Research progress and prospects of nucleic acid isothermal amplification technology

Nucleic acid(DNA and RNA)detection and quantification methods play vital roles in molecular biology.With the development of molecular biology,isothermal amplification of DNA/RNA,as a new molecular biology technology,can be amplified under isothermal condition,it has the advantages of high sensitivity,high specificity,and high efficiency,and has been applied in various fields of biotechnology,including disease diagnosis,pathogen detection,food hygiene and safety detection and so on.This paper introduces the progress of isothermal amplification technology,including rolling circle amplification(RCA),nucleic acid sequence-dependent amplification(NASBA),strand displacement amplification(SDA),loop-mediated isothermal amplification(LAMP),helicase-dependent amplification(HDA),recombinase polymerase amplification(RPA),cross-priming amplification(CPA),and its principle,advantages and disadvantages,and application development are briefly summarized.

应用于食品检测领域的分子即时检测技术研究进展

食品安全问题关系人类民生。为有效预防和控制食品安全风险,减少食品安全经济损失,迫切需要开发出针对食源性病原体、食物掺假、转基因作物的高特异性、高敏感性、快速的核酸检测技术。即时检测(point-of-care testing,POCT)作为一种新兴的快速检测手段,由于其检测速度快、操作简单、现场检查等特点,在食品检测领域应用广泛。本文首先介绍了POCT技术的发展历史,而后根据食品安全事件的特点,从食源性致病菌、食物掺假、转基因作物3个方向分析了食品检测的主要对象,阐述了分子POCT技术在食品检测领域的应用现状,最后对应用于食品检测领域的分子POCT技术存在的问题和解决办法进行了分析总结,对食品检测分子POCT技术的发展方向进行了展望。本文有助于进一步了解分子POCT技术在食品检测中的应用,并为分子POCT技术在食品快速检测中的研究和应用提供参考。

等温扩增技术在呼吸道病毒检测方面的研究进展

等温扩增技术是一种可在恒定温度条件下扩增核酸的技术,由于其具有仪器依赖性小、核酸扩增效率高、灵敏度高、操作简单、检测时间短等优点,十分适合在野外环境下或者疫病现场进行快速检测。本文介绍了等温扩增技术中的环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、重组酶聚合酶扩增(recombinase-polymerase amplification,RPA)、重组酶介导等温扩增(recombinase-aid amplifification,RAA)、依赖核酸序列的等温扩增(nucleic-acid sequence-based amplification,NASBA)、依赖解旋酶的等温扩增(helicase-dependent amplification,HDA)、交叉引物等温扩增(crossing-priming amplification,CPA)的原理、特点以及在呼吸道病毒检测方面的应用。

全自动EasyNAT核酸快速检测系统检测石蜡包埋组织诊断结核病的临床价值

目的:评估自动化EasyNAT核酸快速检测系统检测石蜡包埋组织诊断结核病的准确性。方法:选择首都医科大学附属北京胸科医院2018年至2022年患者的病例资料进行回顾性分析,连续纳入134例患者,包括结核病确诊患者101例,非结核患者33例。以临床诊断结果为参考标准,分析EasyNAT核酸快速检测系统应用于石蜡包埋组织诊断结核病的敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值和准确率。结果:EasyNAT核酸快速检测系统应用于石蜡包埋组织诊断结核病的敏感性为87.1%(88/101,95%CI:79.2%~92.3%),特异性为100.0%(33/33,95%CI:89.6%~100.0%),阳性预测值为100.0%(88/88,95%CI:95.8%~100.0%),阴性预测值为71.7%(33/46,95%CI:57.5%~82.7%),准确率为90.3%(121/134,95%CI:84.1%~94.2%)。与实时荧光定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qPCR)技术检测结果的一致性检验Kappa值为0.84。对肺结核的检出率为86.4%(38/44,95%CI:73.3%~93.6%),肺外结核的检出率为87.7%(50/57,95%CI:76.8%~93.9%),与qPCR对应的检测结果比较差异均无统计学意义(P均>0.05)。而EasyNAT检测集核酸提取、扩增和分析于一体,与传统qPCR法相比,手工操作时间缩短了2 h,总检测时间缩短了3 h。结论:EasyNAT核酸快速检测系统可以快速、便捷、准确地检测出石蜡包埋组织中的结核分枝杆菌DNA,对于病理学诊断结核病具有良好的应用价值。

MicroRNA检测方法研究进展

MicroRNA(miRNA)是一类广泛存在于真核细胞中的单链非编码小RNA,在机体中通过诱导mRNA降解或调节蛋白质水平调控基因表达。研究表明,miRNA的异常表达与多种人类疾病密切相关,可作为早期诊断和疾病筛查理想的生物标志物,因此,实现miRNA早期精准检测在临床诊断和医学研究中具有重要意义。本文围绕传统检测方法与新型miRNA生物传感器两方面,总结了miRNA检测方法的研究成果,并提出了未来的发展趋势。

基于发夹DNA动态自组装树枝状聚合物放大策略的荧光传感体系测定水中Pb^(2+)的含量

基于GR-5脱氧核酶(GR-5 DNAzyme)对Pb^(2+)的特异性识别和发夹DNA动态自组装树枝状聚合物信号放大策略,构建了一种新型无酶、高灵敏检测Pb^(2+)的荧光传感体系。分别于95℃恒温孵育合成序列扩展GR-5 DNAzyme复合物(GR-5E-S,由GR-5 DNAzyme酶链GR-5E和底物链GR-5S合成)以及Y型骨架(由骨架链Y1、Y2、Y3合成),于25℃恒温孵育合成发夹三聚体(由Y型骨架和发夹链H1、H2、H3合成,其中发夹链H1上修饰有荧光团和猝灭团)。将水样4μL添加到96μL含400 nmol·L^(-1)GR-5E-S,400 nmol·L^(-1)发夹三聚体的反应溶液中,于25℃孵育40 min。当水样中存在Pb^(2+)时,GR-5E-S识别Pb^(2+),底物链被切割,酶链和底物链分开并释放出目标链T,目标链T与发夹链H1杂交触发动态自组装过程,生成树枝状聚合物,于520 nm处测量荧光强度。结果显示:建立的荧光传感体系可在40 min内完成检测;Pb^(2+)的浓度在0.1~10.0 nmol·L^(-1)内与对应的传感体系的荧光强度呈线性关系,检出限(3s/k)为19 pmol·L^(-1);按照标准加入法进行回收试验,回收率为98.0%~108%,测定值的相对标准偏差(n=5)不大于15%。

荧光定量核酸扩增检测技术与环介导等温扩增技术在呼吸道感染病原体检测中的对比研究

目的对比荧光定量核酸扩增检测技术与环介导等温扩增技术在呼吸道感染病原体检测中的应用价值。方法随机在2020年1月~2023年1月天津市河东区疾病预防控制中心接收的呼吸道感染的患者中选取120例作为研究对象,分别采用荧光定量核酸扩增(PCR)检测技术与环介导等温扩增技术(LAMP)检测呼吸道病原体,并对检测结果进行比较分析。结果120例患者中使用LAMP检出细菌感染85例(阳性率为70.83%)。荧光定量PCR检出细菌感染72例(阳性率60.00%),差异无统计学意义(P>0.05);其中LAMP法对耐甲氧西林葡萄球菌、肺炎链球菌、流感嗜血杆菌的检出率高于荧光定量PCR法,差异有统计学意义(P<0.05);采用荧光定量PCR与LAMP法对呼吸道感染10种病原体进行检测,结果表明,除LAMP法对耐甲氧西林葡萄球菌、流感嗜血杆菌的检测一致性极好,荧光定量PCR对耐甲氧西林葡萄球菌的检测一致性极好(Kappa≥0.75),其余病原体采用荧光定量PCR与LAMP法检测一致性均中等(0.4≤Kappa<0.75)。结论荧光定量PCR与LAMP两种检测方法对呼吸道感染病原体检出率均较高,其中LAMP法对耐甲氧西林葡萄球菌、肺炎链球菌、流感嗜血杆菌的检出率高于荧光定量PCR法。

核酸等温扩增技术在病毒检测中的应用

病毒是引发人类疾病的主要病原体之一.传统的聚合酶链式反应(PCR)技术虽然被广泛应用于病毒分子诊断,但其对温度的要求较为严格,限制了其在现场诊断中的应用.为了满足现场快速诊断的需求,核酸等温扩增技术得到快速发展,其无需热循环,可以在恒定温度下实现核酸扩增,可适应不同的应用场景.本文综合评述了等温扩增技术在病毒检测领域的最新进展,从病毒样本采集、核酸提取、等温扩增检测等几个方面分别进行阐述,探讨了酶辅助等温扩增技术、无酶等温扩增技术以及与多体系串联的级联扩增技术的原理、关键参数及其病毒检测应用,并对比了市场上相关试剂盒的特点.此外,讨论了当前核酸等温扩增技术在病原体检测应用中面临的一些难题,如提取效率、稳定性和成本等,提出了未来的发展方向,为进一步改善现场诊断效率提供了新的思路.

H1亚型禽流感病毒RT-RPA-LFD快速检测方法的建立及应用

以H1亚型AIV的HA基因为研究对象,采用重组聚合酶核酸等温扩增技术(RPA),通过RT-PCR方法优选出1套引物,进而优化体系的反应温度、最佳探针及引物浓度,使用优化后的最佳反应体系进行敏感性及特异性试验,并探索该方法能达到的最短反应时间,利用侧向流动免疫(LFD)试纸条观测反应后的结果,最终建立检测H1亚型AIV的RT-RPA-LFD快速检测方法。结果表明:建立的RT-RPA-LFD快速检测方法在探针工作浓度为0.14 mmol/L,37℃条件下反应20 min,可最低检测到1.5×10^(2)copies/反应的H1亚型AIV RNA,其他常见家禽病原体未见阳性反应。该方法与RT-PCR及鸡胚分离鉴定测序结果完全一致,可满足H1亚型AIV临床快速鉴别诊断的需求,为基层兽医现场快速检测提供技术支撑。

LAMP十三联检在COPD合并社区获得性肺炎患者中的应用价值

目的探讨环介导等温扩增技术(LAMP)十三联检在慢性阻塞性肺疾病(COPD)合并社区获得性肺炎(CAP)患者中的应用价值。方法回顾性分析2020年8月1日-2022年11月31日在西南医科大学附属医院呼吸与危重症医学科住院的COPD合并社区获得性肺炎患者343例,收集患者基本资料,留取患者入院后合格痰液标本,同时行痰细菌培养、LAMP十三联检,了解病原菌分布,并对比两种方法差异性及一致性。结果LAMP十三联检阳性率为49.85%,痰培养阳性率为20.99%,两种方法差异有统计学意义(χ^(2)=13.989,P<0.001)。一致性检验提示大肠埃希菌(Eco)一致性最好(Kappa值为0.796),鲍曼不动杆菌(Aba)、铜绿假单胞菌(Pae)、肺炎克雷伯菌(Kpn)、金黄色葡萄球菌(Sau)、耐甲氧西林葡萄球菌(Mrs)和嗜麦芽窄食单胞菌(Sm)Kappa值均>0.4,具有一致性,而流感嗜血杆菌(Hi)Kappa值仅为0.174,一致性差。COPD病程<10年组和≥10年组检出病原菌在Pae、单一感染和总阳性率差异有统计学意义(P<0.05);呼吸衰竭组和非呼吸衰竭组在Pae、单一感染、总阳性率差异有统计学意义(P<0.001)。结论LAMP十三联检能够快速、准确的识别病原体,有助于慢性阻塞性肺疾病合并社区获得性肺炎患者病原体的早期识别,对患者诊断与治疗有一定指导意义。

多温区恒等温快速核酸检测仪温度校准方法研究

恒等温扩增技术无需反复升降温和循环,能提高核酸扩增和检测的速度,被广泛应用于核酸POCT设备中。本文针对多温区恒等温快速核酸检测仪的结构、控温原理及关键点,对多温区快速核酸检测仪的温度偏差、升温速率、温度波动度和温度持续时间偏差进行校准和分析,并验证了该校准方法的可行性和合理性。

重组酶聚合酶扩增技术研究进展

重组酶聚合酶扩增(recombinase polymerase amplification,RPA)技术是一种新兴的核酸恒温扩增技术,具有灵敏度高、特异性强、反应快速等特点。利用RPA技术可以对核酸拷贝数进行绝对定量并且可以同时检测多个靶标核酸序列,结合侧流层析试纸条或荧光信号监测装置等简易实验设备即可直接观察检测结果。就RPA技术的原理、发展、技术特点及其近年来在体外诊断、病原检测等领域的研究进展作一综述,旨在为该技术的深入研究和应用提供参考。

多重环介导等温扩增技术研究进展

环介导等温扩增技术(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)因其扩增速度快、灵敏度和特异性高、仪器要求低等优点而被广泛应用于核酸诊断领域。为充分利用LAMP技术优势、提高诊断检测的效率与可靠性、扩展其应用范围,同时节约试剂成本,近年来多重LAMP技术的研究成为一大热点。常规的LAMP扩增产物检测方法多数以聚合反应的双链DNA产物或其副产物为基础,只能判断有无扩增反应发生,而难以识别多重扩增产物的靶标来源及其特异性。为实现多重扩增产物的高特异检测,各国学者通过对该技术巧妙的改进或与其他技术相偶联,发展了一系列多重LAMP扩增检测技术。然而上述狭义的多重LAMP技术依然存在因引物间相互干扰、扩增效率存在差异而引发歧视性扩增的局限,限制了多重扩增的重数。近年研究活跃的微型扩增技术以其实现多个平行、互不干扰的小体积单重扩增的技术优势打破了这一局限,由此产生了新型的广义多重LAMP扩增技术。这些技术还具有试剂消耗少、自动化程度较高、交叉污染风险更小以及更适合对较多靶标进行现场快速检测等优势。本文分别从狭义多重LAMP的方法原理及其扩增反应体系优化、广义多重LAMP的方法原理以及多重LAMP技术在诊断检测中的应用等方面对近年来多重LAMP技术的研究进展进行了综述。

等温扩增技术的原理及其在病原检测中的应用

等温扩增技术(IAT)作为一种新型的体外核酸扩增技术,与PCR相比,该技术具有特异性强、敏感性高、简单便捷和成本低等优点。目前,等温扩增技术在病原检测方面得以应用,论文对环介导等温扩增(LAMP)、依赖解旋酶的等温扩增(HDA)、依赖核酸序列的等温扩增(NASBA)、链置换等温扩增(SDA)、交叉引物扩增(CPA)5种扩增技术的原理、特点及应用分别予以介绍,为该技术在病原检测的实际应用提供参考。

基于重组酶介导等温扩增技术的羊口疮病毒核酸检测方法的建立及初步应用

为建立羊口疮病毒(Orf virus,ORFV)核酸的快速检测方法,本研究根据ORFV B2L基因保守序列设计特异性引物,通过优化反应温度与时间初步建立了基于重组酶介导等温扩增技术(RAA)的ORFV检测方法。优化试验结果显示:该方法在37℃反应40 min检测效果最佳。采用该方法对ORFV、山羊痘病毒、O型和A型口蹄疫病毒、小反刍兽疫病毒、山羊副流感病毒3型等临床常见症状相似的病毒核酸检测,结果显示:该方法除对ORFV的检测结果为阳性外,对羊的其他病毒的检测结果均为阴性,特异性较强。将质粒标准品10倍倍比稀释(1×10^(9)拷贝/μL~1×10^(0)拷贝/μL)后为模板,利用本研究建立的RAA方法检测,结果显示:该方法对ORFV质粒标准品的最低检测限为1×10^(4)拷贝/μL,敏感性较高。利用本研究建立的方法对95份临床样品(15份组织样品和80份血液样品)检测,结果显示:该RAA方法能够对临床样品快速检测,组织样品和血液样品的阳性率分别为33.33%(5/15)和6.25%(5/80),该检测结果与普通PCR检测方法的符合率均为100%,表明本实验建立的RAA方法能够满足临床样品的检测需求。本研究建立的ORFV RAA方法具有操作简单、特异性强、反应快速等特点,为ORFV的快速检测提供新的技术选择。

三种不同方法检测盆腔炎患者宫颈沙眼衣原体和(或)解脲支原体感染的研究

目的探究连接酶链反应法(ligase chain reaction,LCR)、实时恒温扩增RNA技术(RNA real-time fluorescent constant temperature amplification detection,SAT)和环介导恒温扩增技术(loop mediated isothermal amplification technology,LAMP)对盆腔炎(pelvic inflammatory disease,PID)患者宫颈沙眼衣原体(chlamydia trachomatis,CT)和(或)解脲支原体(ureaplasma urealyticum,UU)检测结果。方法选取2020年5月至2021年5月本院收治的PID患者186例,采集患者宫颈分泌物标本,分别采用LCR、SAT和LAMP方法检测CT、UU感染情况,比较不同方法的检测结果。结果186例PID患者中,CT感染率为20.43%,UU感染率为40.32%,CT+UU感染率为16.13%。不同年龄段PID患者CT、UU感染率比较,差异有统计学意义(P<0.05),CT感染率在20~35岁患者中最高,UU感染率在36~40岁患者中最高(P<0.05)。SAT检测CT的准确率明显高于LCR和LAMP(P<0.05),LCR和LAMP检测CT的准确率比较差异无统计学意义(P>0.05);SAT和LAMP检测UU、CT+UU的准确率明显高于LCR(P<0.059),SAT和LAMP检测UU、CT+UU的准确率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论PID患者中,20~35岁患者CT感染率较高,36~40岁患者中UU感染率较高;SAT在检测PID患者宫颈CT感染方面效果优于LCR和LAMP,检测UU感染方面效果与LAMP相当,且优于LCR。

LAMP技术在食源性病原微生物检测中的应用

针对常见引起食物中毒细菌的特异保守基因设计环介导恒等温扩增(LAMP)引物,并以此套引物建立食源性病原微生物的检测方法。特异性及灵敏性试验显示,LAMP法最低检出限为10-5,Real-time LAMP最低检出限为10-7,而普通PCR的检出下限仅为10-3;且LAMP全部反应在1 h内完成;LAMP反应结果可通过肉眼直接观测判定结果。LAMP快速检测常见食物中毒菌的方法初步建立,同时结合Real-time LAMP,可提供更准确的检测结果并可实现仪器在线式实时监测。

应用LAMP技术鉴定含89K毒力岛2型猪链球菌菌株

目的应用LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)技术鉴别含89K毒力岛2型猪链球菌(Streptococ-cus suisserotype2,S.suis2)菌株。方法根据S.suis2中国分离株(05ZYH33)89K毒力岛中基因序列设计4条引物(2条内引物、2条外引物);应用LAMP,对21株S.suis2、18株其它链球菌、9株葡萄球菌、5株其它菌株及49份未知样本进行检测,并对LAMP的最低检测限进行测试,结果通过肉眼目测或电泳检测,并将结果与PCR/定量PCR结果比较。结果该方法仅对含89K毒力岛的中国S.suis2特有株检测为阳性,而其它菌株经LAMP检测均为阴性,试验表明本方法特异性好,其最低检测限为24CFU/反应,无需特殊设备,结果通过肉眼即可判断,从菌株核酸的提取至检测完成仅需2h左右。应用本方法对49份不同来源样本进行实际考核,其中32份不明发热病人呼吸道咽拭子应急样本及15份正常猪扁桃体咽拭子样本经检测89K毒力岛基因均为阴性,2份疑似SS2病人血液应急样本中一份检测到该毒力岛基因,该结果与普通PCR/定量PCR检测结果一致。结论成功建立了检测S.suis289K毒力岛的LAMP方法 ,该方法特异性好,操作简便,无需特殊的仪器设备,操作简单方便,极适合在我国广大基层实验室(包括基层医院/动物检疫等部门)开展应用。

转基因大豆GTS40-3-2成分现场可视化检测方法的建立

转基因大豆GTS40-3-2转化体是种植面积最广的转基因大豆品种,根据GTS40-3-2转化体特异性序列设计引物,应用可视化环介导等温扩增技术,对其进行快速扩增及可视化判断;同时建立转基因成分人工污染的食品模型,比较了LAMP法与定性PCR方法检测的敏感性。结果表明:该方法仅对GTS40-3-2转化体产生特异性扩增,灵敏度高达0.001%。所建立的GTS40-3-2转化体特异性现场可视化筛查方法具有较高的特异性与灵敏性,操作简单、快速,可用于转基因大豆GTS40-3-2成分污染的现场可视化检测。

基于tlh基因病原副溶血弧菌LAMP检测方法的建立

为了研究副溶血弧菌(V.parahaemolyticus)的快速分子生物学检测方法,试验以副溶血弧菌特异性tlh基因为分子靶标设计引物,利用环介导恒温扩增(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)技术建立病原副溶血弧菌的快速检测方法。结果表明:特异性检测仅副溶血弧菌基因组DNA可扩增出阶梯状条带,且反应产物中加入荧光染料SYBR GreenⅠ后呈现明显的绿色阳性反应;而鳗弧菌、河口弧菌、美人鱼弧菌、霍乱弧菌、哈氏弧菌、鱼肠道弧菌这6种对照病原菌均未出现任何扩增条带,且反应产物中加入荧光染料SYBR GreenⅠ后呈现橙色阴性反应;灵敏度检测的最低检测限为42 cfu/mL;对人工染菌的9种水产品检测均可获得阳性扩增结果;该方法检测时间从核酸抽提到结果分析仅需1 h左右,较传统方法操作简单、耗时短、不需昂贵仪器。说明该方法可用于针对副溶血弧菌的进出口检验检疫、食品安全检测及由该菌引起的水产动物疾病的诊断与分子流行病学调查。