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泌尿生殖系统血吸虫病诊断面临挑战,为实现疾病消除目标,研究人员优化 ShDraI-RPA 平台。结果显示,优化后的平台特异性和敏感性提升,部分满足 WHO 诊断要求,有望用于低资源地区诊断。
血吸虫病是一种由血吸虫寄生引起的寄生虫病,在全球范围内广泛传播,严重影响着人类的健康。其中,泌尿生殖系统血吸虫病主要由埃及血吸虫(Schistosoma haematobium)感染所致,在非洲国家流行较为严重。它不仅会引发血尿、尿路感染、肉芽肿形成和慢性炎症等症状,还与膀胱癌、肾癌、不孕症等疾病的发生密切相关。
目前,血吸虫病的诊断方法存在诸多问题。传统的尿液过滤镜检法,即通过在尿液中寻找埃及血吸虫卵来诊断感染,这种方法灵敏度较低,难以检测出低强度和早期感染,而且耗时费力,对检测人员的专业技能要求较高。虽然自动化手机关联的即时检测工具 SchistoScope 以及基于人工智能的图像分析技术在一定程度上提高了检测效率,但仍然无法克服基于虫卵检测的固有局限性。核酸扩增检测(NAATs),如聚合酶链反应(PCR)和实时定量 PCR(qPCR),虽然具有较高的灵敏度和特异性,但成本高昂,需要完善的实验室基础设施,难以在资源匮乏的地区和即时检测场景中应用。
为了解决这些问题,来自英国自然历史博物馆 Wolfson Wellcome 生物医学实验室等机构的研究人员开展了关于优化重组酶聚合酶扩增(RPA)平台的研究,旨在开发一种更准确、便捷的泌尿生殖系统血吸虫病诊断方法。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法:首先,对 RPA 引物和探针进行修饰,在反向引物中加入硫代磷酸酯骨架,并颠倒荧光团和猝灭剂的位置;其次,使用不同的 DNA 提取方法处理样本,包括基于柱的 DNeasy Blood & Tissue 试剂盒和基于磁珠的 SwiftX DNA 试剂盒;最后,通过荧光检测和蓝光暴露观察结果,评估修饰后 ShDraI-RPA 检测的性能 。
研究结果
- 分析特异性和敏感性:使用修饰后的寡核苷酸进行 ShDraI-RPA 检测,在 42°C 孵育时效果最佳。该检测对埃及血吸虫物种组具有特异性,与曼氏血吸虫(S. mansoni)、日本血吸虫(S. japonicum)等其他血吸虫以及其他蠕虫和细菌无交叉反应。检测灵敏度显著提高,最低可检测到 10 fg 的埃及血吸虫基因组 DNA(gDNA),合成的 Dra I 靶区域检测灵敏度为 10 个拷贝12。
- 加标尿液样本检测性能:使用 SwiftX DNA 试剂盒短方案提取 DNA 时,所有加标尿液样本的 RPA 检测结果均为阳性,而长方案则出现假阴性结果。短方案中,室温孵育 5 分钟的样本在 ShDraI-RPA 和 qPCR 检测中均具有 100% 的准确性,可能是尿液样本中埃及血吸虫分子检测的最佳方法。此外,直接将含有单个埃及血吸虫卵的尿液样本加入 RPA 反应管,无需 DNA 提取,也能得到阳性结果348。
- 蓝光暴露检测效果:通过 T16ISO 软件实时观察荧光和蓝光暴露检测终点荧光的结果一致。含有扩增 DNA 的样本在蓝光照射下会发光,阴性样本则保持黑暗,弱阳性或背景荧光样本在蓝光下呈浑浊状,与阳性样本有明显区别56。
- 稳定性和寿命:ShDraI-RPA 试剂在 ±27°C 避光保存 30 天内性能稳定,60 天后部分试剂出现降解,导致检测结果出现假阴性7。
研究结论与讨论
该研究对 ShDraI-RPA 平台进行了优化,显著提高了其特异性和敏感性,使其在低资源环境下的应用更具潜力。修饰后的寡核苷酸不仅增强了检测性能,还降低了交叉反应的风险。同时,研究还探索了不同 DNA 提取方法对检测结果的影响,确定了最佳的样本处理方案。此外,蓝光暴露作为一种简单的结果可视化方法,为即时检测提供了便利。然而,该检测方法并非对埃及血吸虫完全特异,对于需要精确鉴定寄生虫物种的研究不适用。未来还需探索新的分子靶点,开发更具特异性的检测方法。总体而言,优化后的 ShDraI-RPA 检测有望成为一种快速、便携的血吸虫病诊断方法,为低资源地区的血吸虫病防控提供有力支持。