书城保健养生结核病诊断与防治技术
48493600000019

第19章 牛结核病流行病学(3)

6.随机扩增多态性DNA(RAPD)

RAPD在聚合酶链式反应(PCR)的基础上,采用随机核苷酸序列(10个碱基)扩增基因组DNA的随机片段,获得了一种新的分子标记。RAPD技术是PCR技术的延伸,其原理是利用一系列(通常是数百个)不同的碱基随机排列的寡聚核苷酸单链作为引物,对所研究的基因组DNA进行PCR扩增。扩增产物通过聚丙烯酰胺或琼脂糖凝胶电泳分离、EB染色或放射性自显影来检测扩增DNA片段的多态性,这些扩增的DNA片段的多态性反映了基因组相应区域的DNA多态性。RAPD技术因其简便快捷、多态检出率高,所需DNA量少和不需杂交等优点,越来越受到重视,但是由多种成分参加的生化反应,尽管其反应灵敏度高,可是影响因素较多,存在着结果重复性差、分型过少的缺点。

7.DNA芯片技术

DNA芯片可以为快速检测大量DNA序列提供一种实用工具。芯片由成千上万的印在一个有限表面上的高密度寡核苷酸阵列组成。通过在芯片上分析分枝杆菌DNA的杂交情况,可同时检测不同基因位点的基因变异。芯片已被用于MTB的分类鉴别和药敏试验,理论上讲,DNA芯片也可用作分子流行病学工具,探查全基因组而非探查小的插入序列。用全序列作为DNA芯片的模板,可分析其他MTB分离株的基因组,以及其他分枝杆菌属分离株的基因组。识别相同和不同的序列区可揭示重要的临床和流行病学现象。DNA芯片是一种有前景的工具,芯片技术原则上可使菌株鉴别、药敏试验和分子分型在一次试验的不同进化水平上同时进行,可能很快在精确研究分枝杆菌种系发生中使用。

二、DNA分型技术在结核病流行病学中的应用

1.DNA分型技术在结核杆菌传播中的检测应用

运用分子流行病学可研究结核菌的传播。依据是来自同一祖先的菌株可以表现出相同的DNA指纹特征。“簇”代表的是具有相同或高度相似DNA指纹特征的一组结核分枝杆菌。通过成簇率的高低就能反映出结核菌的传播情况。成簇菌株的百分比上升,表明近期有高水平的传播。通过对固定人口一定阶段的研究,运用DNA指纹方法,包括IS6110-RFLP及以PCR为基础的快速分型方法,就可鉴别造成疾病传播的菌株进而追踪其传染源。此外,运用这些分子生物学手段,还可判断造成结核的因素是接触结核菌还是潜在结核菌的再发。可见通过成簇率的研究可达到发现结核菌传播并预防其传播的目的。

一些研究表明,将IS6110-RFLP与Spoligotyping两种方法结果结合起来能反映出真正的分簇结果。然而对于某些含IS6110低拷贝的菌株来说,这两种方法结合可能会高估了成簇率。尽管如此,相对于单独使用IS6110-RFLP或Spoligotyping一种方法而言,两种方法结合显然增强了对低拷贝结核菌的分辨能力。从而更为准确地反映结核菌的传播。Christophe Sola等以Spoligotyping分型为首选方法,结合IS6110-RFLP或DRE-PCR等方法,构建结核分枝杆菌种系发生树,对研究结核菌传播和菌种起源起到重要的作用。

2.DNA分型技术在结核杆菌耐药性检测中的应用

20世纪50年代以来,结核菌耐药成为困扰人们的一个突出问题。因此,在早期阶段识别耐药菌的传播以防更大范围的传播就显得尤为重要。D.VanSoolingen认为DNA指纹分析在结核分枝杆菌耐药性如INH耐药性传播鉴定中可能发挥重要作用。通过IS6110DNA指纹成簇数的比较,研究人员发现,带有katG基因315位点的突变的结核分枝杆菌成簇数显著高于其他位点突变的INH耐药的结核分枝杆菌。这些研究表明带有不同碱基突变的INH耐药的菌株有不同的传播能力。可见DNA指纹技术在鉴定结核分枝杆菌耐药性传播方面也起到重要作用。

3.DNA分型技术检测实验室交叉污染

实验室交叉污染一直是进行结核分枝杆菌分子生物学诊断和鉴定中不可忽视的问题。在病人取样、镜检、标本接种中的任何阶段的交叉污染都可造成假阳性的实验结果。尤其是当实验室处理较多的阳性标本时,交叉污染的可能性就大大提高了。据报道,交叉污染率有些地区甚至高达16%。以前实验室一直以不寻常的药敏特点、独特的生化特点和噬菌体类型来判断交叉污染。但大多数分枝杆菌具有相同的生化和药敏类型。因此有必要采取更为准确和快速的方法来确定实验室交叉污染。

Peter M.Small等指出采用RFLP等DNA指纹分型方法对于分枝杆菌菌株有较好的分辨能力,并且对于实验室交叉污染造成的假阳性提供了具有说服力的旁证。他们还建议如果在一周内培养出的分枝杆菌具有相同的DNA指纹特点而没有流行病学联系,就可认定为实验室交叉污染。涂片阴性而培养阳性或培养产量很少的标本均应进行DNA指纹分析以排除交叉污染的可能性。目前,一些快速的PCR为基础的分型方法诸如VNTR和Spoligotyping等已被用于这一目的,这些都为鉴定和排除交叉污染提供了可靠的依据。

4.牛分枝杆菌(M.bovis)和卡介苗(BCG)的鉴定

利用Spoligotyping技术可以从结核分枝杆菌复合群中分辨出M.bovis和M.bovis BCG。因为采用Spoligotyping技术得出结果为所有的M.bovis和M.bovisBCG菌株都缺乏39~43间隔区而含有33~38间隔区,这一结果具有特征性。但这种方法还不能从M.bovis BCG中区分M.bovis。但可通过IS1081指纹图谱分型,BCG菌株的带型中含有一个8kb的Pvu II片段,而其他结核分枝杆菌复合群菌株则没有,因此可从结核分枝杆菌复合群中鉴定出BCG。

国内目前已应用DNA指纹技术对结核分枝杆菌进行了较为广泛的研究。利用IS6110-RFLP分型技术对一些地区的结核分枝杆菌进行流行病学调查发现,北京与其他地区结核菌临床分离株遗传关系较近,在男性中的传播频率可能高于女性。所有这些研究都为调查国内结核分枝杆菌的流行和传播提供了可靠的依据。

三、结核分枝杆菌DNA分型技术的发展前景和展望

从20世纪90年代到现在,已有10余种DNA分型技术用于结核病的流行病学调查。除上述方法(IS6110-RFLP,Spoligotyping,VNTR,AFLP,FAFLP,LMPCR,DRE-PCR)外,其他的方法如混合连接PCR(Mixed-linker PCR),IS6110反转PCR,IS6110ampliprinting,随机引物PCR(APPCR)以及GC丰富区重复序列(PGRS)多态性等技术也在鉴定结核菌传播,追踪传染源,预防和控制结核菌的传播和流行方面起到重要作用。并且这些方法也在逐步改进以期获得更为快速和准确的结果。比如Spoligotyping技术通常使用43个间隔区寡核甘酸为探针,A.G.M.van Zanden等在这43个探针的基础上,再增加51个新的间隔区序列,实验结果表明通过引用这51个核昔酸后不但增强了Spoligotyping技术的分辨力,而且还可以在北京基因型内再进一步分型。

总之,DNA指纹技术在流行病学中的应用是分子生物学与流行病学有机结合的一个典范,它对结核病的实验室技术是一个推动。虽然这些分型方法对分枝杆菌菌种鉴定能力有限,但可以给研究者提供解决问题的思路和途径。有理由相信,随着DNA分型技术尤其是以PCR为基础的DNA分型技术的不断完善,将会获得更为快速和准确的结果从而更好地为人类服务。