大海捞针——或者如何在动物组织样本中找到分枝杆菌DNA

为了纪念世界结核病日, Shari Fell讨论了她的研究,最近出版的BMC微生物学该公司利用新的磁捕获技术改进了对牛和野鹿的牛结核病的检测

结核病是一种人畜共患传染病,在世界范围内仍对人类和动物造成严重影响。它在世界许多地区仍然是一种流行病,每年造成近150万人死亡,主要是在发展中国家。

人类结核病的主要病因是结核分枝杆菌,而细菌牛分枝杆菌m . caprae已知是牛结核病(bTB)的病原体。这三种病原体属于结核分枝杆菌-复合体(MTC),不仅在人类和牛中,而且在其他哺乳动物中也能引起结核病。

在20世纪后半期之前,牛结核病在德国很普遍th世纪。由于有效的控制和根除运动,德国在1996年被欧洲委员会宣布为“正式摆脱结核病”(OTF)。长期的根除计划表明,发达国家的巴氏杀菌牛奶也减少了人类的死亡牛分枝杆菌-M.-caprae -感染。

自2008年以来,在巴伐利亚阿尔卑斯地区,牛和马鹿感染牛结核病的病例一直在发生。巴伐利亚高山地区是一个拥有大量夏季牛牧场的地区。这些夏季牧场上的牛可以通过马鹿感染,这种反刍动物被认为是bTB的宿主。

牛结核病可表现为急性或慢性传染病,亚临床期较长,受感染动物无临床症状,数年后有复活的可能。感染后,病原体隐藏和通常保存在巨噬细胞和宿主的免疫系统形成了一个类似结节的肉芽肿,以防止进一步传播的病原体(图1)。杆菌内病变的中心不繁殖但可能潜伏和由此产生的潜伏性感染可能会持续多年。免疫抑制可以扰乱宿主控制和病原体传播之间的平衡,允许沉默的病原体复制与感染的重新激活和传播。然而,在动物中,感染的普遍表现比在人类中更不常见。

图1:感染卡布雷杆菌的牛淋巴结肉芽肿;2014年1月
图1:感染卡布雷杆菌的牛淋巴结肉芽肿;2014年1月

结核分枝杆菌的诊断具有挑战性。感染bTB后,个体可能会出现不可见的病变,这与主要在淋巴组织中发现的典型肉芽肿形成形成相反。分枝杆菌感染有时只是非常小的肉芽肿或微小的病变,特别是在感染的早期阶段,很难发现

因此,在牛中检测bTB的诊断程序具有挑战性、昂贵,而且目前是基于当局规定的规定方案。细胞免疫反应是通过结核菌素皮肤试验或干扰素释放试验来测定活的动物感染状态的。动物死亡后,应通过细菌学培养直接检测病原体或PCR检测其DNA来确认免疫应答。

作为后续PCR模板的DNA提取,通常只使用非常少量的米粒大小的组织。这可能会由于分枝杆菌在组织材料中的分布不均匀而导致假阴性结果。此外,感染早期肉芽肿形成状态的动物根本没有肉芽肿(不可见的病变)。

这种情况使我们无法识别分枝杆菌的存在和在器官中的定位,从而进行有针对性的DNA提取——选择足够的、含有细菌的组织样本就像大海捞针。

因此,在我们的研究中,我们使用了磁铁,把它扔进干草堆中寻找针(= MTC-DNA)。我们处理了非常大的样本量,以增加在调查样本中包含分枝杆菌DNA的概率,并使用磁捕获原理从大样本库中浓缩MTC-DNA(图2)。从磁捕获方案中提取的剩余沉积物,进一步用一种不太复杂的DNA提取方案进行处理,可用于日常诊断。

图2:磁捕获原理
图2:磁捕获原理

当我们新开发的MTC-DNA检测应用于动物组织样本时,使用大样本量(高达15克)提高了灵敏度。当我们分析了来自34头牛和18头马鹿的100份组织样本时,这两种新方法都提高了检出率,结果表明,与德国当局规定的方案相比,这两种方法的检出率更高。

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