ТБ-ИЗАТЕСТ: способ дифференциальной диагностики Mycobacterium tuberculosis методом LAMP

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Чахотка, белая чума, туберкулез… Лишь относительно недавно это заболевание перестало быть абсолютно смертельным приговором для инфицированных людей, однако проблемы распространения и диагностики этого заболевания по-прежнему актуальны. В данной работе представлены результаты разработки новой тест-системы ТБ-ИЗАТЕСТ для дифференциальной диагностики вида Mycobacterium tuberculosis от нетуберкулезных микобактерий по видоспецифичному гену rv2341 с использованием метода петлевой изотермической амплификации (LAMP). Тест-система применима для количественного анализа целевой геномной ДНК и позволяет выявлять десятикратные различия в концентрации. Впервые приводятся результаты оптимизации амплификации с помощью двухстадийного протокола на основе метода ортогональных матриц Тагути. Предложена теоретическая интерпретация высоких значений эффективности амплификации, наблюдаемых в реакции LAMP. Предел детекции разработанной тест-системы составляет 40 геном-эквивалентов на реакцию, а стадия амплификации требует 15 мин. По совокупности характеристик тест-система ТБ-ИЗАТЕСТ превосходит все известные способы идентификации M. tuberculosis методом LAMP.

Об авторах

Ф. В. Ширшиков

ФГБУ “Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина” ФМБА России,; ФГБОУ ВО “Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева”

Автор, ответственный за переписку.
Email: shrshkv@ya.ru
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1А; Россия, 125047, Москва, Миусская пл., 9

Ю. А. Беспятых

ФГБУ “Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина” ФМБА России,; ФГБОУ ВО “Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева”

Email: shrshkv@ya.ru
Россия, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1А; Россия, 125047, Москва, Миусская пл., 9

Список литературы

  1. Pai M., Behr M.A., Dowdy D., Dheda K., Divangahi M., Boehme C.C., Ginsberg A., Swaminathan S., Spigelman M., Getahun H., Menzies D., Raviglione M. // Nat. Rev. Dis. Prim. 2016. V. 2. P. 16076. https://doi.org/10.1038/nrdp.2016.76
  2. Bhat Z.S., Rather M.A., Maqbool M., Ahmad Z. // Biomed. Pharmacother. 2018. V. 103. P. 1733–1747. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2018.04.176
  3. Chakaya J., Petersen E., Nantanda R., Mungai B.N., Migliori G.B., Amanullah F., Lungu P., Ntoumi F., Kumarasamy N., Maeurer M., Zumla A. // Int. J. Infect. Dis. 2022. V. 124. P. S26–S29. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2022.03.011
  4. Bagcchi S. // The Lancet Microbe. 2023. V. 4. P. e20. https://doi.org/10.1016/S2666-5247(22)00359-7
  5. Achtman M. // Annu. Rev. Microbiol. 2008. V. 62. P. 53–70. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.62.081307.162832
  6. Riojas M.A., McGough K.J., Rider-Riojas C.J., Rastogi N., Hazbón M.H. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2018. V. 68. P. 324–332. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.002507
  7. Gupta R.S., Lo B., Son J. // Front Microbiol. 2018. V. 9. P. 67. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00067
  8. Meehan C.J., Barco R.A., Loh Y.E., Cogneau S., Rigouts L. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2021. V. 71. P. 004922. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004922
  9. Johansen M.D., Herrmann J.-L., Kremer L. // Nat. Rev. Microbiol. 2020. V. 18. P. 392–407. https://doi.org/10.1038/s41579-020-0331-1
  10. Galagan J.E. // Nat. Rev. Genet. 2014. V. 15. P. 307–320. https://doi.org/10.1038/nrg3664
  11. Gagneux S. // Nat. Rev. Microbiol. 2018. V. 16. P. 202–213. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2018.8
  12. Merker M., Rasigade J.-P., Barbier M., Cox H., Feuerriegel S., Kohl T.A., Shitikov E., Klaos K., Gaudin C., Antoine R., Diel R., Borrell S., Gagneux S., Nikolayevskyy V., Andres S., Crudu V., Supply P., Niemann S., Wirth T. // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 5105. https://doi.org/10.1038/s41467-022-32455-1
  13. Chakravorty S., Simmons A.M., Rowneki M., Parmar H., Cao Y., Ryan J., Banada P.P., Deshpande S., Shenai S., Gall A., Glass J., Krieswirth B., Schumacher S.G., Nabeta P., Tukvadze N., Rodrigues C., Skrahina A., Tagliani E., Cirillo D.M., Davidow A., Denkinger C.M., Persing D., Kwiatkowski R., Jones M., Alland D. // mBio. 2017. V. 8. P. e00812-17. https://doi.org/10.1128/mBio.00812-17
  14. World Health Organization, 2021. WHO Consolidated Guidelines on Tuberculosis. Module 3: Diagnosis. Rapid Diagnostics for Tuberculosis Detection, 2021 Update. Geneva: World Health Organization, 2021. https://www.who.int/publications/i/item/9789240029415
  15. Gryadunov D.A., Shaskolskiy B.L., Nasedkina T.V., Rubina A.Y., Zasedatelev A.S. // Acta Naturae. 2018. V. 10. P. 4–18. https://doi.org/10.32607/20758251-2018-10-4-4-18
  16. Notomi T., Okayama H., Masubuchi H., Yonekawa T., Watanabe K., Amino N., Hase T. // Nucleic Acids Res. 2000. V. 28. P. e63. https://doi.org/10.1093/nar/28.12.e63
  17. Tomita N., Mori Y., Kanda H., Notomi T. // Nat. Protoc. 2008. V. 3. P. 877–882. https://doi.org/10.1038/nprot.2008.57
  18. Kaboev O.K., Luchkina L.A., Akhmedov A.T., Bekker M.L. // J. Bacteriol. 1981. V. 145. P. 21–26. https://doi.org/10.1128/jb.145.1.21-26.1981
  19. Tanner N.A., Evans T.C. // Curr. Protoc. Mol. Biol. 2014. V. 105. P. 15.14.1–15.14.14. https://doi.org/10.1002/0471142727.mb1514s105
  20. Nagamine K., Hase T., Notomi T. // Mol. Cell. Probes. 2002. V. 16. P. 223–229. https://doi.org/10.1006/mcpr.2002.0415
  21. Yonekawa T., Watanabe H., Hosaka N., Semba S., Shoji A., Sato M., Hamasaki M., Yuki S., Sano S., Segawa Y., Notomi T. // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 5409. https://doi.org/10.1038/s41598-020-62109-5
  22. Moore K.J.M., Cahill J., Aidelberg G., Aronoff R., Bektaş A., Bezdan D., Butler D.J., Chittur S.V., Codyre M., Federici F., Tanner N.A., Tighe S.W., True R., Ware S.B., Wyllie A.L., Afshin E.E., Bendesky A., Chang C.B., Dela Rosa R., Elhaik E., Erickson D., Goldsborough A.S., Grills G., Hadasch K., Hayden A., Her S.Y., Karl J.A., Kim C.H., Kriegel A.J., Kunstman T., Landau Z., Land K., Langhorst B.W., Lindner A.B., Mayer B.E., McLaughlin L.A., McLaughlin M.T., Molloy J., Mozsary C., Nadler J.L., D’Silva M., Ng D., O’Connor D.H., Ongerth J.E., Osuolale O., Pinharanda A., Plenker D., Ranjan R., Rosbash M., Rotem A., Segarra J., Schürer S., Sherrill-Mix S., Solo-Gabriele H., To S., Vogt M.C., Yu A.D., Mason C.E., The gLAMP Consortium // J. Biomol. Tech. 2021. V. 32. P. 228–275. https://doi.org/10.7171/jbt.21-3203-017
  23. Shirshikov F.V., Bespyatykh J.A. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2022. V. 48. P. 1159–1174. https://doi.org/10.1134/S106816202206022X
  24. Iwamoto T., Sonobe T., Hayashi K. // J. Clin. Microbiol. 2003. V. 41. P. 2616–2622. https://doi.org/10.1128/JCM.41.6.2616-2622.2003
  25. Boehme C.C., Nabeta P., Henostroza G., Raqib R., Rahim Z., Gerhardt M., Sanga E., Hoelscher M., Notomi T., Hase T., Perkins M.D. // J. Clin. Microbiol. 2007. V. 45. P. 1936–1940. https://doi.org/10.1128/JCM.02352-06
  26. Rakotosamimanana N., Lapierre S.G., Raharimanga V., Raherison M.S., Knoblauch A.M., Raherinandrasana A.H., Rakotoson A., Rakotonirina J., Rasolofo V. // BMC Infect. Dis. 2019. V. 19. P. 542. https://doi.org/10.1186/s12879-019-4198-6
  27. World Health Organization, 2016. The Use of Loop-Mediated Isothermal Amplification (TB-LAMP) for the Diagnosis of Pulmonary Tuberculosis. Geneva: World Health Organization, 2016. https://apps.who.int/iris/handle/10665/249154
  28. Gray C.M., Katamba A., Narang P., Giraldo J., Zamudio C., Joloba M., Narang R., Paramasivan C.N., Hillemann D., Nabeta P., Amisano D., Alland D., Cobelens F., Boehme C.C. // J. Clin. Microbiol. 2016. V. 54. P. 1984–1991. https://doi.org/10.1128/JCM.03036-15
  29. García-Basteiro A.L., DiNardo A., Saavedra B., Silva D.R., Palmero D., Gegia M., Migliori G.B., Duarte R., Mambuque E., Centis R., Cuevas L.E., Izco S., Theron G. // Pulmonology. 2018. V. 24. P. 73–85. https://doi.org/10.1016/j.rppnen.2017.12.002
  30. Neonakis I.K., Spandidos D.A., Petinaki E. // Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2011. V. 30. P. 937–942. https://doi.org/10.1007/s10096-011-1195-0
  31. Yuan L., Li Y., Wang M., Ke Z., Xu W. // J. Infect. Chemother. 2014. V. 20. P. 86–92. https://doi.org/10.1016/j.jiac.2013.07.003
  32. Nagai K., Horita N., Yamamoto M., Tsukahara T., Nagakura H., Tashiro K., Shibata Y., Watanabe H., Nakashima K., Ushio R., Ikeda M., Narita A., Kanai A., Sato T., Kaneko T. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 39090. https://doi.org/10.1038/srep39090
  33. Nliwasa M., MacPherson P., Chisala P., Kamdolozi M., Khundi M., Kaswaswa K., Mwapasa M., Msefula C., Sohn H., Flach C., Corbett E.L. // PLoS One. 2016. V. 11. P. e0155101. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0155101
  34. Yu G., Shen Y., Zhong F., Ye B., Yang J., Chen G. // PLoS One. 2018. V. 13. P. e0199290. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0199290
  35. Lok K.H., Benjamin W.H., Kimerling M.E., Pruitt V., Lathan M., Razeq J., Hooper N., Cronin W., Dunlap N.E. // Emerg. Infect. Dis. 2002. V. 8. P. 1310–1313. https://doi.org/10.3201/eid0811.020291
  36. Thierry D., Brisson-Noël A., Vincent-Lévy-Frébault V., Nguyen S., Guesdon J.L., Gicquel B. // J. Clin. Microbiol. 1990. V. 28. P. 2668–2673. https://doi.org/10.1128/jcm.28.12.2668-2673.1990
  37. Kechin A., Oscorbin I., Cherednichenko A., Khrapov E., Schwartz Y., Stavitskaya N., Filipenko M. // Arch. Microbiol. 2023. V. 205. P. 71. https://doi.org/10.1007/s00203-023-03410-5
  38. Alonso H., Samper S., Martín C., Otal I. // BMC Genomics. 2013. V. 14. P. 422. https://doi.org/10.1186/1471-2164-14-422
  39. Zhou L., Ma C., Xiao T., Li M., Liu H., Zhao X., Wan K., Wang R. // Front. Microbiol. 2019. V. 10. P. 1–10. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01887
  40. Goig G.A., Torres-Puente M., Mariner-Llicer C., Villamayor L.M., Chiner-Oms Á., Gil-Brusola A., Borrás R., Comas Espadas I. // Bioinformatics. 2019. V. 36. P. 985–989. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btz729
  41. Shirshikov F. V., Pekov Y.A., Miroshnikov K.A. // PeerJ. 2019. V. 7. P. e6801. https://doi.org/10.7717/peerj.6801
  42. Abramovitch R.B., Rohde K.H., Hsu F.-F., Russell D.G. // Mol. Microbiol. 2011. V. 80. P. 678–694. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2011.07601.x
  43. Gupta A. // FEMS Microbiol. Lett. 2009. V. 290. P. 45–53. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01400.x
  44. Morero M., Ramirez M.R., Oyhenart J. // Vet. Parasitol. 2021. V. 295. P. 109462. https://doi.org/10.1016/j.vetpar.2021.109462
  45. Shoushtari M., Salehi-Vaziri M., Roohvand F., Arashkia A., Jalali T., Azadmanesh K. // Biotechnol. Lett. 2021. V. 43. P. 2149–2160. https://doi.org/10.1007/s10529-021-03175-1
  46. Wang Y., Li J., Li S., Zhu X., Wang X., Huang J., Yang X., Tai J. // Microchim. Acta. 2021. V. 188. P. 347. https://doi.org/10.1007/s00604-021-04985-w
  47. Schneider L., Blakely H., Tripathi A. // Electrophoresis. 2019. V. 40. P. 2706–2717. https://doi.org/10.1002/elps.201900167
  48. Bio-Rad Laboratories Inc., 2006. Real-Time PCR Applications Guide. Bulletin 5279. P. 4–6. https://www.bio-rad.com/webroot/web/pdf/lsr/literature/Bulletin_5279.pdf
  49. Ruijter J.M., Barnewall R.J., Marsh I.B., Szentirmay A.N., Quinn J.C., van Houdt R., Gunst Q.D., van den Hoff M.J.B. // Clin. Chem. 2021. V. 67. P. 829–842. https://doi.org/10.1093/clinchem/hvab052
  50. von Hippel P.H., Johnson N.P., Marcus A.H. // Biopolymers. 2013. V. 99. P. 923–954. https://doi.org/10.1002/bip.22347
  51. Cousins D.V., Bastida R., Cataldi A., Quse V., Redrobe S., Dow S., Duignan P., Murray A., Dupont C., Ahmed N., Collins D.M., Butler W.R., Dawson D., Rodríguez D., Loureiro J., Romano M.I., Alito A., Zumarraga M., Bernardelli A. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2003. V. 53. P. 1305–1314. https://doi.org/10.1099/ijs.0.02401-0
  52. Alexander K.A., Laver P.N., Michel A.L., Williams M., van Helden P.D., Warren R.M., Gey van Pittius N.C. // Emerg. Infect. Dis. 2010. V. 16. P. 1296–1299. https://doi.org/10.3201/eid1608.100314
  53. Esteban J., Muñoz-Egea M.C. // Tuberculosis and Nontuberculous Mycobacterial Infections / Ed. David Schlossberg. Washington, DC: ASM Press, 2017. P. 754. https://doi.org/10.1128/microbiolspec.TNMI7-0021-2016
  54. Ngabonziza J.C.S., Loiseau C., Marceau M., Jouet A., Menardo F., Tzfadia O., Antoine R., Niyigena E.B., Mulders W., Fissette K., Diels M., Gaudin C., Duthoy S., Ssengooba W., André E., Kaswa M.K., Habimana Y.M., Brites D., Affolabi D., Mazarati J.B., de Jong B.C., Rigouts L., Gagneux S., Meehan C.J., Supply P. // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 2917. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16626-6
  55. Panda A., Drancourt M., Tuller T., Pontarotti P. // Sci. Rep. 2018. V. 8. P. 14817. https://doi.org/10.1038/s41598-018-33261-w
  56. Eldholm V., Balloux F. // Trends Microbiol. 2016. V. 24. P. 637–648. https://doi.org/10.1016/j.tim.2016.03.007
  57. Altschul S.F., Gish W., Miller W., Myers E.W., Lipman D.J. // J. Mol. Biol. 1990. V. 215. P. 403–410. https://doi.org/10.1016/S0022-2836(05)80360-2
  58. Szklarczyk D., Gable A.L., Lyon D., Junge A., Wyder S., Huerta-Cepas J., Simonovic M., Doncheva N.T., Morris J.H., Bork P., Jensen L.J., von Mering C. // Nucleic Acids Res. 2019. V. 47. P. D607–D613. https://doi.org/10.1093/nar/gky1131
  59. Chitale P., Lemenze A.D., Fogarty E.C., Shah A., Grady C., Odom-Mabey A.R., Johnson W.E., Yang J.H., Eren A.M., Brosch R., Kumar P., Alland D. // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 7068. https://doi.org/10.1038/s41467-022-34853-x
  60. Lu J., Johnston A., Berichon P., Ru K., Korbie D., Trau M. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 41328. https://doi.org/10.1038/srep41328
  61. Dwight Z., Palais R., Wittwer C.T. // Bioinformatics. 2011. V. 27. P. 1019–1020. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btr065
  62. Zuker M. // Nucleic Acids Res. 2003. V. 31. P. 3406–3415. https://doi.org/10.1093/nar/gkg595
  63. Kerpedjiev P., Hammer S., Hofacker I.L. // Bioinformatics. 2015. V. 31. P. 3377–3379. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv372
  64. Popenda M., Szachniuk M., Antczak M., Purzycka K.J., Lukasiak P., Bartol N., Blazewicz J., Adamiak R.W. // Nucleic Acids Res. 2012. V. 40. P. e112. https://doi.org/10.1093/nar/gks339
  65. Sehnal D., Bittrich S., Deshpande M., Svobodová R., Berka K., Bazgier V., Velankar S., Burley S.K., Koča J., Rose A.S. // Nucleic Acids Res. 2021. V. 49. P. W431–W437. https://doi.org/10.1093/nar/gkab314
  66. Shitikov E.A., Bespyatykh J.A., Ischenko D.S., Alexeev D.G., Karpova I.Y., Kostryukova E.S., Isaeva Y.D., Nosova E.Y., Mokrousov I.V., Vyazovaya A.A., Narvs-kaya O.V., Vishnevsky B.I., Otten T.F., Zhuravlev V.Iu., Yablonsky P.K., Ilina E.N., Govorun V.M. // PLoS One. 2014. V. 9. P. e84971. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0084971
  67. Bustin S.A., Benes V., Garson J.A., Hellemans J., Huggett J., Kubista M., Mueller R., Nolan T., Pfaffl M.W., Shipley G.L., Vandesompele J., Wittwer C.T. // Clin. Chem. 2009. V. 55. P. 611–622. https://doi.org/10.1373/clinchem.2008.112797

Дополнительные файлы


© Ф.В. Ширшиков, Ю.А. Беспятых, 2023