分子诊断技术在结核病诊治中的应用.ppt

分子诊断技术在结核病诊治中的应用 武汉大学人民医院检验医学中心李艳 全球结核病流行状况 WHOreport 2013 全球结核病流行状况 全球结核感染人数2004年后处于下降趋势HIV患者并发结核病数量处于平稳阶段中国结核感染人数全球排名第二 WHOreport 2013 全球结核病流行状况 WHOreport 2013 全球结核病流行状况 全球结核死亡人数处于下降趋势斯威士兰结核病感染率最高 WHOreport 2013 全球结核病流行状况 Globally anestimated3 6 ofnewcasesand20 2 ofpreviouslytreatedcaseshaveMDR TBTherewereanestimated450 000newcasesofMDR TBworldwidein2012Onaverage anestimated9 6 ofMDR TBcaseshaveXDR TB WHOreport 2013 全球结核病流行状况 2012年全球新发结核病例为860万人 中国占总数的12 在860万新病例中约110万人 13 为HIV阳性 这些病例的75 在非洲每年约有130万人死于结核病 我国为25万结核病每24秒钟就杀死1人预计未来20年还将有3600万人死于结核病 全球每年有45万新发MDR TB 大约4 3万为XDR TB 4多 WHOreport 2013 结核病诊治中存在的问题 预防问题 诊断问题 治疗问题 医疗问题 检验人员最关心的问题 根据不同分子水平及技术特点来选择诊断检测体系 方法选择 方法选择的影响因素 Sputum 涂片 MTB培养 孵育4 8周 阳性 药敏试验 观察孵育4周观察生长情况 涂片 阳性 分子诊断技术 液体培养及药敏试验 平均时间2 3个月 平均时间20天 只需2小时 2天 涂阳 60 98 有结核分枝杆菌 因此涂阳后最好用分子生物学方法进行快速鉴定 扩增杂交 LAMP SDA 芯片 RT PCR SAT TMA FISH Probe 分子诊断适宜技术的选择 T SPOT TB与QFT GI为IGRAs实验 结核菌素试验 TST T SPOT TB QuantiFERON TBGoldin tube QFT GI 蛋白质水平 全血IFN 释放分析技术 IGRA 结核感染者体内存在特异的效应T淋巴细胞 效应T淋巴细胞再次受到结核抗原刺激时会分泌多种细胞因子 IFN 因此 检测效应T淋巴细胞可用于结核病或结核潜伏感染者的诊断 由于效应T细胞存活时间很短 而且具有特异性 因此可以作为机体是否正处于被感染的指标 无论是否有临床症状 基于IGRA原理的产品目前已被美国 加拿大 英国 德国 意大利 瑞士 法国 荷兰 日本等二十余个国家写入本国的结核诊疗指南中 干扰素释放实验 酶联免疫斑点技术 培养滤液蛋白10 CFP10 早期抗原靶6 ESAT 6 一 T SPOT技术基础 T SPOT 由结核杆菌基因组RD1区相同的操纵子编码的蛋白所有的卡介苗 BCG 均丢失该基因序列绝大多数的环境分枝杆菌也不存在RD1区 结核杆菌特异抗原 ESAT 6与CFP10抗原 PlamaPBMCsGelBarrierErythrocytes 检测过程 分离PBMCs 加入PBMCs与结核特异抗原37 孵育16 20小时 PBMCs特异抗原 干扰素抗体 加入标记二抗 孵育1小时 加入显色液 终止反应 观察结果 1个斑点 1个效应T细胞 结果判断图 阴性结果 阳性结果 空白对照抗原AESAT 6抗原BCFP10阳性对照 PHA 潜伏性结核 LTBI 诊断技术比较 IGRAs与TST相比 具有更高的灵敏度和特异性IGRAs与BCG NTM无交叉反应 TST有交叉反应 难以从感染者中鉴别出活动性肺结核患者小于5岁儿童 免疫力低下患者不适合采用IGRAs检测试剂成本非常高 costs 费用 availabilityforcliniciansandotherhealthworkers 医疗水平 patientacceptability 患者是否接受 easeofdistributionandstorage 实验平台 核酸扩增技术 SAT SimultaneousAmplificationandTesting RNA仁度 CPA CrossPrimingAmplification DNA RNA 优思达 LAMP Loop MediatedIsothermalAmplification DNA Japan TMA TranscriptionMediatedAmplification RNA Gen Probe GenoType MTBDRplus HainLifescience NASBA NucleicAcidSequence BasedAmplification RNA OT RCA RollingCircleAmplification DNA MolecularStaging HDA Helicase DependantAmplification DNA Biohelix NEB RNA拷贝数 DNA拷贝数 生命力旺盛的病原体RNA转录活跃 较好的愈后指标 交叉污染少 TMA SAT优点 RNA作为临床分子诊断靶标 二 SAT技术 同一温度下 42 以RNA为起始模板 通过M MLV反转录酶产生一个双链DNA拷贝 然后利用T7RNA多聚酶从DNA拷贝上产生多个 100 1000个 RNA拷贝 每一个RNA拷贝再从反转录开始进入下一个扩增循环 同时 带有荧光标记的探针和这些RNA拷贝特异结合 产生荧光 该荧光信号可由荧光检测仪器实时捕获 直观反映扩增循环情况 TB SAT操作步骤 阳性结果 阴性结果 恒温扩增 42 CRNA检测 起始靶标与扩增产物都是RNA扩增产物的污染更少 RNA环境中易降解更高的扩增效率 30分钟内扩增10亿倍反应稳定 抑制物少 高灵敏度 特异性活菌检测操作简单 快速 MTBDRsl 鉴定XDR MTBDRplus 鉴定MDR MTBC 鉴定MTB复合群 MTBCM 鉴定MTB和NTM 分类 Gene Probe TMA Hain 技术 三 MTBC 鉴定MTB复合群 TMA技术 方法名称 HPV HybridizationProtectionAssay 杂交保护分析法为Gen probe公司专利原理 以rRNA为靶标 采用线性探针技术检测结核分枝杆菌复合群检测设备 LEADER50iHPA MTD MycobacteriumTuberculosisDirect 2 5h报告 直接从标本中检测结核菌HPA Accuprobe 1h报告 用菌落或自动培养系统的菌 样本 细胞溶解 目标r RNA释放 MTD技术路线 杂交体 rRNA 60 C15分钟 加入探针 探针 杂交 选择性试剂 60 C 化学发光读数仪 荧光检测 MTD技术特点 MTD结核分枝杆菌检测技术特点 采用分子技术快速鉴定 2 5小时 结核分枝杆菌复合群标本可以是涂片阴性或者阳性的痰标本 也可以是培养物唯一获得FDA推荐的凃阴样本快速检测技术检测RNA RNA只能来源于活的细菌 可鉴定活动性结核病人 采用TMA恒温扩增 不使用PCR仪器 无需专业的PCR实验室认证HPA杂交保护分析技术 灵敏 特异严格的实验室防污染技术 整个实验过程所有试剂和样本全部在同一个反应管内进行 杜绝交叉污染 MTD结核分枝杆菌的直接检测意义 TB与其他分枝杆菌区分AIDS患者鸟分枝杆菌小肠黏膜感染龟分枝杆菌引起严重院内感染 南方某医院 提高TB检出率CSF 胸腹水等疑似患者长期低热 ESR持续增快 排除肿瘤和免疫性疾病患者 做血 痰TB菌MTD检测 DNA作为临床分子诊断靶标 四 MTBDRplus 鉴定MDR 方法名称 耐多药结核病 MDR TB 快速诊断为HainLifescience公司专利原理 采用线性探针技术 Line Probe或称DNA Strip 检测结核分枝杆菌复合群利福平 rpoB 和异烟肼 katG和inhA 等结核治疗药物的耐药基因来判断TB体内耐药性MTBDRplus 6h报告结核分枝杆菌复合群鉴定与耐药结果 结核耐药的分子机制 MTBDRplus技术路线 结果解释 野生型 有杂交带显色为 表示未发生突变耐药突变位点 有杂交带显色为 表示发生突变敏感 所有野生型探针 和所有耐药位点探针 耐药 对应药物有1条野生型探针 或有1条耐药位点 技术特点 MTBDRplus技术 MTBDRplus技术性能参数 JClinMicrobiol 2010Aug 45 8 2635 40 Epub2007May30 MTBDRplus技术性能参数 中国人群存在一定数量的KatGS315N突变 WHO 盖茨基金会推荐使用的快速线性探针技术 可以在6小时内给出药敏鉴定结果可以做一线结核药物 异烟肼利福平 二线结核药物的耐药检测 乙胺丁醇 氟喹诺酮类药物 可注射结核药物 标本可是涂片阳性的痰标本 或是培养物技术步骤简单 核酸提取 PCR扩增 核酸杂交仪检测每个试剂条上自带质控 CC杂交质控 AC扩增质控 TUB结核分枝杆菌质控 确保整个实验流程的可信度 HAIN 结核分枝杆菌耐药快速检测系统特点 五 交叉引物恒温扩增技术 CrossPrimingAmplification CPA 本试剂盒将病原体DNA扩增 核酸杂交和核酸试纸条检测三种技术有机地融为一体 在恒温扩增反应中加入两对TB特异性引物 一对特异性探针 同时一次性完成TBDNA的扩增及杂交过程 然后用3号一次性核酸检测装置对TB感染进行定性诊断 其检测灵敏度为10个病原体 高特异引物设计确保了结果的可靠性 由于待测样本的扩增 PCR管盖和石蜡油双重保护 和检测过程均在物理封闭条件下完成 所以本试剂盒具有防止实验室扩增物交叉污染 防止假阳性的效果 杭州优思达公司 CPA技术原理图 A 引入交叉引物位点 B 交叉引物扩增 C 检测产物 CPA技术路线图 有色颗粒 抗A抗体 双重标记的特异性扩增物 阳性 抗 抗体 试纸条检测结果判读原理图 结果的判读 阳性 试纸条出现两条红色条带 一条位于质控区 C线 一条位于检测区 T线 且其强度 L4 与附带的色卡比较 表明样本中含有结核分枝杆菌 且其水平达到或超过本试剂盒的最低检出限阴性 试纸条质控区 C线 出现一条红色条带 检测区 T线 没有条带或者其强度 L4 与附带的色卡比较 表明样本中不含结核分枝杆菌 或其水平低于本试剂盒的最低检出限无效 试纸条质控区 C线 未出现条带 表明试剂盒已损坏 失效或者操作有误 恒温扩增 CPA CPA的优势 快速 简单 灵活 稳定 Affordable低价 不需昂贵的设备和分子实验室 Sensitive灵敏 10个菌 ml 与快培比较 87 Specific特异 能鉴别人型和牛型结核分枝杆菌 User friendly容易使用 不需PCR仪 操作简单 Rapid robust快速 稳定 样本到结果2小时 Equipment free无仪器 仅需离心机 水浴锅或金属浴 Deliverable易储运 不需冷链运输 装置可储存于室温 ASSURED CPA技术性能参数 六 环介导恒温扩增技术 Loop MediatedIsothermalAmplification LAMP 环介导恒温扩增法是日本荣研化学独立研发的一种 简便 快速 准确 廉价 的基因扩增方法 它的特征是针对目标DNA链上的六个区段设计四个不同的引物 然后再利用链置换反应在一定温度下进行反应 反应只需要把基因模板 引物 链置换型DNA合成酶 基质等共同置于一定温度下 60 65 经一个步骤即可完成 扩增效率极高 可在15min 1h内实现109 1010倍的扩增 而且由于有着高度的特异性 只需根据扩增反应产物的有无可对靶基因序列的存在与否作出判断 不需要使双链DNA先变性成单链扩增反应在等温下可持续进行扩增效率极高针对六个区段使用两种不同的引物 可特异性扩增靶基因序列仅使用一种链置换DNA聚合酶 成本低廉扩增产物是在同一条DNA链上互补序列周而复始形成大小不一的结构当模板是RNA时 仅需加入逆转录酶即可与DNA一样进行扩增 LAMP技术原理动画图 LAMP方法建立阶段所需的试剂 DNA扩增RNA扩增 模板DNA引物FIPF3BIPB3BstDNA聚合酶dNTPs反应缓冲液 模板RNA引物FIPF3BIPB3BstDNA聚合酶逆转录酶dNTPs反应缓冲液 LAMP技术结果判读原理图 LAMP法结果判断方式 目视检查混浊 LAMP法结果判断方式 目视检查绿色荧光 浊度检测仪 扩增反应在等温条件 60 65 下连续进行 可以使用简便 廉价的扩增装置扩增效率高 可在短时间内完成扩增 可在短时间内得出结果有非常高的特异性 可得出 扩增反应发生 有目的菌存在 的结论产生大量扩增产物 检测方法简便 无需用电泳 特殊探针等 可通过浊度仪 荧光目视方法确认扩增结果从扩增到检测可在1个反应试管内 封闭系统 完成 可防止由于扩增产物产生的污染从RNA经一步反应可完成扩增 无需另外进行逆转录反应 小结 LAMP技术特点 LAMP技术的应用领域 食品领域 食物中毒致病菌的检测 食品的卫生管理 食物中毒的防止 临床领域 病原菌 病毒的检测及鉴定 通过SNP多态性分型决定用药量 农业领域 植物病害的早期发现及蔓延防止 转基因作物的检测 环境领域 环境 水中病原微生物的检测 工业领域 工业产品用大量DNA的生产成为可能 畜牧业领域 雌雄性别判断 病原微生物的检测 遗传病的发现 LAMP技术性能参数 七 DNA微阵列 基因芯片 技术 DNA微阵列或芯片技术是利用光导化学合成 照相平板印刷以及固相表面化学合成等技术 在固相表面合成成千上万个寡核苷酸探针 或将液相合成的探针由微阵列器或机器人点样于尼龙膜或硅片上 再与放射性同位素或荧光物标记的DNA或cDNA杂交 用于分析DNA突变及多态性 DNA测序 监测同一组织细胞在不同状态下多种组织细胞基因表达水平的差异