病原丨从NMPA批准看肺炎支原体核酸检测技术

文摘   科学   2024-08-11 08:33   上海  

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前文我们已经看了看国家药品监督管理局(NMPA)获批肺炎支原体核酸检测试剂盒有哪些,今天来说说现有用于肺炎支原体核酸检测的技术方法。



根据国家药品监督管理局(NMPA)官方网站的最新信息,截至查询日,已有25款肺炎支原体核酸检测试剂盒获得了官方注册批准。通过对这些获批试剂盒的汇总分析,目前主要采用的核酸检测技术方法包括荧光PCR法和等温扩增法。

01 荧光PCR法


PCR(聚合酶链式反应)是一种在分子生物学中用于放大和扩增特定DNA片段的先进技术。它模拟了生物体内DNA复制的过程,能够在体外实现对目标DNA序列的快速、高效扩增。 PCR基本反应步骤分为三步:变性、退火、延伸,相信大家都比较熟悉了,这里不多介绍,如果不熟悉的,我以前也写过一篇文章,可点击阅读:聚合酶链式反应(PCR)基础知识

PCR已经发展出多种分类,其中较为常见的包括实时荧光定量PCR (qPCR)、多重PCR、数字PCR(ddPCR)等,批文中的荧光PCR法指的就是实时荧光定量PCR (qPCR)。

实时荧光定量PCR技术是通过在PCR反应体系中加入带有荧光标记的底物,利用实时荧光信号的动态变化来监测PCR扩增过程。在PCR扩增过程中,每个完整的温度循环理论上都会使靶基因片段的数量增加一倍,实时荧光定量PCR过程中,荧光信号的增加与起始模板的扩增成正比,从而实现对起始模板的定量及定性分析。该技术因其高灵敏度和高特异性,被广泛应用于基因表达分析、病原体检测、基因突变分析等多个领域。

实时荧光PCR技术包括两种主要方法:染料法(SYBR:可结合于DNA双链的染料)和探针法(TaqMan:荧光基团标记的探针)。



探针法在实时荧光PCR技术中扮演着关键角色,通过设计特异性的荧光探针,可以精确地识别目标序列,并对其进行定量检测,能够显著提高PCR扩增的特异性。然而,由于设计探针的过程较为复杂,因此相关试剂的成本也相对较高。与此相对,染料法试剂则更为便捷,因为染料已经预先混合在试剂中,无需额外设计探针,使用起来更为简便,且成本相对较低。在选择使用哪种试剂时,应根据具体的使用需求和预算进行综合考虑。


在25款获得国家药品监督管理局(NMPA)批准的肺炎支原体核酸检测试剂盒中,有20款采用了荧光PCR法,包括提取(常规)和非提取直扩(无需经过核酸提取纯化步骤)两种技术路线。



之前写过多篇文章介绍核酸提取,但

对非提取直扩了解较少,受限于篇幅,暂时不展开介绍,后续找机会深入学习

02 等温扩增技术


等温扩增技术是一种在恒定温度下进行核酸扩增的分子生物学方法,与传统的PCR技术相比,不需要热循环仪器,具有操作简便、反应速度快、灵敏度高、特异性强等优点,适用于多种领域,如疾病诊断、食品安全、环境监测等。


在25款获得批准的肺炎支原体核酸检测试剂盒中,有5款采用了等温扩增PCR法技术。

目前主流的恒温扩增技术包括LAMP(环介导等温扩增)、RPA(重组酶聚合酶扩增)、RAA(重组酶聚合酶扩增)、RCA(滚环扩增)、HDA(等温高灵敏度扩增)、SAT(序列特异性扩增技术)、CPA(等温扩增)以及NEAR(非扩增环介导等温扩增)等。


方法繁多,今天先学习NMPA批准的肺炎支原体核酸检测试剂盒中包含的几种方法。


LAMP


LAMP技术(环介导等温扩增技术)利用多对引物和Bst DNA聚合酶在恒定温度下进行反应。首先,通过引物和聚合酶的作用,形成哑铃状的中间产物,随后这些产物不断延伸和链置换,产生具有多个重复序列的DNA单链,从而实现靶基因的体外扩增。该反应通常设计有一对内引物(FIP、BIP)和一对外引物(F3、B3),总共可以识别目标DNA上的六个不同序列。有研究表明,通过增加一对环引物(LF、LB),可以进一步提高反应速率。由于使用的DNA聚合酶具有链置换活性,LAMP技术能够在恒温条件下进行,无需进行热循环,大大简化了实验操作。


LAMP技术通常被人为地划分为两个阶段,以更好地理解其扩增过程。



在初始阶段,聚合酶介导FIP引物与模板链上的F2c区域结合,并启动互补链的合成。随后,比FIP长度短、浓度较低的外引物F3与模板链上的互补区域F3c结合,并开始置换新合成的互补链。由于F1和F1c互补,被置换的链在末端形成茎环结构,并在3’端继续延伸。之后,BIP和B3引物与这条被置换下的链继续发生上述反应,最终产生所谓的哑铃状产物。



在循环扩增阶段,这些哑铃状的DNA片段成为了扩增循环的起点。在单链DNA自引物、FIP/BIP引物与茎环结构的结合处,或者环引物与茎环结构的结合处的3’端,聚合酶介导下发生DNA链的延伸。通过一系列快速且反复的延伸和置换反应,最终形成了大量长短不一、结构类似单体的茎环DNA单链,这些单链中包含有扩增的靶基因序列。


CPA


交叉引物恒温扩增技术(Crossing Priming Amplification,CPA)是优思达自主研发并拥有知识产权的核酸扩增技术。其工作原理基于特异性扩增引物、特异性荧光探针以及高活性逆转录酶和具有链置换特性的DNA聚合酶的协同作用。在恒定的温度下,该技术能够一次性完成靶标的特异性扩增过程,并通过荧光信号的实时检测,由适配的仪器自动生成相应的实时荧光曲线。



SAT


RNA实时荧光恒温扩增检测技术(Simultaneous Amplification and Testing,SAT)是仁度生物的核心恒温扩增技术。其反应过程如下:首先,靶标RNA在逆转录酶(RT酶)的作用下逆转录成一条带有T7启动子的双链DNA。接着,T7 RNA聚合酶以这条双链DNA为模板进行转录,每个cDNA分子可以转录出100-1000个拷贝的RNA。这些合成的RNA与分子信标结合,发出荧光,并可被荧光检测仪检测到。与此同时,新合成的RNA继续在RT酶和T7 RNA聚合酶的作用下进行逆转录和转录的循环过程,如此往复,实现对RNA的高效扩增。

双扩增方法(DAT)


双扩增技术(DAT)是基于中帜生物核心技术平台开发的核酸多重检测技术。该技术将RNA恒温扩增(多重NASBA)和多生物素信号放大(MBSA)相结合。


首先,对标本中的脱落细胞进行裂解,释放出的病原体RNA在逆转录酶和T7 RNA聚合酶的作用下,经过逆转录和转录过程,实现病毒RNA的T7核酸扩增。扩增产物随后被加入到微孔板中,与特异探针和标记有多生物素的放大探针杂交,从而实现病原体靶核酸的信号放大。最后,通过HRP酶和底物的化学发光反应进行检测,实现多重病原体精准鉴别诊断。



RNA恒温扩增-金探针层析法(RGT)


RNA恒温扩增-金探针层析技术(RGT)是中帜生物独家开发的RNA快速检测技术,样本中的细胞经细胞裂解液直接裂解后,经过RNA恒温扩增与金探针层析技术,实现对病原体RNA分子的快速检测。


具体而言,首先,采集的标本经过细胞裂解液的处理,释放出病原体核酸。这些核酸在逆转录酶和T7 RNA聚合酶的协同作用下,经历逆转录和转录过程,从而实现病原体核酸片段的扩增。扩增后的RNA产物被检测液中的特异探针识别并捕获,形成RNA扩增产物-特异探针-金探针复合物。该复合物随后通过侧向流层析在硝酸纤维素(NC)膜上固定,形成可见的条带,从而实现病原体核酸的检测。


总结



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