我院陶生策團隊發(fā)表蜂巢芯片用于非洲豬瘟核酸檢測新成果
? ? ? ?2020年10月8日，愛思唯爾（Elsevier）旗下著名分析化學期刊Analytica Chimica Acta（IF：5.977）在線發(fā)表了上海交通大學系統(tǒng)生物醫(yī)學研究院陶生策團隊的最新研究成果“Multiplex and Visual Detection of African Swine Fever Virus (ASFV) based on Hive-Chip and Direct Loop-mediated Isothermal Amplification”。該研究基于“蜂巢芯片（Hive-Chip）”和“LAMP直擴法”提出了針對非洲豬瘟病毒多基因并行檢測的全流程方案，具有無需核酸提取、不依賴精密儀器及避免因病毒的單個基因突變引起的假陰性問題，且靈敏度高、特異性強、可視化檢測以及適用于POCT（Point of Care Testing，即時檢測/床旁檢測）等優(yōu)點。本研究也已申請相關(guān)專利“一種靶標基因組合在非洲豬瘟病毒檢測中的應(yīng)用及試劑盒”。
? ? ? ?非洲豬瘟 (African swine fever, ASF) 是由非洲豬瘟病毒 (African swine fever virus, ASFV) 引起的豬的一種急性、高度傳染性和致死性的疾病，死亡率高達100%。截止到2020年3月5日，中國已有32個省份共爆發(fā)165起非瘟疫情，累計撲殺生豬1,193,000頭，給中國乃至全世界的養(yǎng)豬業(yè)帶來巨大的威脅。ASFV是一種呈二十面體對稱的dsDNA病毒，基因組巨大（170~190 kb），由于其復(fù)雜的基因組成和高度變異性，已根據(jù)同源性較高的編碼衣殼蛋白VP72的基因B646L被劃分為24個基因型。目前，ASF尚無有效的治療方式和疫苗，撲殺和焚燒是防止疫情蔓延最有效的手段，因此快速、準確地檢測ASFV至關(guān)重要。
? ? ? ?現(xiàn)有ASFV核酸檢測方法主要存在兩個問題：只針對ASFV單基因進行檢測，依賴于復(fù)雜精密的儀器。針對問題一，本研究首先根據(jù)ASFV序列比對結(jié)果獲得了較保守的5個基因（B646L、B962L、C717R、D1133L、G1340L），并針對每個基因設(shè)計4套LAMP（Loop-mediated isothermal amplification，環(huán)介導等溫擴增）引物，通過In-tube LAMP和On-Chip LAMP進行了有效性（Validity）、特異性（Specificity）和靈敏度（Sensitivity）測試，得到了一組能夠用于ASFV多基因檢測的LAMP引物，有效避免因單個基因突變而造成的假陰性結(jié)果，提高陽性檢出率；針對問題二，本研究采用物理隔離的策略，將10根毛細管通過PDMS（聚二甲基硅氧烷）基座集成起來形成酷似蜂窩煤的“蜂巢芯片”，并進行疏水修飾。每根毛細管內(nèi)固定不同基因所對應(yīng)的LAMP引物，借助加樣接頭（Adaptor）和毛細現(xiàn)象，使樣本同時分散到各個毛細管內(nèi)，進行等溫擴增和熒光檢測，實現(xiàn)了一次反應(yīng)同時檢測多個基因，并且LAMP直擴法免去了核酸提取步驟。
? ? ? ?基于此，我們分別對豬血模擬樣本和ASFV基因組DNA樣本成功進行了檢測，并以其他豬病毒基因組DNA樣本（包括豬偽狂犬病病毒PRV、豬圓環(huán)病毒2型PCV2以及豬細小病毒PPV）進行了特異性檢測。為了進一步證明ASFV多基因檢測的必要性，我們將現(xiàn)有ASFV菌株（GenBank: EF121429.1, MH025920.1, KM111295.1，MH025919.1）存在的點突變引入B646L基因質(zhì)粒中，芯片檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)該位點（即1號毛細管）呈陰性，而其他毛細管呈陽性，表明如果此時只檢測B646L基因，就會出現(xiàn)假陰性結(jié)果。
? ? ? ?綜上，本研究針對ASFV開發(fā)了通用的多重核酸檢測平臺，特別是針對易變的病原體（例如新冠病毒），通過一次反應(yīng)檢測多個基因，既能實現(xiàn)多重可視化檢測，又不依賴精密儀器和專業(yè)操作，適合口岸檢驗檢疫和現(xiàn)場即時檢測。
? ? ? ?本研究的第一作者為上海交通大學2017級博士研究生朱元首，通訊作者為上海交通大學陶生策研究員和北京博奧生物張巖博士。
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原文鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000326702031015
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稿件來源：陶生策課題組
? ?圖文編輯：王華瑤
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