猪胸膜肺炎放线杆菌及血清1、3、5、7型多重PCR检测方法的建立及应用

动物医学进展,2020,41(12):17 22
ProgressinVeterinaryMedicine
猪胸膜肺炎放线杆菌及血清1、3、5、7型多重PCR检测方法
的建立及应用
孙学飞1,2,谭业平1,王丹丹1,周俊明1,祝昊丹1,吕立新1,俞正玉1,何孔旺1,
李 彬1,温立斌1,张雪寒1,倪艳秀1
mla
(1.江苏省农业科学院兽医研究所,江苏南京210014;2.上海百立生物科技有限公司,上海201402)
  摘 要:针对猪胸膜肺炎放线杆菌种特异性基因犃狆狓Ⅳ和血清1、3、5、7型的特异犆狆狊基因设计5对引物,通过扩增条件的优化,建立了猪胸膜肺炎放线杆菌及血清1、3、5、7型的五重PCR检测方法。特异性试验显示,对血清1~15型参考菌株均扩增出相应的预期目的条带,对6种引起猪发病的主要病原菌均未扩增出任何条带。敏感性试验表明,对各血清型细菌纯培物的敏感性皆为103CFU/mL;对1、5型感染样品的敏感性为104CFU/g,对3、7型感染样品
的敏感性为103CFU/g。可在4.5h左右直接从病猪肺脏中得到检测结果。方法的建立为相关临床病例快速诊断及流行病学调查提供了有效的技术支持。
  关键词:猪胸膜肺炎放线杆菌;血清1,3,5和7型;多重PCR
中图分类号:S852.619;S828.9文献标识码:A文章编号:1007 5038(2020)12 0017 06
  猪传染性胸膜肺炎(Porcinecontagiouspleuro pneumoniae,PCP)是由胸膜肺炎放线杆菌(犃犮狋犻狀狅犫犪犮犻犾犾狌狊狆犾犲狌狉狅狆狀犲狌犿狅狀犻犪犲,APP)引起的一种高度传染性、致死性呼吸道疾病,以急性出血和慢性纤维素性坏死性胸膜肺炎病变为主要特征。自1957年由Pattison等首次报道以来[1],该病已遍布在全世界大多数养猪国家,对养猪业造成巨大损失。我国也于20世纪80年代报道由国外进口种猪传入[2],根据血清学和病原学调查,该病在我国各地猪中普遍存在,而且近年来有发生加剧的趋势[3]。
 收稿日期:2020 01 08
 基金项目:国家重点研发计划(2018YFD0500101);江苏现代农业生猪产业技术体系[JATS(2018)259];公益性行业(农业)科研专项(201303034 8)
 作者简介:孙学飞(1990-),男,江苏南京人,硕士,主要从事动物传染病研究。 通讯作者
櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙櫙犉狌狕狕狔犃狀犪犾狔狋犻犮犪犾犎犻犲狉犪狉犮犺狔犘狉狅犮犲狊狊犅犪狊犲犱犘狅狋犲狀狋犻犪犾 狉犻狊犽犃狊狊犲狊狊犿犲狀狋
犕狅犱犲犾犳狅狉犃犳狉犻犮犪狀犛狑犻狀犲犉犲狏犲狉
WANGXin,FENGPeng,TIANQing lei,WUMeng meng,SHILong fei,
WUMing qian,ZHANGJing fei,CHENRong
(犃狀犻犿犪犾犇犻狊犲犪狊犲犘狉犲狏犲狀狋犻狅狀犪狀犱犆狅狀狋狉狅犾犆犲狀狋犲狉狅犳犡犻 犪狀,犡犻 犪狀,犛犺犪犪狀狓犻,710018,犆犺犻狀犪)
犃犫狊狋狉犪犮狋:ThefirstAfricanswinefever(ASF)outbreakinChinaoccurredintheearlyAugustinShenyang.Presently,thesituationofASFpreventionandcontrolisalsogrimandcausehugeburdentoChinesepi
gindustry.Thepresentstudysummarized5criticalriskfactorsand20secondaryimportantriskfactors,accordingtoourperiodsofdiseasepreventionandcontrolandthroughconductingepidemiologicalinvesti gationsandliteraturereview.Therefore,thepotential riskassessmentmodelforASFwasestablied.Thestatisticalweightresultshowedthatswillfeedingtopigsandpiglong distancetransportationarethehighriskfactorsforASFandwhichwouldbethekeypreventionandcontrolissues.Thepotential riskassess mentmodelderivedhazardrate(Yvalue)wouldprovidescientificanalysisandaccurateassessmentforpotentialriskofASF.Thisstudywouldprovidetheprevention/controlguidanceandtechnicalreference.犓犲狔狑狅狉犱狊:Africanswinefever;potentialrisk;riskfactor;assessmentmodel
  根据荚膜多糖(capsularpolysaccharides,CPS)和脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)的抗原性不同,
APP分为18个血清型(1~18型)[4 5]。其中血清5型又分为5a和5b2个亚型。大多数血清型之间没有交叉反应。但在血清型3、6、8之间[6]、1与9之间[7]、4与7之间[8]存在交叉反应,这与这些血清型之间LPS存在相似性有关。血清型之间交叉反应的存在,为血清学诊断方法带来了一定的难度。尽管属于生物Ⅰ型的血清1~12型和15型都能致猪发病或死亡,但不同的血清型之间的毒力有明显差异,能够分泌毒素I的血清型1、5、9、10和11比其他血清型毒力强,可引起的严重的肺部病变和高死亡率,而血清3型和6型的毒力最低。各血清型之间交叉保护低,导致灭活疫苗对APP感染只能提供型特异性保护,甚至同型间有时也不能提供完全的交叉保护[9]。
APP在不同的国家和地区有不同的优势血清型,同一国家在不同的时间也可能有不同的流行血清型。在匈牙利,以2、13、8和16型为主[10]。在澳大利亚,以1、5、7和15型为主[11]。在英国,研究表明不管是1995年-2007年之间的分离株还是2008年-2014年之间的分离株都以血清8型为主[12 13]。而加拿大在1980年-1990年之间的分离株以血清1型为主,但近年来(2012年-2014年)以血清5型和7型为主[14 15]。在我国,流行的APP血清型较多,己分离到1、2、3、4、5、7、8、9和10型,以前报道以
长链二元酸1、3和7型为主,近年来有关血清5型的报道越来越多[16 17]。
本研究根据我国APP流行的现状,搜集了国内外文献中刊登的APP血清1、3、5、7型引物并从中
筛选出4对引物以及鉴定APP的ApxⅣ序列的引物,摸索出一套检测APP及血清1、3、5、7型的多重PCR方法并进行初步应用,以期为APP的快速诊断及流行病学调查提供有力的技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌株 APP血清1~12、15型参考菌株、猪多杀性巴氏杆菌、猪大肠埃希菌、猪丹毒杆菌、猪链球菌、副猪嗜血杆菌、猪沙门菌,均由江苏省农业科学院兽医研究所人兽共患病防控研究室保存;APP血清13和14型参考菌株,由华中农业大学动物医学院周锐教授惠赠。
1.1.2 主要试剂 THB,美国BD公司产品;烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD),南京生兴生物技术有限公司产品;DNA凝胶回收试剂盒,美国AXYGEN公司产品;2×犜犪狇PCRMasterMix,东盛生物科技有限公司产品;DNAMarkerDL2000,南京诺唯赞生
物科技有限公司产品。
1.1.3 主要仪器 PCR仪(TP600),日本Takara公司产品;小型高速冷冻离心机(5415R),德国Eppendorf公司产品。
1.2 方法
1.2.1 引物的设计与合成 APP种属引物参照[18]描述方法设计,其靶基因为APP的种特异基因犃狆狓Ⅳ。APP血清1、3、5、7型引物参照文献[19]描述的方法设计,其靶基因为APP的犆狆狊基因;引物由上海英潍捷基生物有限公司合成,其相关信息见表1。引物用ddH
2O
稀释成10μmol/L。桂林工学院学报
表1 多重PCR引物
Table1 PrimerpairsofthemultiplexPCR
引物Primer引物序列(5′→3′)
Primersequence
目的基因
Targetgene
产物长度/bp
Productsize
S1FCTGGAGTAATTACGGCGACTATTCC犆狆狊1犅959S1RAGGAGAAGCTAGTAGTACTTGCATTTTC
S3FCTATCATCTGTGCCAAGCTTACTACAC犆狆狊9犇′520S3RAGCCACAAGACCCGAATGGTATAATG
S5FAGCCACAAGACCCGAATGGTATAATG犆狆狊5犅825S5RCCATCAAATGCAGCTTCAAGGAGC
S7FTCTAGGTATTACTGGTGTTCCTGATG犆狆狊2犇600S7RCGTCCAACACGAGCAACTACG
APPFTTATCCGAACTTTGGTTTAGCC犃狆狓Ⅳ417APPRCATATTTGATAAAACCATCCGTC
1.2.2 细菌基因组DNA提取 液体培养物采用常规高温裂解法提取。感染猪肺脏组织按常规用细菌裂解液裂解离心后,取上清作为PCR反应模板。
1动物医学进展 2020年 第41卷 第12期(总第330期)
1.2.3 PCR扩增及其条件的优化 
(1)APP及血清1、3、5、7型单一PCR扩增:反应体系2×犜犪狇PCRMasterMix12.5μL、超纯水8μL、上下游引物各1μL、模板DNA2.5μL。反应参数:95℃预变性5min;94℃变性30s,45℃~65℃退火30s,72℃延伸1min,共35个循环;最后72℃延伸7min。取10μLPCR产物于20g/L琼脂糖凝胶中进行电泳,然后在紫外检测仪下观察,根据PCR扩增产物条带的亮度来确定最佳退火温度。
(2)APP及血清1、3、5、7型多重PCR扩增:将APP及血清1、3、5、7型引物进行不同浓度的组合,在最佳退火温度下进行PCR,根据电泳结果来确定最佳的引物组合用于多重PC
R的扩增。
(3)PCR产物的鉴定:采用DNA凝胶回收试剂盒纯化扩增片段,将扩增产物连接T载体,将阳性质粒送至上海英潍捷基生物有限公司进行序列测定。将所测序列与GenBank中收录的序列进行同源性比对,根据同源性高低来鉴定PCR产物的正确性。1.2.4 多重PCR检测方法的特异性试验 提取APP血清1~15型参考菌株、猪大肠埃希菌、猪多杀性巴氏杆菌、猪丹毒杆菌、猪链球菌、副猪嗜血杆菌、猪沙门菌基因组DNA模板,按优化的多重PCR反应条件进行扩增,以判定该方法对其它引起猪发病的主要病原菌的特异性。
化学在生活中的应用
1.2.5 多重PCR检测方法的敏感性试验 
(1)对细菌纯培养物检测的敏感性:将细菌的浓度调整至108CFU/mL,10倍梯度稀释至102CFU/mL,提取其基因组进行多重PCR扩增,以确定多重PCR对细菌纯培养物的检测敏感性。
(2)对人工模拟感染样品检测的敏感性:将细菌的浓度调整至107CFU/mL,10倍梯度稀释至102CFU/mL,吸取0.2mL注入2g未感染此病原的猪肺组织,提取其基因组进行多重PCR扩增,以确定多重PCR对人工模拟感染样品的检测敏感性。1.2.6 多重PCR检测方法的重复性试验 用本研究建立的单一PCR方法和多重PCR方法对相同的细菌基因组DNA模
板在3d内进行3次重复检测,用来确定多重PCR的稳定性。
长恨歌赏析1.2.7 多重PCR检测方法的临床应用 对采集的20份疑似病例同时进行多重PCR与细菌分离检测结果的比较。通过对两种方法检测结果的对比,计算其符合率。符合率=(共同阳性数+共同阴性数)/所检样品×100%。
2 结果
2.1 APP及血清1、3、5、7型单一PCR扩增
单一PCR产物凝胶电泳检测结果显示,在退火温度为60℃时,APP及血清1、3、5、7型均无其他非特异性条带,且PCR产物条带明亮。因此确定五重PCR程序为:95℃预变性5min;94℃变性30s;60℃退火30s,72℃延伸1min,共35个循环;72℃终延伸7min。
2.2 APP及血清1、3、5、7型多重PCR扩增
将5对引物按不同浓度配比组合后经PCR扩增,确定最佳的引物配比为:APP犃狆狓Ⅳ上、下游引物各1μL,APP血清1、3、5、7型上、下游引物皆为0.4μL,用此引物组合对含有不同APP血清1、3、5、7型模板组合的检测结果见图1。由图1可见,扩增后未出现非特异性条带
且目的条带清晰可见
M.DNA标准DL2000;1.S1+S3;2.S1+S5;3.S1+S7;4.S3+S7;5.S3+S5;6.S5+S7;7.S1+S3+S5;8.S1+S3+S7;9.S1+S5+S7;10.S3+S5+S7;11.S1+S3+S5+S7;12.S1;13.S3;14.S5;15.S7
M.DNAMarkerDL2000;1.S1+S3;2.S1+S5;3.S1+S7;4.S3+S7;5.S3+S5;6.S5+S7;7.S1+S3+S5;8.S1+S3+S7;9.S1+S5+S7;10.S3+S5+S7;11.S1+S3+S5+S7;12.S1;13.S3;14.S5;15.S7
图1 多重PCR检测方法条件优化结果
Fig.1 TheresultsofoptimizingthemultiplexPCRconditions
pmh9
1孙学飞等:猪胸膜肺炎放线杆菌及血清1、3、5、7型多重PCR检测方法的建立及应用
2.3 PCR产物的鉴定
将所测的阳性质粒序列与GenBank中收录的序列进行同源性比对,结果表明,PCR扩增片段均为相应的目的基因片段。
2.4 多重PCR检测方法的特异性试验
用所建立的多重PCR方法检测APP血清1、3、5、7型的基因组DNA,在相应大小的位置均有特异PCR条带,对APP血清1~15型均可以扩增出417bp大小的条带(图2)。而对引起猪发病的主要病原菌(猪多杀性巴氏杆菌、猪大肠埃希菌、猪链球菌、副猪嗜血杆菌、猪丹毒杆菌、猪沙门菌)基因组DNA模板均无任何扩增产物(图3),结果表明所建立多重PCR方法具有良好的特异性
M.DNA标准DL2000;1.S1;2.S2;3.S3;4.S4;5.S5A;6.S5B;7.S6;8.S7;9.S8;10.S9;11.S10;12.S11;13.S12;14.S13;15.S14;16.S15
M.DNAMarkerDL2000;1.S1;2.S2;3.S3;4.S4;5.S5A;6.S5B;7.S6;8.S7;9.S8;10.S9;11.S10;12.S11;13.S12;14.S13;15.S14;16.S15
图2 多重PCR对APP各型菌的特异性试验结果
Fig.2 SpecificitytestresultsofthemultiplexPCRonvariousserotypesofAP
M.DNA标准DL2000;1.APP血清1、3、5、7型混合模板;2.猪大肠
埃希菌;3.巴氏杆菌;4.猪丹毒杆菌;5.猪链球菌;6.副猪嗜血杆菌;
7.猪沙门菌
M.DNAMarkerDL2000;1.APPS1+S3+S5+S7;2.犈.犮狅犾犻;3.PM;
4.ERY;5.SS;6.HPS;7.SALM
图3 多重PCR对其它致病菌的特异性试验结果
Fig.3 SpecificitytestresultsofthemultiplexPCRonotherporcine
pathogenicbacteria
2.5 多重PCR检测方法对细菌纯培养物的敏感性
将各血清型细菌的浓度调整至108CFU/mL,10
倍梯度稀释后提取其基因组进行多重PCR扩增,其
电泳结果见图4,该多重PCR对APP血清1、3、5、7
型纯培物的敏感性皆为103CFU/mL。
2.6 多重PCR检测方法对人工模拟感染样品的敏
感性
  用所建立的多重PCR方法不用增菌、直接对人
工模拟感染样品进行检测,整个检测过程约为
4.5h,该多重PCR对APP血清1、5型及APP感染
样品的敏感性皆为104CFU/g,对APP血清3、7型
感染样品的敏感性皆为103CFU/g。
2.7 多重PCR检测方法的重复性
相同样品3d内分别进行3次的多重PCR扩
增与单一PCR扩增,结果表明,3次多重PCR结果
一致,且与3次单一PCR的试验结果完全一致,这
表明所建立的五重PCR方法具有良好的重复性。
2.8 多重PCR检测方法的临床应用
对采集的20份疑似病例同时进行细菌分离鉴
定和本试验建立的多重PCR方法的检测。结果表
明,细菌分离血清学鉴定到8株APP,血清1型、
3型、5型和7型各2株;多重PCR方法检测到8份
样品犃狆狓Ⅳ阳性,血清1型、3型、5型和7型阳性
各2份,两种方法符合率为100%。说明所建立的
多重PCR方法对APP血清1、3、5、7型的分型检测
是可行的,且与细菌分离检测结果一致。
3 讨论
猪传染性胸膜肺炎的临床症状与猪链球菌病和
副猪嗜血杆菌病的临床症状极为相似,通过传统的
临床症状观察、病理剖检进行诊断,虽然快速简便,
但只能做出初步判断。而且APP血清型众多,同一
猪场可能同时存在不同的血清型。因其生长对营养
要求较高,细菌分离培养较为困难,周期也较长,其
局限性较大。单一PCR方法,虽然特异性高,检测
范围广,但难以应对目前多种病原混合感染的检测。
因此,寻一种适用范围广、高通量、特异性强、灵敏
度高、快速准确的检测方法迫在眉睫[20]。
2动物医学进展 2020年 第41卷 第12期(总第330期)
PCR检测方法受到很多因素的影响,如退火温度、引物的设计及用量等均可影响PCR的特异性和敏感性。本试验通过对单一引物及多重引物做温度梯度PCR,最终确定5对引物的最佳退火温度为60℃,在单一PCR试验的基础上,通过优化引物浓度组合,最后建立了多重PCR检测方法。
细菌纯培
M.DNA标准DL2000;1.108CFU/mL;2.107CFU/mL;3.106CFU/mL;4.105CFU/mL;5.104CFU/mL;6.103CFU/mL;
7.102CFU/mL;8.101CFU/mL;A.APPS1;B.APPS3;C.APPS5;D.APPS7
M.DNAMarkerDL2000;1.108CFU/mL;2.107CFU/mL;3.106CFU/mL;4.105CFU/mL;5.104CFU/mL;6.103CFU/mL;
7.102CFU/mL;8.101CFU/mL;A.APPS1;B.APPS3;C.APPS5;D.APPS7
图4 多重PCR敏感性检测结果
Fig.4 SensitivitytestresultsofthemultiplexPCR
养的敏感性试验结果表明,本法能够检测APP及
APP血清1、3、5、7型细菌基因组DNA最低浓度皆
为103CFU/mL,说明本PCR方法有较高的敏感
性。应用本多重PCR法对其他常见的猪病病原体
进行检测,结果均无扩增产物,证明该方法具有较高
的特异性。本多重PCR方法从细菌培养物中DNA
提取、PCR扩增到琼脂糖凝胶电泳检测,整个过程
仅需3h左右,从肺脏病料中可不增菌,直接提取
DNA进行检测,整个过程仅需4.5h左右。
总之,本研究所建立的多重PCR方法可同时检
测APP及对主要优势血清型1、3、5、7型进行分型
检测,敏感性高,特异性强,重复性好,检测速度快,
大大提高了效率。这为动物及动物产品APP的流
行病学调查及疫情病原检测提供了技术支撑,可为
猪传染性胸膜肺炎的预防控制提供科学依据。
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