Développement d'un Quantitative recombinase polymérase L'amplification Assay avec un contrôle positif interne
Summary
Provided is a protocol for developing a real-time recombinase polymerase amplification assay to quantify initial concentration of DNA samples using either a thermal cycler or a microscope and stage heater. Also described is the development of an internal positive control. Scripts are provided for processing raw real-time fluorescence data.
Abstract
It was recently demonstrated that recombinase polymerase amplification (RPA), an isothermal amplification platform for pathogen detection, may be used to quantify DNA sample concentration using a standard curve. In this manuscript, a detailed protocol for developing and implementing a real-time quantitative recombinase polymerase amplification assay (qRPA assay) is provided. Using HIV-1 DNA quantification as an example, the assembly of real-time RPA reactions, the design of an internal positive control (IPC) sequence, and co-amplification of the IPC and target of interest are all described. Instructions and data processing scripts for the construction of a standard curve using data from multiple experiments are provided, which may be used to predict the concentration of unknown samples or assess the performance of the assay. Finally, an alternative method for collecting real-time fluorescence data with a microscope and a stage heater as a step towards developing a point-of-care qRPA assay is described. The protocol and scripts provided may be used for the development of a qRPA assay for any DNA target of interest.
Introduction
Quantitative amplification d'acide nucléique est une technique importante pour la détection de l'environnement, d'origine alimentaire, et des agents pathogènes d'origine hydrique ainsi que pour les diagnostics cliniques. PCR quantitative quantitative (qPCR) est la méthode de l'étalon-or pour une détection sensible, spécifique et quantitative d'acides nucléiques, par exemple pour le VIH-1 des tests de la charge virale, la détection des bactéries pathogènes, et le criblage pour de nombreux autres organismes 1 – 3. Au cours de qPCR en temps réel, des amorces amplifient l'ADN de l'agent pathogène dans les cycles, et un signal fluorescent est généré qui est proportionnel à la quantité d'ADN amplifié dans l'échantillon à chaque cycle. Un échantillon contenant une concentration inconnue de l'ADN de l'agent pathogène peut être quantifiée en utilisant une courbe standard qui concerne la concentration de l'ADN initial des échantillons étalons et l'heure à laquelle le signal fluorescent atteint un certain seuil (par exemple, le seuil de cycle ou CT).
<p class="Jove_content"> Parce que en temps réel qPCR nécessite un équipement de cyclage thermique coûteuse et plusieurs heures pour recevoir les résultats, les techniques d'amplification isothermes alternatives, telles que l'amplification recombinase polymérase (RPA), ont été développés 4. Ces plates-formes fournissent généralement des résultats plus rapidement et à amplifier des acides nucléiques, une seule température inférieure, ce qui peut être accompli avec moins coûteux, plus simple équipement. RPA, ce qui est particulièrement intéressant pour les applications de point de soins, amplifie l'ADN en quelques minutes, nécessite une température amplification des basses (37 ° C), et reste actif en présence d'impuretés 5,6. dosages de l'APR ont été développés pour une large gamme d'applications, y compris l'analyse des aliments, la détection de pathogènes, le criblage de médicaments contre le cancer, et la détection des agents de bioterrorisme 7-12. Cependant, l'utilisation de l'APR pour la quantification d'acides nucléiques a été limitée 13,14.Dans des travaux antérieurs, il était shoWN que temps réel RPA quantitative (QRPA) est réalisable 15. Ici, un protocole plus détaillé est fourni pour l'utilisation en temps réel RPA quantitative de quantifier des échantillons inconnus en utilisant une courbe standard, une méthode qui est analogue à la quantification en utilisant qPCR. Ce protocole décrit comment effectuer une réaction de RPA sur un cycleur thermique pour détecter l'ADN du VIH-1 comme une preuve de concept, ainsi que la façon de développer un contrôle positif interne (IPC) pour assurer que le système fonctionne correctement. La collecte de données en utilisant un cycleur thermique ou d'un microscope et d'analyse de données pour construire une courbe standard en utilisant des données de formation est également détaillée. Enfin, la méthode de quantification des échantillons inconnus en utilisant la courbe standard avec un script personnalisé est démontrée. Cette technique permet la quantification QRPA d'échantillons avec des concentrations inconnues et a de nombreux avantages par rapport en temps réel traditionnelle qPCR.
Protocol
Representative Results
Discussion
Afin d'obtenir des données de quantification significatives en utilisant l'algorithme MATLAB, l'utilisateur doit sélectionner des valeurs d'entrée appropriées lorsque vous êtes invité. Après l'ouverture de chaque script dans les sections 5 et 6, toutes les variables d'entrée sont automatiquement sollicités dans la fenêtre de commande et sorties sont générés automatiquement. Dans la section 5.7 l'utilisateur est invité à sélectionner un seuil de pente. La valeur du seuil de pen…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été financée par une subvention de la Fondation Bill & Melinda Gates à travers les initiative Grands défis en santé mondiale.
Materials
| qRPA Assay | |||
| Supply | Vendor | Part number | Comments/Description |
| HIV-1 forward primer | Integrated DNA Technologies | custom DNA oligos | 5’-TGG CAG TAT TCA TTC ACA ATT TTA AAA GAA AAG G-3’ |
| HIV-1 reverse primer | Integrated DNA Technologies | custom DNA oligos | 5’-CCC GAA AAT TTT GAA TTT TTG TAA TTT GTT TTT G-3’ |
| HIV-1 probe | BioSearch Technologies | custom DNA oligos | 5’- TGC TAT TAT GTC TAC TAT TCT TTC CCC [SIMA/HEX] GC [THF] C [dT-BHQ1] GTA CCC CCC AAT CCC C -3’ |
| IPC probe | BioSearch Technologies | custom DNA oligos | 5’-AGG TAG TGA CAA GAA ATA ACA ATA CAG GAC [FAM] T [THF] T [dT-BHQ1] GGT TTT GTA ATT GGA A -3’ |
| RPA exo reagents (pellets, rehydration buffer, magnesium acetate | TwistDx | TwistAmp exo | |
| PCR tube strips | BioRad | TLS0801 | |
| PCR flat cap tube strips | BioRad | TCS0803 | |
| Micro-seal adhesive | BioRad | 558/MJ | |
| HIV-1 target (pHIV-IRES- eYFPΔEnvΔVifΔVpr) | custom plasmid, see: Segall, H. I., Yoo, E. & Sutton, R. E. Characterization and detection of artificial replication-competent lentivirus of altered host range. Molecular Therapy 8, 118–129, doi:10.1016/S1525-0016(03)00134-5 (2003). | ||
| Human male genomic DNA | Applied Biosystems | 360486 | |
| 96 well cold-block | Cole Parmer | EW-36700-48 | |
| Thermal cycler | BioRad | CFX96 | |
| MiniFuge | VWR | 93000-196 | |
| Vortex | VWR | 58816-121 | |
| Tris buffer 1.0 M, pH 8.0 | EMD Millipore | 648314 | |
| EDTA 0.5 M, pH 8.0 | Promega | V4321 | |
| Nuclease free water | Ambion | AM9937 | |
| IPC Development | |||
| Supply | Vendor | Part number | Comments/Description |
| Cryptosporidium parvum IPC template | Waterborne Inc | P102C | It is also possible to order a double stranded synthetic target from IDT if the user is unequipped to work with C. parvum (a BSL-2 infectious agent). PCR and RPA primers for C. parvum were designed using GenBank accession number AF115377.1 |
| PCR long forward primer | Integrated DNA Technologies | custom DNA oligos | 5’-TGG CAG TAT TCA TTC ACA ATT TTA AAA GAA AAG G/ ATC TAA GGA AGG CAG CAG GC-3’ |
| PCR long reverse primer | Integrated DNA Technologies | custom DNA oligos | 5’- CCC GAA AAT TTT GAA TTT TTG TAA TTT GTT TTT G/ TGC TGG AGT ATT CAA GGC ATA -3’ |
| Phusion High-Fidelty DNA Polymerase | New England Biolabs | M0530S | |
| Qiaquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | |
| TAE 10X buffer | EMD Millipore | 574797 | |
| Agarose | Sigma Aldrich | A9539 | |
| Microscope Experiments | |||
| Supply | Vendor | Part number | Comments/Description |
| Upright fluorescence microscope | Zeiss | Zeiss Imager.J1 | |
| Stage heater | Bioscience Tools | TC-GSH | |
| 1-Channel Precision High Stability Temperature Controller | Bioscience Tools | TC-1100S | |
| FAM/GFP filter cube | Zeiss | filter set 38 (000000-1031-346) | excitation BP 470/40 nm, emission BP 520/50 nm |
| HEX filter cube | Chroma | 49014 | excitation BP 530/30 nm, emission BP 575/40 nm |
| Laser cutter | Engraver's Network | VLS3.60 | |
| 1/8" black acrylic | McMaster Carr | 8505K113 | |
| 1.5 mm clear acrylic | McMaster Carr | PD-72268940 | |
| Super glue | Office Depot | Duro super glue | |
| PCR grade mineral oil | Sigma Aldrich | M8662-5VL | |
| Data Analysis | |||
| Software | Vendor | ||
| Microsoft Excel | Microsoft | ||
| MATLAB | MATLAB | ||
| MATLAB script: "JoVE_qRPA_standard_curve.m” | Included in SI | ||
| MATLAB script: "JoVE_qRPA_validation_and_quantification.m” | Included in SI | ||
| MATLAB script: "JoVE_real_time_intensity_to_excel.m” | Included in SI | ||
| Adobe Illustrator | Adobe | ||
| JoVE_qRPA_well.ai | Included in SI | ||
| JoVE_qRPA_base.ai | Included in SI | ||
| AxioVision software | Zeiss | ||
| JoVE_AxioVision_Script.ziscript | Included in SI |
Referências
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