طراحی و ساخت سازه شبیهساز جهت تشخیص
باکتری بورخولدریا مالئی و سودومالئی
محمدجواد دهقان عصمت آبادی1*،محمود براتی2، محمدعلی یعقوبی مقدم1
1- مجتمع دانشگاهی شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران،ایران
2- گروه بیوتکنولوژی پزشکی، دانشکده پیراپزشکی، دانشگاه علوم پزشکی ایران، تهران، ایران
چکیده
سابقه و هدف: باکتریهای بورخولدریا مالئی و سودومالئی (Burkholderia mallei and pseudomallei species) جزء عوامل بیماریزای خطرناک انسانی محسوب میشوند. تشخیص برپایه کشت برای این باکتری، هزینهبر و زمانبر و از طرف دیگر کار با این باکتری بسیار خطرناک بوده و همچنین امکان دسترسی به این باکتری و حتی ژنوم آن بسیار مشکل است. هدف از انجام این مطالعه طراحی و سنتز کنترل مثبتی ایمن و کارآمد برای تشخیص باکتری بورخولدریا است.
مواد و روشها: در ابتدا، یک سازه شبیهساز که، حاوی ژنهای مرجع و اختصاصی باکتری بورخولدریا مالئی و سودومالئی است و در دیگر گونههای خانواده مشاهده نمیشود ساخته شد و سپس کارایی عملیاتی سازه طراحی شده، با استفاده از روشPCR Real-Time کمی (با استفاده از رنگ SYBER Green) و کیفی (با استفاده از پروب TaqMan)، مورد ارزیابی قرار گرفت. درنهایت محصولهای تکثیری PCR Real-Time با استفاده از منحنی ذوب و الکتروفورز مورد بررسی قرار گرفتند.
یافتهها: میزان حداقل و حداکثر حساسیت بهترتیب 1/0پیکوگرم و 10 نانوگرم بر روی سازه طراحی شده در مطالعه حاضر، حاصل شد.
نتیجهگیری: این سازه شبیهساز میتواند بهعنوان کنترل مثبت مناسبی، جهت تشخیص عامل بورخولدریا مورد استفاده قرار گیرد و همچنین میتواند در آینده باعث پیشرفت هرچه بیشتر کیتهای تشخیصی جدید در این حوزه بشود.
واژههای کلیدی: پاتوژنها، بورخولدریا، Real Time PCR، کلونینگ، SYBER Green
مقدمه
مواد و روش ها
1-طراحی و تولید سازه شبیهساز، پرایمرها و پروبهای موردنیاز:
الف: تمامی توالیهای نوکلئوتیدی از هر کدام از گونههای بورخولدریا مالئی، بورخولدریا سودومالئی موردنظر این پروژه که در بانک دادهای عمومی و مرجع INSDC (مجموعه بانکهای دادهایNCBI, DDBJ و EMBL-EBI ) وجود داشت بهصورت کامل در قالب فایلی با فرمت FASTA استخراج و گردآوری شد. سپس تمامی خروجیهای نوکلئوتیدی آزمون BLAST-N در سایت NCBI (با انتخاب بانک دادهای NR) برای توالیهای هدف منتخب) که بیشتر شامل 100 توالی میشود (در قالب فایلی در فرمت FASTA گردآوری شدند و بهدلیل اینکه توالیهایی که از بانک دادهای عمومی و مرجع INSDC استخراج شده بودند (بهویژه در مورد توالیهای باکتریایی) بیشتر بسیار بلند هستند و بهطور عملی فرآیند همردیفی چندگانه برای آنها با امکانات موجود در ایران بسیار دشوار است درنتیجه، سعی شد تا توالیهای کوتاه (بیشتر زیر 2 کیلوباز) برای ژنهای منتخب، از میان مجموعه توالیهای نوکلئوتیدی یک عامل بیماریزای خاص، از بانک دادهای فوقالذکر، استخراج شود؛ تا بتوان در مواردی که حجم و طول توالیها زیاد است از این فایل جدید در فرآیند همردیفی چندگانه و پیدا کردن نواحی منتخب حفاظت شده در آن عامل بیماریزای خاص، استفاده کرد. در گام بعد، بهوسیله حداقل 3 نرمافزار قدرتمند در فرآیندهای آنالیز توالی، همردیفی چندگانه و ... به نامهای MEGA, AliView و BioEdit و چندین سرور آنلاین معروف در این حوزه مثل Clustal W و ... تمامی این توالیهای استخراج شده، مورد ارزیابی قرار گرفت و نواحی حفاظت شده تا حد ممکن شناسایی شد (لازمبه ذکر است، بیشتر بر روی نواحی منتخبی که در مقالههایی به آنها استناد شده بود متمرکز شدیم). پس از این مرحله، یک ناحیه توالی حفاظت شده با طول واقعی 177 جفت/باز برای ساخت یک سازه شبیهساز مورد استفاده قرار گرفته و در داخل پلاسمید pUC57 کلون شده ( طول سازه پس از طراحی که در قسمت بعد ذکر میشود، 197 جفت/باز شد) و سپس با فرآیند ترانسفورماسیون وارد باکتری E.coli مستعد DH5α شدند (شکل 1). بعد از کشت شبانه باکتریها در محیط کشت LB، در دمای 37 درجه سانتیگراد انکوبه شده، سپس پلاسمید توسط کیت استخراج پلاسمیدExprepTM Plasmid SV mini GeneAll® پلاسمید استخراج شد و برای مراحل بعدی مورد استفاده قرار گرفت.
ب: تغییرهای خاص ناحیه ژنی هدف بهمنظور قرار گیری در سازه: پس از طراحی پرایمرها برای ناحیه اختصاصی که هم در سازه و هم در عامل اصلی ایجاد بیماری، بهطور کامل اختصاصی متصل میشوند کار مهم دیگری که انجام گرفت؛ اضافه کردن یک ناحیه در وسط قطعه موردنظر در سازه، بود که این عمل باعث بلند شدن قطعه موردنظر در سازه نسبتبه قطعه اصلی موجود در عامل میشود و تشخیص آنرا نسبتبه عامل اصلی، دقیقتر میسازد. کار دیگر انجام گرفته این استکه، در وسط قطعه مذکور موجود در سازه، ناحیهای برای برش آنزیمی قرار گرفت که شامل ناحیه برش آنزیمی EcoRI و SmaI (EcoRI –GAATTC– and SmaI –CCCGGG–) بود. این نواحی به این منظور در میان ناحیه هدف قرار گرفت که 1- هنگام انجام آزمایش و بعد از انجام واکنش PCR، با اعمال این آنزیمها بر روی محصولات تکثیری حاصل از سازه و ژنوم نمونه مشکوک، با برش محصول تکثیری حاصل از سازه توسط این دو آنزیم، محصولات تکثیری سازه و ژنوم نمونه مشکوک بر روی ژل قابل تمایز باشند و 2- با اعمال پیش تیمار این آنزیمها بر روی نمونه مشکوک، از برش خوردن و عدم تکثیر سازه مصنوعی که شاید بهدلیل آلودگیهای آزمایشگاهی وارد نمونه مشکوک شده باشد، قبل از آزمون PCR، اطمینان حاصل شود. در واقع این اعمال باز هم بهمنظور کاهش خطا و حذف نتایج مثبت کاذب است(شکل 1).
ج: پروبها و پرایمرها با استفاده از نرمافزار طراحی پرایمر AllelID، بهطور اختصاصی براساس ناحیهrRNA-16S ribosomal RNA که توسط ژن لوکوس MH006571 کد میشود (قسمتی از ناحیه حفاظت شده منتخب) طراحی و سنتز شدند (جدول1). تفاوت این مطالعه به اختصاصیت بیشتر پرایمرها و پروبهای طراحی شده برای ناحیه مورد نظر است.
شکل1- تصویر شماتیک طراحی شده از سازه که نشان دهنده توالی برش برای آنزیمهای محدود کننده است.