序列。请参阅当前文学找到感兴趣的序列。在此示例中,将使用罗氏光循环 480 探针混合试剂系统。辣椒轻斑驳病毒将水样中列举。1,2表 1为引物和探针序列。
  2. 解冻在室温中提取 DNA (c) 从样品和阳性对照 DNA (组成的有机体特定序列克隆到细菌质粒)。
  3. 准备类似于 96 孔板 qPCR 板 96 单元格表格模板。标签将加载到板反应的每个单元格。包括为每个样品和标准一式三份,以及阳性对照和阴性对照,如无 DNA 反应的反应。
  4. 计算所需的反应"主组合",其中包括所有是不变的反应,根据制造商的说明与文学之间的试剂的试剂卷。准备所有样品加上控件,和额外的 10%,占移液错误一式三份反应足够主的混合。示例主控形状混合配方,请参阅表 2
  5. 工作内清洁的罩,一旦所有试剂完全解冻都后,将计算出的金额,每个试剂的添加到 1.5 毫升低绑定离心管来创建主组合。涡和简要 minicentrifuge 之前添加的每个试剂。更改每个试剂,防止污染,确保正确的浓度之间的移液器提示。已添加所有的试剂后,涡和 minicentrifuge 管与主的组合,以确保同质性。
  6. 整除的主掺入每个选定好在 96 孔板 PCR 板相应的卷数。
  7. 将 (c) DNA 样本、 质粒阳性对照和阴性对照 (分子级水) 适当的卷添加到指定的井。
  8. 一旦添加了所有样品和控件,用密封铝箔封口板。使用密封工具推从下面箔出空气,防止产生泡沫。仔细地撕下铝箔的边缘。
  9. 离心机离心机与板持有者收集混合物每口井底部密封的 96 孔板。请确保使用配重板以确保离心机将旋转时适当的平衡。脉冲离心机达 1000 rpm,然后让离心机慢慢停止没有刹车。

5.qPCR 操作

  1. 放入 qPCR 机密封的 96 孔板。确保这台机器指示它是准备好开始。
  2. 按照 qPCR 机说明正确输入所有信息所需的软件,然后设置 qPCR 的机器来运行。
  3. 机器完成运行后,软件将能够使用阳性对照已知的浓度来计算每个反应的基因的数量。然后可以计算的原始样品中的病毒数量,基于稀释、 过滤、 浓度、 放大或执行获取 DNA 样本的提取工艺。
试剂 序列 (5' → 3') 卷 (μ L 嗯) 最后混凝土
向前的底漆 GAGTGGTTTGACCTTAACGTTTGA 2.25 900 毫微米
反向引 TTGTCGGTTGCAATGCAAGT 2.25 900 毫微米
探头 FAM-CCTACCGAAGCAAATG-BHQ1 1.0 200 毫微米

表 1。示例引物和探针序列检测辣椒轻斑驳病毒。

试剂 卷 (μ L 嗯) 井数 主混音音量 (μ L)
LC 480 混合 12.5 26 325
分子的 H2O 4.5 117
向前的底漆 2.25 58.5
反向引 2.25 58.5
探头 1.0 26
总计 22.5 585

表 2。个别反应和主混合试剂卷。

Application and Summary

能够量化目标基因组部分副本使用 qPCR 技术是在大量的科学领域中的重要性。示例应用程序包括:

(1) 枚举在水、 土壤、 粮食、 曲面等病原体。

实时荧光定量 PCR 用于枚举在各种环境中的病原体。爆发,水和土壤的样本可以分析感兴趣要查找源造成传播的病原体。然后可以进一步分析源,枚举浓度的病原体,并确定出的污染物量。例如,在爆发期间诺瓦克样病毒引起严重的胃肠炎、 呕吐和腹泻到乘客的游轮上,水和食物样品可能受到实时荧光定量 PCR 来标识源的病毒,不妥善处理,所载高粪便污染的水。

(2) 将减少病原微生物测定废水处理

未经处理的污水水含有丰富的致病微生物,因此必须以保障公众健康治疗。水样品可以收集废水处理火车,沿不同点处使用和分析 qPCR 来确定病原微生物包括病毒含量减少。计算的减少然后提供有价值的信息,至于成效污水处理过程和潜在水重用应用程序。

(3) 测量在环境中的功能基因标记

微生物群落的变化在会员及活动造成环境压力的波动。这些变化可以通过可能由特定环境应激激活的功能基因的分析监控。实时荧光定量 PCR 可用于量化样品中微生物群落活动监视的更改这些基因的表达。例如,qPCR 允许微生物生态学家量化为在人为污染物在土壤环境中的生物降解途径激活基因的表达。

References

  1. Zhang, T., Breitbart, M., et al. RNA Viral Community in Human Feces: Prevalence of Plant Pathogenic Viruses. PLoS Biology. 4, e3 (2005).
  2. Haramoto, E., et al. Occurrence of Pepper Mild Mottle in Drinking Water Sources in Japan. Applied Environmental Microbiology. 79, 7413-7418 (2013).

Tags

Quantitative Polymerase Chain ReactionQPCRMicroorganismsVirusesEnvironmental SampleDNA SequencesMicrobial DetectionPCR MethodologiesActively Growing MicrobesChemical InnovationsRNA VirusSoil SamplesEnvironmental Microbiology

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Overview

1:20

Principles of qPCR

3:51

Sample Collection and qRT-PCR Setup

7:54

Applications

9:29

Summary

此集合中的视频:

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