Получение Bst-полимеразы для диагностики различных инфекций методом петлевой изотермической амплификации

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Большой фрагмент ДНК-полимеразы I из Geobacillus stearothermophilus GIM1.543 (ДНК-полимераза Bst) обладает 5'-3'-ДНК-полимеразной активностью, 5'-3'-вытесняющей активностью и высокой процессивностью. Благодаря этим свойствам ДНК-полимераза Bst используется в петлевой изотермической амплификации (LAMP), которая обеспечивает амплификацию целевой последовательности с высокой специфичностью и применяется для быстрого обнаружения возбудителей инфекционных заболеваний человека.

Цель работы — получение рекомбинантного фермента Bst-полимеразы в бактериальной системе экспрессии и оценка его свойств в условиях LAMP для диагностики инфекционных заболеваний.

Материалы и методы. Методами генетической инженерии получали экспрессионные конструкции, несущие ген Bst-полимеразы. Экспрессию белка проводили в различных штаммах клеток Escherichia coli. Для получения очищенных препаратов белка использовали методы металл-хелатной и гель-фильтрационной хроматографии. Оценку каталитических свойств фермента проводили в реакциях петлевой изотермической амплификации в диагностических системах «АмплиСенс® SARS-CoV-2-IT», «АмплиСенс® IAV-IT» и «АмплиСенс® IBV-IT», предназначенных для качественного определения РНК SARS-CoV-2, вируса гриппа А (IAV) и вируса гриппа B (IBV) соответственно.

Результаты. Разработанный протокол наработки, выделения и очистки рекомбинантной Bst-полимеразы позволяет получать фермент в бактериальной системе экспрессии на основе клеток E. coli в растворимой форме с выходом до 20% от собранной клеточной массы. В реакциях LAMР полученный фермент демонстрирует активность, сопоставимую с коммерческим ферментом Bst 2.0 («NEB»).

Заключение. Полученная рекомбинантная Bst-полимераза, учитывая быстрый способ очистки и получения фермента, пригодна для применения в диагностических наборах на основе LAMP.

Полный текст

Введение

Методы амплификации нуклеиновых кислот широко используются в диагностике инфекционных заболеваний, определении однонуклеотидных замен в генотипировании и других клинических применениях. Однако традиционная процедура полимеразной цепной реакции (ПЦР) занимает много времени и требует дорогостоящего специального оборудования. Сравнительно недавно T. Notomi и соавт. разработали метод быстрого обнаружения оснований нуклеиновых кислот — петлевую изотермическую амплификацию (LAMP), с помощью которой с высокой чувствительностью и специфичностью проводится амплификация целевой последовательности ДНК при постоянной температуре в любом термостатирующем устройстве, пренебрегая обычными температурными циклами, что позволяет ускорить процесс [1–4]. Метод LAMP широко используется для выявления возбудителей инфекционных заболеваний вирусной природы, таких как коронавирус SARS-CoV-2 [5, 6], вирусы гриппа и респираторно-синцитиальный вирус [7], вирус гепатита С [8], вирус денге (DENV) [9], вирус иммунодефицита человека (HIV) [10] и вирус Эбола (EVD) [11].

Bst-полимераза нашла широкое применение в изотермической амплификации и сыграла ключевую роль в развитии клинической экспресс-диагностики вирусных инфекций. ДНК-полимераза I из Geobacillus stearothermophilus [12] была впервые выделена в 1972 г. [13], а очищена в 1982 г. [14]. После получения трехмерной структуры фермента был сделан вывод о том, что ДНК-полимераза I состоит из 3 независимых доменов [15]. Домен I отвечает за 5'-3'-экзонуклеазную активность, домен II — за 5'-3'-ДНК-полимеразную активность, домен III подобен доменам, отвечающим за 3'-5'-экзонуклеазную активность у других полимераз [15]. Домены II и III расположены на С-конце ДНК-полимеразы I и обозначаются как большой фрагмент (БФ) [16]. Полноразмерный ген ДНК-полимеразы I из G. stearothermophilus состоит из 2628 пар оснований и кодирует белок, состоящий из 876 а.к. массой 98 кДа. Укороченный ген БФ Bst-полимеразы, лишённый 5'-конца из 930 пар оснований, кодирует белок из 587 а.к. массой 64 кДа и может быть клонирован с C-концевым полигистидиновым тэгом с расчётной массой 65 кДа. В данном случае из-за наличия метки из 6 гистидинов на C-конце гена Bst-полимераза лишена 5'-3'-экзонуклеазной активности и оказалась эффективна в полимеризации dNTP в ПЦР [17, 18]. Существуют, однако, данные, в которых говорится о клонировании гена БФ Bst-полимеразы без фьюжн-метки во избежание неправильного фолдинга рекомбинантного белка [19].

Поскольку ДНК-полимераза Bst характеризуется высокой процессивностью, обладает высокой полимеразной активностью и вытесняющей активностью, способна сохранять активность при температуре 65ºС [18] в течение длительного времени и широко применяется в методике изотермической амплификации для экспресс-детекции инфекционных заболеваний, цель данного исследования — предложить быстрый способ получения и очистки Bst-полимеразы, пригодной для применения в диагностических целях в методе LAMP.

Материалы и методы

В работе использовали эндонуклеазы рестрикции NdeI и XhoI («Thermo Scientific»), pET16b+ («Merck Millipore»), бактериальные штаммы Escherichia coli XL2, ER2566, BL21 (DE3) pLys, Rosetta (DE3) («Merck Millipore»); при культивировании — бакто-триптон, бакто-агар и дрожжевой экстракт («Хеликон»), при выделении белка — Трис(гидроксиметил)-аминометан гидрохлорид (Трис-HCl), NaCl, имидазол, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA), глицерин («Panreac»); PageRuler Prestained Protein Ladder, 10–250 кДa («Thermo Scientific»).

Получение экспрессионного плазмидного вектора, содержащего ген Bst-полимеразы

Для амплификации гена, кодирующего Bst-полимеразу, были использованы олигонуклеотидные праймеры:

Bst-for 5’-GGTGGTCATATGCCGTCTTCTGAGGAAGAAAAGCCGCTG-3`;

Bst-rev 5’-GGTGGTTAACTCGAGTTTCGCTCATACCAAGTAGAACCGTAGT-3’,

содержащие сайты узнавания рестриктаз NdeI и XhoI соответственно (подчёркнуты).

Полученные ампликоны были обработаны эндонуклеазами рестрикции NdeI и XhoI и клонированы в плазмидный вектор pET16b+, предварительно обработанный теми же эндонуклеазами рестрикции. В результате был получен экспрессионный вектор pET16-Bst-NHm4. Правильность нуклеотидной последовательности клонированного гена была подтверждена секвенированием.

Подбор штаммов E. coli для экспрессии гена Bst-NHm4

В качестве штаммов-носителей для созданного вектора pET16-Bst-NHm4 использовали штаммы E. coli ER2566, BL21 (De3) pLys, Rosetta (De3). Трансформированные клетки высевали на среду LB (1% бакто-триптон, 0,5% дрожжевой экстракт, 1% NaCl) с агаром, содержащим 100 мкг/мл ампициллина для клеток ER2566 и 20 мкг/мл хлорамфеникола для клеток BL21 (DE3) pLys и Rosetta (DE3), и выращивали в течение 14 ч при 37ºС для получения отдельных колоний. Затем несколько колоний переносили в 100 мл среды LB с 100 мкг/мл ампициллина и выращивали 16 ч при 37ºС на шейкере при перемешивании со скоростью 180 об/мин для получения ночной культуры. Полученной ночной культурой штаммов-продуцентов E. coli BL21 (DE3)pLys/pET16-Bst-NHm4, ER2566/pET16-Bst-NHm4 и Rosetta (DE3)/pET16-Bst-NHm4 засевали среду LB с 100 мкг/мл ампициллина в культуральных колбах Эрленмейера (процент засева составлял 2%) и выращивали при 37ºC при перемешивании со скоростью 160 об/мин. При достижении оптической плотности культуры бактерий 0,8 о.е. вносили изопропил-β-D1-тиогалактопиранозид до концентрации 0,4 мМ и выращивали при 23ºC и 37ºC в течение 4 и 24 ч. Оптическую плотность измеряли спектрофотометрически при длине волны 595 нм. Клеточную биомассу получали центрифугированием в течение 20 мин при 4ºC и 4000 об/мин на центрифуге «Avanti JXN-30» («Beckman Coulter»).

Выделение Bst-NHm4

Клеточную биомассу (2 г) штамма-продуцента E. coli BL21 (DE3)pLys/pET16-Bst-NHm4 ресуспендировали в буферном растворе 50 мМ Трис-HCl, pH 8,5 с 1 мМ PMSF в соотношении 1 : 10 (w/v) и разрушали с помощью ультразвукового дезинтегратора «Branson sonifier 250» («Branson Ultrasonics») в течение 20 мин при 4ºC (цикл — 0,5 с, амплитуда — 50%). Затем центрифугировали при 8000 об/мин в течение 30 мин на центрифуге «Allegra X-30R» («Beckman Coulter»). После центрифугирования супернатант разбавляли в 2 раза буферным раствором 50 мМ Трис-HCl, pH 8,5 (буферный раствор А) и наносили на хроматографический сорбент IMAC FF, предварительно уравновешенный тем же буферным раствором. Очистку от балластных белков проводили буферным раствором А. Целевой белок элюировали линейным градиентом буферного раствора А с 500 мМ имидазолом.

После металл-хелатной хроматографии элюат наносили на колонку HiTrap, содержащую 5 мл сорбента G-25 в буферном растворе 50 мМ Трис-HCl, 100 мМ NaCl, 1 мМ ЭДТА, 20% глицерин, pH 8,5.

Определение активности Bst-NHm4

Для проверки активности полученной Bst-полимеразы в LAMP использовали реагенты набора «АмплиСенс SARS-CoV-2-IT» (РУ № РЗН 2021/14599), а в качестве образцов — плазмидную ДНК, содержащую целевой фрагмент генома коронавируса SARS-CoV-2. Реакционная смесь объёмом 10 мкл содержала 5 мкл IT-mix SARS-CoV-2, 4,2 мкл смеси глицерина, тиоглицерина и флуоресцентного интеркалирующего красителя и 0,8 мкл тестируемой Bst-полимеразы. В качестве фермента сравнения использовали фермент Bst 2.0 DNA Polymerase («NEB»; далее Bst 2.0), реакционная смесь содержала 5 мкл IT-mix SARS-CoV-2, 4 мкл смеси глицерина, тиоглицерина и флуоресцентного интеркалирующего красителя и 1 мкл полимеразы Bst 2.0. К полученным реакционным смесям добавляли по 10 мкл плазмидной ДНК (в концентрации 104 и 106 копий/мл). Каждый образец был поставлен в 2 повторениях. Реакцию проводили в амплификаторе «CFX 96» («Bio-Rad Laboratories»). Программа амплификации состояла из 50 циклов по 30 с при 65ºС в течение 25 мин с детекцией сигнала на канале FAM.

Аналитические методы

Концентрацию белка определяли с помощью «Qubit» («Thermo Scientific»), чистоту белка — с помощью ДСН-ПААГ-электрофореза в денатурирующих условиях [20].

Петлевая изотермическая амплификация, совмещённая с обратной транскрипцией

Для оценки возможности использования полученной Bst-полимеразы в составе диагностических тест-систем проводили LAMP в реальном времени, совмещённую с обратной транскрипцией, на реагентах из наборов «АмплиСенс® SARS-CoV-2-IT», «АмплиСенс® IAV-IT» и «АмплиСенс® IBV-IT», предназначенных для качественного определения РНК SARS-CoV-2, вирусов гриппа А (IAV) и В (IBV) соответственно. В качестве образцов использовали разведения препаратов выделенной РНК вирусов из образцов биологического материала (мазки со слизистой оболочки носо- и ротоглотки) с концентрацией 104–107 копий/мл.

Реакционная смесь объёмом 10 мкл содержала 5 мкл соответствующего определяемому возбудителю реагента IT-mix, 4,2 мкл смеси глицерина, тиоглицерина и флуоресцентного интеркалирующего красителя и 0,8 мкл Bst-полимеразы. В качестве фермента сравнения использовали полимеразу Bst 2.0, разведённую до той же рабочей концентрации, что и тестируемый фермент, — 320 ЕД/мл (1 ед. фермента катализирует включение 25 нмоль дНТФ в состав продукта за 30 мин реакции при 65ºC). К полученным реакционным смесям добавляли по 10 мкл препарата РНК. Реакцию проводили в амплификаторе «ДТпрайм» («ДНК-Технология»). Программа амплификации включала предварительную инкубацию в течение 5 мин при 37ºС и изотермическую амплификацию в течение 25 мин (50 циклов) при 65ºС с детекцией флуоресцентного сигнала каждые 30 с на канале FAM.

В качестве референтного метода анализа образцов РНК использовали зарегистрированные наборы реагентов, основанные на ПЦР, — «АмплиСенс® COVID-19-FL» (РУ № РЗН 2021/14599) и «АмплиСенс® Influenza virus A/B-FL» (РУ № ФСР 2009/05010) производства ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора.

Результаты

Для получения рекомбинантной полимеразы Bst была разработана уникальная синтетическая последовательность гена Bst-pol. Для этого на первом этапе была проведена обратная трансляция фрагмента аминокислотной последовательности ДНК-полимеразы I из G. stearothermophilus (AAB52611) с 290 по 876 а.к. Затем был оптимизирован нуклеотидный состав последовательности с учётом частоты встречаемости кодонов для бактериальной системы экспрессии на основе клеток E. coli. Итоговая последовательность гена была получена методом сборки из длинных перекрывающихся праймеров [21]. Ген, кодирующий Bst-pol, был клонирован в плазмидный вектор pET16b+ для прокариотической экспрессии в E. coli. В ходе подбора штаммов-носителей для экспрессии гена Bst-NHm4 была исследована динамика накопления фермента Bst-NHm4 при разных температурах (23ºС и 37ºС) и времени индукции белкового биосинтеза (4 и 24 ч). В целом белок эффективно нарабатывался в штаммах-носителях E. coli BL21 (De3) pLys и Rosetta (De3) в растворимой форме, но не нарабатывался в штамме-носителе ER2566. Несколько большее содержание и съём биомассы достигались при культивировании штамма-продуцента BL21 (DE3)pLys/pET16-Bst-NHm4 при 23ºC в течение 4 ч (табл. 1).

 

Таблица 1. Содержание фермента Bst-NHm4 в штаммах-продуцентах относительно общего белка клетки / Table 1. Content of the Bst-NHm4 enzyme in producer strains compared to total cell protein

Штамм-носитель E. coli

E. coli carrier strain

Условия культивирования

Culture conditions

Содержание белка, %

Protein content, %

Съём клеточной биомассы, г/л

Cell biomass yield, g/L

ER2566

23ºC, 4 ч | h

Фермент Bst-NHm4 не нарабатывается

Bst-NHm4 enzyme is not accumulated

23ºC, 24 ч | h

37ºC, 4 ч | h

37ºC, 24 ч | h

BL21 (De3) pLys

23ºC, 4 ч | h

20,2

4,8

23ºC, 24 ч | h

19,8

4,5

37ºC, 4 ч | h

19,7

4,2

37ºC, 24 ч | h

18,9

4,9

Rosetta (De3)

23ºC, 4 ч | h

19,5

5,1

23ºC, 24 ч | h

19,3

4,9

37ºC, 4 ч | h

18,8

4,5

37ºC, 24 ч | h

18,7

4,7

Примечание. Данные получены при использовании программы «Image Lab v. 5.2.1» («Bio-Rad»).

Note. The data were obtained using the Image Lab v. 5.2.1 software (Bio-Rad).

 

Для очистки фермента от клеточных белков на первом этапе использовали металл-хелатную аффинную хроматографию в градиенте имидазола (рис. 1). Фракции с чистотой более 90% (рис. 2) объединяли и проводили гель-фильтрационную хроматографию. Полученный фермент Bst-NHm4 охарактеризован с использованием электрофореза ДСН-ПААГ. По данным электрофоретического анализа чистота фермента составила не менее 95% (рис. 3) с концентрацией 0,85 мг/мл.

 

Рис. 1. Хроматографический профиль очистки рекомбинантного фермента Bst-NHm4 на сорбенте IMAC FF. / Fig. 1. Chromatographic profile of purification of the recombinant Bst-NHm4 enzyme using IMAC FF sorbent.

 

Рис. 2. Хроматографическая очистка Bst-pol на сорбенте IMAC FF. М — маркер молекулярных масс; 1 — осветлённый клеточный лизат штамма-продуцента BL21 (DE3)pLys/pET16-Bst-NHm4; 2 — балластные белки; 314 — фракции Bst-NHm4. / Fig. 2. Chromatographic purification of Bst-pol using IMAC FF sorbent. M — molecular weight marker; 1 — clarified cell lysate of the producer strain BL21 (DE3)pLys/pET16-Bst-NHm4; 2 — ballast proteins; 314 — Bst-NHm4 fractions.

 

Рис. 3. Получение и очистка Bst-NHm4. М — маркер молекулярных масс; 1 — тотальный клеточный лизат; 2 — осветлённый клеточный лизат; 3 — клеточный осадок; 4 — тотальная фракция Bst-NHm4 после металл-хелатной аффинной хроматографии; 5 — тотальная фракция Bst-NHm4 после гель-фильтрационной хроматографии. / Fig. 3. Production and purification of Bst-NHm4. M — molecular weight marker; 1 — total cell lysate; 2 — clarified cell lysate; 3 — cell sediment; 4 — total fraction of Bst-NHm4 after metal-chelate affinity chromatography; 5 — total fraction of Bst-NHm4 after gel-filtration chromatography.

 

Для подтверждения активности выделенного фермента Bst-NHm4 проводили LAMP в реальном времени на образцах плазмидной ДНК, содержащей фрагмент генома SARS-CoV-2.

В реакции использовали ферменты с концентрацией 320 ЕД/мл. В эксперименте также использовались две концентрации ДНК-матрицы: 102 и 104 копий в реакции (табл. 2). На рис. 4 хорошо видно, что полученная полимераза Bst-NHm4 показывает более высокую активность (меньшие значения пороговых циклов Ct) в реакции LAMP на образцах ДНК, чем фермент сравнения Bst 2.0.

 

Таблица 2. Значения пороговых циклов при использовании Bst-NHm4 в реакции LAMP / Table 2. Cycle threshold values using Bst-NHm4 in the LAMP reaction

№ пробы | Sample No.

Тип пробы | Sample type

Bst-полимераза | Bst polymerase

Значения Ct (FAM) | Ct values (FAM)

1

Контроль | Control

Bst 2.0

2

Контроль | Control

Bst-NHm4

 

Число копий | Number of copies

  

3

102

Bst 2.0

30,1

4

102

Bst 2.0

32,3

5

102

Bst 2.0

31,0

6

102

Bst 2.0

33,4

7

102

Bst-NHm4

22,0

8

102

Bst-NHm4

22,4

9

102

Bst-NHm4

24,1

10

102

Bst-NHm4

24,9

11

104

Bst 2.0

22,2

12

104

Bst 2.0

22,8

13

104

Bst 2.0

24,0

14

104

Bst 2.0

24,3

15

104

Bst-NHm4

20,2

16

104

Bst-NHm4

19,8

17

104

Bst-NHm4

20,9

18

104

Bst-NHm4

22,1

 

Рис. 4. Оценка активности полимеразы Bst-NHm4 в модельной системе. а — кривые накопления продукта реакции; б — среднее значение порогового цикла. / Fig. 4. Assessment of Bst-NHm4 polymerase activity in the model system. a — product accumulation curves; b — mean cycle threshold value.

 

Для подтверждения активности фермента Bst-NHm4 был проведён анализ проб РНК вирусов SARS-CoV-2, IAV и IBV, выделенных из образцов биологического материала (мазки со слизистой оболочки носо- и ротоглотки), методом LAMP с обратной транскрипцией с использованием реагентов, входящих в состав наборов «АмплиСенс® SARS-CoV-2-IT», «АмплиСенс® IAV-IT» и «АмплиСенс® IBV-IT» в сравнении с ферментом Bst 2.0. В качестве контроля образцы РНК анализировали методом ПЦР с обратной транскрипцией с помощью набора реагентов «АмплиСенс® COVID-19-FL» или методом ПЦР с использованием набора реагентов «АмплиСенс® Influenza virus A/B-FL», предварительно получив кДНК с помощью набора реагентов «РЕВЕРТА-L».

Полимераза Bst-NHm4 демонстрирует сопоставимую активность с полимеразой Bst 2.0 в реакции LAMP на образцах РНК SARS-CoV-2, но меньшую активность (бóльшие значения порогового цикла Ct) на образцах РНК IAV и IBV с использованием соответствующих наборов реагентов (рис. 5). Несмотря на более позднее прохождение образцов РНК IBV в реакции с полимеразой Bst-NHm4 в сравнении с Bst 2.0, исследованные образцы РНК были определены как «положительные», что является достаточным для диагностических систем с качественным определением.

 

Рис. 5. Анализ проб РНК вирусов SARS-CoV-2 (а), IAV (б) и IBV (в), выделенных из образцов биологического материала (мазки со слизистой оболочки носо- и ротоглотки), методом LAMP с обратной транскрипцией. / Fig. 5. Analysis of SARS-CoV-2 (a), IAV (b), and IBV (c) RNA samples isolated from biological material (nasopharyngeal and oropharyngeal swabs) using reverse transcription LAMP.

 

Согласно инструкциям к наборам реагентов «АмплиСенс® SARS-CoV-2-IT», «АмплиСенс® IAV-IT» и «АмплиСенс® IBV-IT», они имеют предел обнаружения не более 104 копий/мл при экстракции РНК из биологического материала с использованием реагентов комплекта «РИБО-преп» и высокую специфичность, обусловленную использованием 4–6 диагностических праймеров, комплементарных 6–8 участкам ДНК мишени.

Полученные нами результаты подтверждают высокую диагностическую специфичность наборов реагентов на основе LAMP (100%) в сравнении с ПЦР-тест-системами при анализе образцов РНК с концентрацией не ниже 104 копий/мл. Основным преимуществом использования наборов реагентов на основе LAMP является значительное сокращение времени анализа (31 мин) по сравнению с ПЦР с наборами реагентов «АмплиСенс® COVID-19-FL» (103 мин) «АмплиСенс® Influenza virus A/B-FL» (150 мин) за счёт сокращения продолжительности программы амплификации.

Полученные данные показывают перспективность созданной конструкции и разработанного протокола выделения и очистки фермента Bst-полимеразы Bst-NHm4 для дальнейшего изучения и внедрения в разрабатываемые и существующие наборы реагентов для диагностики различных инфекций методом LAMP.

Заключение

Разработанный протокол выделения и очистки фермента позволяет получать рекомбинантную Bst-полимеразу в растворимой форме с выходом до 19–20% белка от всей клеточной массы. Таким образом, Bst-NHm4, учитывая быстрый и эффективный способ очистки и получения фермента, пригодна в дальнейшем для применения в диагностических целях в методе LAMP.

Источник финансирования. Исследование выполнено за счёт государственного бюджета (федеральный проект «Санитарный щит страны — безопасность для здоровья (предупреждение, выявление, реагирование)»).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

×

Об авторах

Мария Игоревна Пика

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0002-3279-6811

м.н.с., научная группа генной инженерии и биотехнологии, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Ольга Олеговна Михеева

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0002-1721-5134

н.с., научная группа генной инженерии и биотехнологии, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Елена Дмитриевна Соловьева

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0002-0762-0347

м.н.с., научная группа генной инженерии и биотехнологии, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Анна Владимировна Валдохина

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0002-4592-4755

н.с., научная группа генной инженерии и биотехнологии, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Виктория Петровна Буланенко

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0001-7055-1762

н.с., научная группа генной инженерии и биотехнологии, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Евгений Александрович Черкашин

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0002-3627-6047

канд. хим. наук, рук. центра разработки, развития продукции и инноваций — ВРИО заведующего научно-производственной лаборатории

Россия, Москва

Вадим Викторович Петров

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0002-3503-2366

рук. научной группы разработки новых молекулярно-биологических технологий, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Кирилл Владимирович Красовитов

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0001-7237-1810

технолог-разработчик, научная группа разработки новых молекулярно-биологических технологий, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Анна Сергеевна Черкашина

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Автор, ответственный за переписку.
Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0001-7970-7495

к.хим.н., рук. научной группы генной инженерии и биотехнологии, отдел молекулярной диагностики и эпидемиологии

Россия, Москва

Василий Геннадиевич Акимкин

Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии Роспотребнадзора

Email: cherkashina@pcr.ms
ORCID iD: 0000-0003-4228-9044

д.м.н., проф., академик РАН, член-корреспондент РАМН, директор

Россия, Москва

Список литературы

  1. Notomi T., Okayama H., Masubuchi H., et al. Loop-mediated isothermal amplification of DNA. Nucleic Acids Res. 2000; 28(12):E63. DOI: https://doi.org/10.1093/nar/28.12.e63
  2. Oscorbin I.P., Boyarskikh U.A., Filipenko M.L. Large fragment of DNA polymerase I from Geobacillus sp. 777: cloning and comparison with DNA polymerases I in practical applications. Mol. Biotechnol. 2015;57(10):947–59. DOI: https://doi.org/10.1007/s12033-015-9886-x
  3. Becherer L., Borst N., Bakheit M., et al. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP)-review and classification of methods for sequence-specific detection. Anal. Methods. 2020;12(6):717–46. DOI: https://doi.org/10.1039/C9AY02246E
  4. Soroka M., Wasowicz B., Rymaszewska A. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP): The better sibling of PCR? Cells. 2021;10(8):1931. DOI: https://doi.org/10.3390/cells10081931
  5. Moore K.J.M., Cahill J., Aidelberg G., et al. Loop-mediated isothermal amplification detection of SARS-CoV-2 and myriad other applications. J. Biomol. Tech. 2021;32(3):228–75. DOI: https://doi.org/10.7171/jbt.21-3203-017
  6. Акимкин В.Г., Петров В.В., Красовитов К.В. и др. Молеку- лярные методы диагностики новой коронавирусной инфекции: сравнение петлевой изотермической амплификации и полимеразной цепной реакции. Вопросы вирусологии. 2021; 66(6):417–424. Akimkin V.G., Petrov V.V., Krasovitov K.V., et al. Molecular methods for diagnosing novel coronavirus infection: comparison of loop-mediated isothermal amplification and polymerase chain reaction. Problems of Virology. 2021;66(6):417–424. DOI: https://doi.org/10.36233/0507-4088-86
  7. Takayama I., Nakauchi M., Takahashi H., et al. Development of real-time fluorescent reverse transcription loop-mediated isothermal amplification assay with quenching primer for influenza virus and respiratory syncytial virus. J. Virol. Methods. 2019;267:53–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2019.02.010
  8. Wang Q.Q., Zhang J., Hu J.S., et al. Rapid detection of hepatitis C virus RNA by a reverse transcription loop-mediated isothermal amplification assay. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2011;63(1):144–7. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-695X.2011.00828.x
  9. Parida M., Horioke K., Ishida H., et al. Rapid detection and differentiation of dengue virus serotypes by a real-time reverse transcription-loop-mediated isothermal amplification assay. J. Clin. Microbiol. 2005;43(6):2895–903. DOI: https://doi.org/10.1128/JCM.43.6.2895-2903.2005
  10. Curtis K.A., Rudolph D.L., Owen S.M. Rapid detection of HIV-1 by reverse-transcription, loop-mediated isothermal amplification (RT-LAMP). J. Virol. Methods. 2008;151(2):264–70. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2008.04.011
  11. Kurosaki Y., Takada A., Ebihara H., et al. Rapid and simple detection of Ebola virus by reverse transcription-loop-mediated isothermal amplification. J. Virol. Methods. 2007;141(1):78–83. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2006.11.031
  12. Wada K., Suzuki H. Biotechnological platforms of the moderate thermophiles, Geobacillus species: notable properties and genetic tools. In: Salwan R., Sharma V., eds. Physiological and Biotechnological Aspects of Extremophiles. Academic Press; 2020:195–218. DOI: https://doi.org/10.1016/C2018-0-03860-8
  13. Stenesh J., Roe B.A. DNA polymerase from mesophilic and thermophilic bacteria: I. Purification and properties of DNA polymerase from Bacillus licheniformis and Bacillus stearothermophilus. Biochim. Biophys. Acta. 1972;272:156–66. DOI: https://doi.org/10.1016/0005-2787(72)90240-7
  14. Kaboev O.K., Luchkina L.A., Akhmedov A.T., Bekker M.L. Purification and properties of deoxyribonucleic acid polymerase from Bacillus stearothermophilus. J. Bacteriol. 1981;145(1):21–6. DOI: https://doi.org/10.1128/jb.145.1.21-26.1981
  15. Steitz T.A. DNA polymerases: structural diversity and common mechanisms. J. Biol. Chem. 1999;274(25):17395–8. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.274.25.17395
  16. Phang S.M., Teo C.Y., Lo E., Wong V.W. Cloning and complete sequence of the DNA polymerase-encoding gene (BstpolI) and characterisation of the Klenow-like fragment from Bacillus stearothermophilus. Gene. 1995;163(1):65–8. DOI: https://doi.org/10.1016/0378-1119(95)00387-l
  17. Lawyer F.C., Stoffel S., Saiki R.K., et al. High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase and a truncated form deficient in 5′ to 3′ exonuclease activity. PCR Methods Appl. 1993;2(4):275–87. DOI: https://doi.org/10.1101/gr.2.4.275
  18. Li P., Amenov A., Kalendar R., et al. Cloning and purification of large fragment of DNA polymerase I from Geobacillus stearothermophilus and it’s application in isothermal DNA amplification. Eurasian Journal of Applied Biotechnology. 2017;(1):50–8. DOI: https://doi.org/10.11134/btp.1.2017.6. EDN: https://www.elibrary.ru/zbenmt
  19. Kordyukova M.Y., Antipova V.N., Rogachevsky V.V., Zyrina NV. An acid precipitation technique: A strip assay for the large-scale DNA polymerase activity screening. Anal. Biochem. 2016;513:39–42. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ab.2016.08.022
  20. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259):680–5. DOI: https://doi.org/10.1038/227680a0
  21. Черкашина А.С., Пика М.И., Михеева О.О. и др. ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора. Способ получения большого фрагмента Bst-полимеразы. Заявка на патент RU 2022135005. Заявл. 28.12.2022. Cherkashina A.S., Pika M.I., Mikheeva O.O., et al. CRIE. Method for obtaining a large fragment of Bst-polymerase. Patent application RU 2022135005; 28.12.2022.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Хроматографический профиль очистки рекомбинантного фермента Bst-NHm4 на сорбенте IMAC FF.

Скачать (89KB)
3. Рис. 2. Хроматографическая очистка Bst-pol на сорбенте IMAC FF. М — маркер молекулярных масс; 1 — осветлённый клеточный лизат штамма-продуцента BL21 (DE3)pLys/pET16-Bst-NHm4; 2 — балластные белки; 3–14 — фракции Bst-NHm4.

Скачать (72KB)
4. Рис. 3. Получение и очистка Bst-NHm4. М — маркер молекулярных масс; 1 — тотальный клеточный лизат; 2 — осветлённый клеточный лизат; 3 — клеточный осадок; 4 — тотальная фракция Bst-NHm4 после металл-хелатной аффинной хроматографии; 5 — тотальная фракция Bst-NHm4 после гель-фильтрационной хроматографии.

Скачать (68KB)
5. Рис. 4. Оценка активности полимеразы Bst-NHm4 в модельной системе. а — кривые накопления продукта реакции; б — среднее значение порогового цикла.

Скачать (125KB)
6. Рис. 5. Анализ проб РНК вирусов SARS-CoV-2 (а), IAV (б) и IBV (в), выделенных из образцов биологического материала (мазки со слизистой оболочки носо- и ротоглотки), методом LAMP с обратной транскрипцией.

Скачать (89KB)

© Пика М.И., Михеева О.О., Соловьева Е.Д., Валдохина А.В., Буланенко В.П., Черкашин Е.А., Петров В.В., Красовитов К.В., Черкашина А.С., Акимкин В.Г., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-75442 от 01.04.2019 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах