تکنیک واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) برای تشخیص سریع سیتومگالوویروس در سقط های ایدیوپاتیک
پریا آقایی1، اکرم سادات طباطبایی بفرویی*2، محمد حسن شاه حسینی3
1دانش آموخته گروه زیست شناسی، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2استادیار گروه زیست شناسی، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3استاد گروه میکروبیولوژی، واحد شهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
نویسنده مسئول: اکرم سادات طباطبایی بفرویی
آدرس پست الکترونیک: akram_tabatabaee@yahoo.com
آدرس پستی: تهران – سه راه افسریه-بزرگراه امام رضا(ع)-کیلومتر18- شهرک قیام دشت-انتهای خیابان شهید باهنر- دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شرق، صندوق پستی: 18735-136 ، کدپستی: 33584011، تلفن: 33594950، نمابر: 1866113118
چکیده
سابقه و هدف: سایتومگالوویروس (CMV) انسانی از اعضای خانواده ی هرپس ویروس ها است که از علل اصلی عفونت ویروسی داخل رحمی می باشد. هدف این مطالعه بررسی تشخیص CMV در زنان با سقط های ایدیوپاتیک توسط تکنیک واکنش زنجیره پلیمراز (PCR) می باشد.
مواد و روش ها: 50 نمونه خون از زنان مبتلا به سقط های ایدیوپاتیک جمع آوری و توسط کیت تجاری DNG-Plus ژنوم ویروسی استخراج گردید. تکنیک PCR با استفاده از ژنوم سویه استاندارد CMV بهینه سازی شد و سپس تعیین حد تشخیص (LOD) و اختصاصیت آزمایش با استفاده از ژنوم های غیر از CMV مورد ارزیابی قرار گرفت. تکنیک PCR بهینه شده بر روی نمونه ها و کنترل های مثبت و منفی انجام شد و نتایج توسط روش الکتروفورز ژل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
یافته ها: با استفاده از تکنیک PCR بهینه شده، محصول 257 جفت بازی در ژل آگاروز مشاهده گردید. در آزمون تعیین اختصاصیت، نتایج مثبت فقط با ژنوم CMV حاصل شد و همینطور حد تشخیص 100کپی در هر واکنش بدست آمد. در نهایت، از 50 نمونه ی مورد بررسی، دو نمونه از نظر وجود CMV مثبت گردید.
نتیجه گیری: سقط های ایدیوپاتیک، سقط هایی هستند که ظاهرا عامل مشخص ندارند. اما مشخصا عوامل متعددی از جمله عوامل عفونی که شناسایی آنها مشکل می باشد می توانند موجب سقط جنین گردند. یکی از این عوامل می تواند CMV باشد و نتایج این مطالعه مشخص کرد که بهتراست در این نوع سقط ها توسط آزمون های مولکولی مانند PCR به سرعت، CMV را جستجو و شناسایی نمود.
واژههای کلیدی: سایتومگالوویروس، سقط ایدیوپاتیک، واکنش زنجیره پلیمراز، Iau Science
Polymerase Chain Reaction (PCR) technique for rapid detection of Cytomegalovirus in idiopathic abortions
Paria Aghaei1, Akram Sadat Tabatabaee Bafroee1*, Mohammad Hasan Shahhosseini2
1Department of Biology, East Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2Department of Microbiology, Shahr-e-Qods Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
Abstract
Aim and Background Cytomegalovirus (CMV) is a member of the herpesviridae family, which is a major cause of intrauterine viral infection. The aim of this study was to evaluate the diagnosis of CMV in women with idiopathic abortions by the polymerase chain reaction (PCR) technique.
Materials and Methods 50 blood samples of women with idiopathic abortions were collected and viral genome was extracted using commercial kit DNG-Plus. The PCR technique was optimized using the standard CMV strain genome and then the Limit of Detection (LOD) and specificity of the test was evaluated using genomes other than CMV. The optimized PCR technique was performed on the samples and positive and negative controls and the results were analyzed by gel electrophoresis.
Results using optimized PCR technique, 257bp product were observed in agarose gel. In the specificity test, positive results were obtained only with the CMV genome and a detection limit of 100 copies per reaction was obtained. Finally, out of 50 samples, two samples were positive for CMV.
Conclusion Idiopathic abortions are abortions that do not seem to have a specific cause. But obviously many factors including infectious agents that can cause abortion are difficult to identify them. One of these factors could be CMV and the results of this study showed that it is best to search and identify CMV in this type of abortion by molecular tests such as PCR, quickly.
Keywords Cytomegalovirus, Idiopathic abortion, polymerase chain reaction , Iau Science
مقدمه
خروج جنین از رحم قبل از رسیدن به مرحله تولد (در انسانها ، معمولاً در حدود هفته بیستم بارداری) را سقط جنین می گویند. چنانچه دلیل سقط جنین ایجاد شده مشخص نباشد، آن را سقط ایدیوپاتیک یا خود به خودی مینامند. بنابراین، سقط با منشاء نامعلوم با نام سقط ایدیوپاتیک شناسایی میشود. یکی از علل سقط، عفونتها میباشند که در سقط خود به خودی اهمیت بیشتری پیدا میکنند. ویروس سایتومگالوویروس انسانی مهمترین عامل و ایجاد کننده طیف وسیعی از عفونتهای ویروسی شایع در بزرگسالان است که این عفونتها معمولاً بدون علامت بالینی یا همراه با علایم غیراختصاصی هستند. با این وجود هنگامی که زن باردار برای اولین بار با ویروس مواجه میشود، علاوه بر احتمال فعال شدن دوباره ویروس، خطر انتقال ویروس به جنین نیز در موارد نادر وجود دارد. قبلاً حضور آنتیبادی ویروس سایتومگالوویروس انسانی را در موارد ناهنجاریهای جنینی و سقطهای جنینی گزارش کردهاند و مطالعات متعددی در مورد ارتباط این ویروس با موارد اختلالات و سقط در مناطق مختلف ایران و جهان صورت گرفته است (1). ویروس سایتومگال انسانی (HCMV) مثل تمام هرپس ویروسها در میزبان عفونت مجدد ایجاد میکند. تنها سلولهایی که کاملا برای همانند سازی HCMV در موجود زنده مجازند، فیبروبلاستها هستند (2). HCMV یک ویروس پارادوکس است که میتواند به صورت بالقوه کشنده یا در تمام طول عمر همراه خاموش فرد باشد. نحوهی عملکرد این ویروس بصورتی است که، تعداد بسیار کمی از ویروسها از سلول آلوده رها میشوند و انتقال عفونت عمدتا از طریق سلول به سلول انجام میگیرد. ممکن است چندین هفته وقت لازم باشد تا یک لایه سلول به طور کامل آلوده شود. سایتومگالوویروسها، اثر سیتوپاتیک ایجاد میکنند. همچنین، علاوه بر اینکلوژنهای داخل هستهای در این بیماری اینکلوژنهای داخل سیتوپلاسمی اطراف هستهای نیز ایجاد میشوند. سلولهای چند هستهای نیز مشاهده شده و تعداد زیادی از سلولهای آلوده شده به شدت بزرگ میشوند (3).
به دلیل شیوع بالای عفونتهای مادرزادی با این ویروس، یک مشکل بزرگ بهداشت جهانی به شمار میرود. عفونت غیر آشکار در طی دوران کودکی و بلوغ شایع است. عفونتهای شدید سایتومگالوویروس غالباً در بالغین دچار اختلال ایمنی، دیده میشود، مثل افراد با ضعف ایمنی، افراد دارای پیوند عضو به خصوص پیوند کلیه، افراد مبتلا به ایدز و همچنین افراد مبتلا به تومورهای بدخیم که شیمی درمانی شدهاند. شایعترین علت عفونت مادرزادی، انتقال ویروس فعال شده در رحم میباشد، همچنین در جریان عبور جنین از کانال زایمان نیز عفونت ایجاد میگردد. عفونت مادرزادی ممکن است باعث مرگ جنین در رحم شود (4). سایتومگالوویروس یکی از مهمترین عوامل سقط جنین مربوط به عفونت و طبیعتا پیامدهای ناخوشایند بعدی آن بویژه در نوزادان است که سبب ایجاد ناهنجاریهای اجتماعی-فردی در خانواده میگردد. در ایران نقش ویروس سایتومگالوویروس در سقط جنین مادران از نظر اپیدمیولوژیکی، به طور جامع ارزیابی نشده است (5). لذا با توجه به اهمیت ویروس و تشخیص عفونت، هدف مطالعه حاضر، شناخت مولکولی CMV به روش PCR که دارای حساسیت بسیار بالا و در عین حال روشی آسان و سریعتر نسبت به کشت است، میباشد که برای تشخیص و پیشگیری از عفونتهای سایتومگالوویروس در نمونه بارداریهایی که منجر به سقطهای خود بخودی شدهاند، انجام گرفت.
مواد و روش ها
50 نمونه سرم خون از زنان با سقط های ایدیوپاتیک با دلیل نا مشخص و 50 نمونه از زنان سالم که همگی دارای رنج سنی 21 تا 43 سال بودند، از بیمارستانی در شهر تهران در سال 2019تحت شرایط استریل جمع آوری شد و نمونه ها جهت استخراج ژنوم ویروسی به آزمایشگاه تخصصی ویروس شناسی کیوان منتقل شدند. سایر آزمایشات در محل اصلی انجام تحقیق، آزمایشگاه تحقیقاتی ایرانیان ژن فناور، انجام شد.
استخراج DNA از نمونه با تیتر مشخص ویروس CMV
به منظور بهینه نمودن تکنیک PCR جهت تشخیص ویروس CMV در نمونه بیماران، ابتدا سرم با تیتر مشخص CMVاز آزمایشگاه ویروس شناسی کیوان تهیه شد. لازم به ذکر است، تعداد پارتیکلهای ویروس در سرم با استفاده از دستگاه COBAS PCR و کیت COBAS Amplicon kit (شرکت هیتاچی ژاپن) در آزمایشگاه مذکور مشخص گردید. DNA های ویروسی با استفاده از کیت DNG-Plus سیناکلون (cat: DN8117C) استخراج گردید و کیفیت و کمیت آنها با استفاده از دستگاه نانودراپ بررسی شد. نمونه های DNA با نسبت 260/280 نانومتر، بالای 7/1 و نسبت 260/230 نانومتر، به مقدار 2/2 دارای خلوص قابل قبول از نظر کیفیت DNA می باشند.
مراحل بهینه سازی واکنش زنجیره پلیمراز (PCR) جهت تشخیص سایتومگالوویروس
تکنیک PCR
جدول1، توالی نوکلئوتیدی پرایمرهای مورد استفاده جهت تکثیر ناحیه 257 جفت بازی ژن هدف، گلیکوپروتئین B، جهت بهینه سازی فرایند تشخیص سایتومگالوویروس در نمونه های سرم را نمایش می دهد.
به منظور بهینه کردن پروفایل حرارتی، میانگین دماهای ذوب پرایمرها (C °65) محاسبه شد. سپس مخلوط PCR در بازه ی دمایی C ° 5 ± 65 ، با استفاده از دستگاه ترموسایکلر تحت تکنیک PCR به روش گرادیانت قرار گرفتند تا بهترین دما برای اتصال پرایمرها بدست آید.
جدول1- توالی نوکلئوتیدی پرایمر های مورد استفاده در تشخیص سایتومگالوویروس
منبع |
سایز محصول |
توالی پرایمر |
نام ژن |
5 |
bp257 |
Forward 5’-CGG TGG AGA TAC TGC TGA GGT- 3’ Reverse 5’- CAA GGT GCG TGA TAT GAA C- 3’ |
گلیکوپروتئین B |
تعیین اختصاصیت تکنیک PCR جهت تشخیص سیتومگالوویروس
جهت تعیین اختصاصیت (آزمون ویژگی) پرایمرهای سیتومگالوویروس و تکنیک PCR بهینه شده، ژنوم های غیر از سایتومگالوویروس (از جمله، ژنوم انسان، موش، ویروس هرپس سیمپلکس I و II، آدنوویروس و ژنوم ساکارومیسس سروزیه ) از بانک ژنتیکی آزمایشگاه تحقیقاتی ایرانیان ژن فناور تهیه شد و با روش PCR بررسی شدند. همچنین سکانس پرایمرها در سایت NCBI وارد شد و پرایمرها را از لحاظ همولوژی مورد ارزیابی قرار گرفتند.
تعیین حد LOD آزمون PCR بهینه شده
به جهت تعیین حساسیت تست PCR بهینه شده، ابتدا غلظت یا جذب نوری ((OD کنترل مثبت با استفاده از دستگاه نانودراپ اندازه گیری شد و سپس با استفاده از فرمول (Genome copy number)GCN، تعداد DNA در هر میکرولیتر از سوسپانسیون DNA اولیه محاسبه گردید. به منظور شناسایی حداقل میزان DNA ویروس، به روش کخ، رقت های متوالی از سوسپانسیون DNA سیتومگالوویروس تهیه گردید. در نهایت تکنیک PCR برای هریک از رقتها همراه با کنترل مثبت و کنترل منفی انجام شد (6).
نتایج
نتایج بهینه سازی تکنیک PCR جهت تشخیص سایتومگالوویروس
پس از بهینه سازی واکنشگرهای PCR، مقادیر و غلظت های بهینه شده مطابق جدول 2 بدست آمد. همچنین جدول 4 برنامه زمانی و دمایی تکنیک PCR را پس از بهینه سازی پروفایل حرارتی نمایش می دهد. تصویر محصول PCR با سایز bp 257 روی ژل آگارز5/1% در شکل 1نشان داده شده است.
جدول2- غلظت ها و حجم های بهینه شده واکنشگر های PCR در حجم نهایی 25 میکرولیتر
مواد |
غلظت (حجم) |
غلظت نهایی در واکنش |
کلرید منیزیوم (MgCl2) |
mM 50 (µl 75/0) |
- |
دئوکسی نوکلئوتید (dNTPs) |
mM 10 (µl 5/0) |
mM2/0 |
پرایمر فوروارد |
µM 10 (µl 5/0) |
µM 2/0 |
پرایمر ریورس |
µM 10 (µl 5/0) |
µM 2/0 |
Taq DNA پلیمراز |
U/µl 5(µl 3/0) |
U 5 /1 |
بافر 10 X PCP |
(µl 5/2) X 1 |
- |
رشته DNA الگو |
ng 5 -1 (µl5) |
- |
آب مقطر دیونیزه |
µl15 |
- |