動(dòng)物寄生蟲病PCR診斷技術(shù)樣本.doc
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1、 動(dòng)物寄生蟲病PCR診斷技術(shù) 聚合酶鏈反映(Polymerase Chain Reaction,PCR)技術(shù)是一種既敏感又特異DNA體外擴(kuò)增辦法,它可將一小段目DNA擴(kuò)增上百萬(wàn)倍,其擴(kuò)增效率使得該辦法可檢測(cè)到單個(gè)蟲體或僅某些蟲體微量DNA。通過(guò)設(shè)計(jì)種、株特異引物,此法只擴(kuò)增出種、株特異PCR產(chǎn)物,具備很高特異性。并且PCR技術(shù)操作過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)便快捷,無(wú)需對(duì)病原進(jìn)行分離純化;同步可以克服抗原和抗體持續(xù)存在干擾,直接檢測(cè)到病原體DNA,既可用于蟲種、株鑒別,動(dòng)物寄生蟲病臨床診斷,又可用于動(dòng)物寄生蟲病分子流行病學(xué)調(diào)查。隨著PCR技術(shù)不斷完善與發(fā)展,它已廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué)、生物技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)
2、域,具備廣泛應(yīng)用前景。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)恳?guī)定掌握PCR診斷技術(shù)所涉及實(shí)驗(yàn)基本原理,全面熟悉PCR診斷技術(shù)操作過(guò)程,其中涉及寄生蟲DNA提取、PCR引物設(shè)計(jì)、PCR條件優(yōu)化、對(duì)目片斷擴(kuò)增、瓊脂糖凝膠電泳及成果分析、PCR產(chǎn)物純化等等。二、實(shí)驗(yàn)儀器和材料(一)寄生蟲基因組DNA提取及純化1.蟲體材料。 單個(gè)蟲體。2.器具。 超凈工作臺(tái)、恒溫培養(yǎng)箱、TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī)、旋渦振蕩器、微量取液器及配套吸頭、微量離心管、一次性注射器、微型眼科鑷、微型眼科剪刀、玻璃平皿、滴管、有機(jī)架等。3.試劑。(1) 乙二胺四乙酸( Ethylene diaminetetra acetic acid,EDTA)、十二烷
3、基磺酸鈉(Sodium dodecyl sulfate,SDS)、三(羥甲基)氨基甲烷-鹽酸(Tri (Hydroxymethyl) Aminomethane-HCl,Tris-HCl)、氯化鈉、蛋白酶K(25g/l)、異丙醇(80%)、雙蒸水、滅菌超純水等。(2) DNA裂解液:500 mM NaCl 70 l 、100 mM Tris-HCl(pH 8.0)30 l、50 mM EDTA(pH 8.0)150 l、10%SDS 30 l。(3) WizardTM DNA Clean-Up 試劑盒或類似DNA提取試劑盒。(二)PCR擴(kuò)增及瓊脂糖電泳1材料。 提純蟲體DNA。2器具。 超凈工作
4、臺(tái)、微型高速臺(tái)式離心機(jī)、微量取液器(2/20/200/1000 l)、PCR擴(kuò)增儀、瓊脂糖電泳系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)、微波爐、4/-20冰箱、紫外透射儀、微型離心管(200/500/1500 l)、有機(jī)架、一次性手套、透明膠帶、量筒(100 ml)、三角瓶(500 ml)等。3試劑。(1) 10PCR Buffer(無(wú)Mg2+)、dNTP(2.5 mM each)、ddH2O 、MgCl2(25 mM)、Primers、Ex Taq酶(5 U/ml)、瓊脂糖、EB(10mg/ml)、Tris堿、硼酸(Boric acid)、去離子水、EDTA(0.5 mol/L,pH 8.0)、10載樣緩沖液。(
5、2) 0.5TBE緩沖液:精確秤取Tris堿5.4g,硼酸2.75g,充分溶解于800 ml去離子水中,加10ml 0.5 mol/L EDTA(pH8.0),用去離子水定容至1000ml。(三)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物純化1材料。 PCR擴(kuò)增產(chǎn)物。2器具。 TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī);三用電熱恒溫水箱;微量取液器(2/20/200/1000 l)、瓊脂糖電泳系統(tǒng)、微波爐、電子天平、4/-20冰箱、紫外透射儀、微型離心管(500/1500 l)、有機(jī)架、透明膠帶、一次性注射器、量筒(100ml)、三角瓶(500ml)、手術(shù)刀、保鮮紙等。3試劑。 瓊脂糖;0.5TBE緩沖液;UNIQ-10柱式DNA膠回
6、收試劑盒;UNIQ-10柱式PCR產(chǎn)物純化試劑盒;異丙醇(80%)等。三、實(shí)驗(yàn)辦法、環(huán)節(jié)和操作要領(lǐng)(一) 寄生蟲基因組DNA提取及純化1.實(shí)驗(yàn)原理。 應(yīng)依照研究目來(lái)決定是從單個(gè)蟲體還是各種蟲體提取基因組DNA。寄生蟲蟲體各個(gè)部位都可以作為基因組DNA抽提材料,如果蟲體較大話可取其中部而保存其頭部及尾部,以備形態(tài)學(xué)鑒定以驗(yàn)證其種類。如果蟲體較?。ú淮笥? cm),則應(yīng)使用整條蟲體抽取DNA。若蟲體特別細(xì)?。ɡ缬紫x),可用多條蟲體來(lái)提取DNA。為了獲得高含量、高純度DNA,最佳使用新鮮材料。從凍干或50%-70%乙醇保存寄生蟲材料中也可較容易地提取DNA。寄生蟲DNA抽提辦法有各種,不同種類寄生
7、蟲蟲體均有其最適合抽提辦法,但各種辦法基本原理都同樣,即先用機(jī)械辦法將蟲體組織破碎,然后加入DNA裂解液和蛋白酶K,充分作用后,蟲體組織中細(xì)胞膜破裂,蛋白質(zhì)變性,將蟲體基因組DNA釋放到溶液中。在裂解過(guò)程中,蟲體細(xì)胞碎片及大某些蛋白質(zhì)會(huì)互相纏繞成大型復(fù)合物,后者被DNA裂解液中SDS包蓋,通過(guò)離心沉淀,這些復(fù)合物會(huì)從溶液中沉淀下來(lái),變性劑也同步被除去,從而就可從上清中回收蟲體基因組DNA溶液?;厥蘸笙x體基因組DNA液用WizardTM DNA純化試劑盒進(jìn)行純化。純化時(shí),DNA溶液與純化試劑盒中清洗樹脂混合后,其混合液在通過(guò)微型柱時(shí)DNA會(huì)結(jié)合在柱上,而其他雜質(zhì)會(huì)通過(guò)微型柱排出;再用80%異丙醇
8、進(jìn)行沖洗,去除殘存雜質(zhì)。最后,在微型柱中加入預(yù)熱TE緩沖液或超純水,使結(jié)合在微型柱上DNA充分溶解,通過(guò)離心,其洗脫液即為純化蟲體基因組DNA溶液。2實(shí)驗(yàn)辦法、環(huán)節(jié)和操作要領(lǐng)。(1) 蟲體材料解決(若為新鮮或凍干保存蟲體,則不需要此環(huán)節(jié))。若蟲體較大,用鑷子將保存在70%酒精溶液中蟲體材料取出,剪取其中部,保存其頭端或尾端某些。用雙蒸水重復(fù)吹打沖洗2次后,再用超純水重復(fù)沖洗23次,置于一新1.5ml離心管中。若蟲體較小,取一整條蟲體經(jīng)如上洗滌解決。對(duì)于雞球蟲,將保存在2.5%重鉻酸鉀溶液卵囊懸液以g離心10min,棄重鉻酸鉀溶液。以雙蒸水重懸,同法離心洗滌三次后,用20%次氯酸鈉解決卵囊20m
9、in,g離心沉淀卵囊,用適量飽和鹽水重懸卵囊沉淀,1500g離心10min,上清液加入4倍體積滅菌雙蒸水,3000g離心10min。卵囊沉淀再用上述辦法重新漂浮、洗滌一次。用少量滅菌雙蒸水重懸卵囊沉淀,然后將其輕輕地加在0.6M無(wú)菌蔗糖溶液之上,g離心5min,取上層卵囊加5倍體積水,3000g離心10min,沉淀再用無(wú)菌蔗糖溶液漂浮一次,即可得純凈卵囊,可及時(shí)用于裂解以提取DNA。(2) 蟲體材料裂解。用滅菌且經(jīng)紫外燈照射過(guò)微型眼科剪刀將蟲體組織剪碎,加入280lSDS裂解緩沖液,輕輕混勻,再加入20l(25g/l)蛋白酶K溶液。對(duì)于原蟲如雞球蟲、隱孢子蟲,將純化好卵囊3000rpm/min
10、 離心10min,去掉大某些上清后加入與卵囊體積相似玻璃珠,漩渦震蕩直到有95卵囊破壁后,即可加入SDS裂解緩沖液及蛋白酶K溶液?;靹蚝螅庞诤銣嘏囵B(yǎng)箱中,37作用1248 h,其間不時(shí)搖動(dòng)離心管,使蟲體組織裂解充分。(3) 蟲體DNA抽提和純化。一方面進(jìn)行蟲體DNA提取,然后按Promega公司試劑盒WizardTM DNA Clean-Up System使用闡明對(duì)DNA進(jìn)行純化。辦法如下: 取出于恒溫培養(yǎng)箱中作用了約20小時(shí)離心管,旋渦震蕩器震蕩混勻,10000rpm離心2min,上清即為蟲體DNA溶液。將上清轉(zhuǎn)移至一新離心管中,加入1ml清洗樹脂(按50500l懸液/1 ml清洗樹脂比例
11、),旋渦震蕩混勻。 取一支5ml一次性注射器,去針頭,拔出注射器內(nèi)芯推液筒,接上WizardTM微型柱。 將DNA-樹脂混合液所有轉(zhuǎn)移到注射器中,用注射器內(nèi)芯推液筒,慢慢地將DNA-樹脂混合液推過(guò)微型柱,排出廢液。 將注射器從微型柱上拔出后,拿去注射器內(nèi)芯推液筒,再將注射器套在微型柱上,向注射器內(nèi)加入2 ml 柱洗溶液(80%異丙醇),用注射器內(nèi)芯推液筒慢慢將洗柱液通過(guò)微型柱,以洗滌DNA-樹脂樣品。 拔去注射器,將微型柱套在干凈1.5ml離心管上,10000rpm離心20sec,以除去殘留異丙醇。 將微型柱從注射器上轉(zhuǎn)移到一新離心管上,在柱中央加入3050l預(yù)熱(6070)超純水或1TE緩沖
12、液,靜置1 min,10000rpm離心20sec。離心管內(nèi)液體即為DNA溶液。可將DNA溶液轉(zhuǎn)移至0.5 ml離心管中于-20冰箱保存?zhèn)溆?。(二)寄生蟲DNAPCR擴(kuò)增及瓊脂糖電泳1.實(shí)驗(yàn)原理。(1) PCR引物設(shè)計(jì)。 PCR反映成功擴(kuò)增一種核心條件在于寡核甘酸引物對(duì)的設(shè)計(jì)。PCR引物設(shè)計(jì)目是找到一對(duì)適當(dāng)寡核甘酸片段,使其能有效地與目片段兩端序列互補(bǔ)。設(shè)計(jì)引物時(shí)要遵循如下原則: 長(zhǎng)度不能太長(zhǎng),也不能太短,普通在1825個(gè)堿基左右; G+C含量及Tm值:引物G+C含量以40%60%為宜。引物Tm值是指寡核苷酸解鏈溫度,即在一定鹽濃度條件下50%寡核苷酸雙鏈解鏈溫度。PCR引物應(yīng)保持合理G+C含
13、量。具有50%G+C20個(gè)堿基引物其Tm值約界于5662,這可為有效退火提供足夠溫度。由于G+C間氫鍵數(shù)較A+T間多,因而,G+C含量高DNA片段其Tm值也高。對(duì)于短于20個(gè)堿基引物,Tm值可按Tm=4(G+C)+2(A+T) 計(jì)算。而對(duì)于較長(zhǎng)引物,Tm值計(jì)算較為復(fù)雜。由于PCR擴(kuò)增特異性取決于兩條引物與相應(yīng)模板結(jié)合,因而,反映中退火溫度應(yīng)依照兩個(gè)Tm值折衷選取。 堿基構(gòu)成盡量隨機(jī),盡量不要有聚嘌呤或聚嘧啶存在;特別是3 末端不應(yīng)超過(guò)3個(gè)持續(xù)G或C; 引物內(nèi)部不應(yīng)有互補(bǔ)序列,否則引物自身會(huì)折疊形成發(fā)夾構(gòu)造或引物自身復(fù)性。這樣二級(jí)構(gòu)造會(huì)因空間位阻而影響引物與模板復(fù)性結(jié)合。若引物自身持續(xù)互補(bǔ)堿基達(dá)
14、3個(gè)以上,就容易形成發(fā)夾構(gòu)造。 兩個(gè)引物之間不能互補(bǔ),特別應(yīng)避免3 末端互補(bǔ)重疊以防止形成引物二聚體。兩個(gè)引物不應(yīng)有4個(gè)以上堿基持續(xù)相似或互補(bǔ); 引物3 末端應(yīng)與目片段完全相配。這對(duì)于獲得好擴(kuò)增成果非常重要。如果能擬定一種保守氨基酸,可將其密碼子前2個(gè)堿基作為3 末端。 引物5末端可不與目片段互補(bǔ),可被修飾而不影響擴(kuò)增特異性。引物5末端修飾涉及:加酶切位點(diǎn),標(biāo)記生物素、熒光、同位素、地高辛等。還可引入蛋白質(zhì)結(jié)合DNA序列、引入突變位點(diǎn)、引入翻譯起始密碼子、啟動(dòng)子序列等。所附加限制性酶切位點(diǎn)應(yīng)是不會(huì)在引物以外DNA上切割。為了有效地切割限制性酶切位點(diǎn),在限制性酶辨認(rèn)序列5端常需添加2-3個(gè)非特異
15、額外堿基。 若是設(shè)計(jì)種或株特異性引物,引物與非特異序列相似性不能超過(guò)70%或有持續(xù)8個(gè)以上互補(bǔ)堿基相似??捎肈NAstar、MegAlign軟件比較相似性,用Oligo50來(lái)設(shè)計(jì)引物。(2) PCR基本原理。 在存在DNA模板、引物、dNTP、恰當(dāng)緩沖液(Mg2+)反映混合物中,在熱穩(wěn)定DNA聚合酶催化下,對(duì)一對(duì)寡核苷酸引物所界定DNA片段進(jìn)行擴(kuò)增。這種擴(kuò)增是通過(guò)模板DNA、引物之間變性,退火(復(fù)性),延伸三步反映為一周期(cycle),循環(huán)進(jìn)行,使目DNA片段得以擴(kuò)增。由于每一周期所產(chǎn)生DNA片段均能成為下一次循環(huán)模板,故PCR產(chǎn)物以指數(shù)方式增長(zhǎng),經(jīng)30個(gè)周期后,特定DNA片段數(shù)量在理論上可
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