感染性疾病的分子生物学检验课件.ppt
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1、感染性疾病的分子生物学检验Molecular diagnosis for infectious diseases,感染性疾病的分子生物学检验,感染的慨念,感染是病原体和人体之间的相互作用过程 病原体:衣原体、螺旋体、病毒、细菌、真菌、原虫、寄生虫 病原微生物:致病菌(条件致病菌),微生物,人体,微生物,人体,不同的感染状态,共生状态,在正常情况下,人体的一些腔道和体表均有微生物寄生,感染的慨念 感染是病原体和人体之间的相互作用过程微人微人不共,感染后果(转归),病原体被清除 - 通过非特异性或特异性免疫隐性感染 - 是感染过程中最常见的类型显性感染(临床感染) - 感染致病,慢性感染引起炎症潜
2、伏性感染潜伏感染期间,病原体一般不排出体外病原携带状态 - 可以没有临床症状,而能排出病原体带病原体的种类不同:带病毒者、带菌者与带虫者不同携带状态 潜伏期携带者、健康携带者、急性与慢性携带者是很多传染病的重要传染源,感染后果(转归) 病原体被清除 - 通过非,感染性疾病的分子生物学检验策略,一般性检出策略(检出病原体):判断有无感染是何种病原体感染常用方法:PCR 杂交完整性检出策略:检出病原体分型(分类)亚型耐药性常用方法:杂交、PCR、基因芯片、DNA测序,感染性疾病的分子生物学检验策略一般性检出策略(检出病原体):,感染性疾病分子生物学检验标志物,病原体核酸分子(DNA/RNA)基因表
3、达产物代谢物免疫应答分子,感染性疾病分子生物学检验标志物病原体核酸分子(DNA/RNA,定性或定量检测病原体的核酸,已经用于病毒、细菌和寄生虫感染的诊断动态、定量地检测病原体核酸,能对疗效判断和病情预后评价提供客观的依据,感染性疾病的分子生物学检验临床价值,定性或定量检测病原体的核酸,已经用于病毒、细菌和寄生虫感染的,第一节 乙肝病毒的分子生物学检验,第八章 病毒的分子生物学检验,第一节 乙肝病毒的分子生物学检验第八章 病毒的分子生物学,病毒,核衣壳(nucleocapsid),包膜(envelope)刺突(spike),核酸(nucleic acid) DNA or RNA,衣壳(capsi
4、d) 衣壳粒,核酸,蛋白质衣壳,病毒核衣壳(nucleocapsid)包膜(envelope,乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV),全世界有3.5亿慢性携带者,75%在亚太地区每年有一百万人死于HBV感染,是全球范围内第9位死因中国:50%70%的人受过感染,8%12%是HBV携带者,世界其它地区,亚太地区75%,75%的长期慢性携带者来自亚太地区,乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV),HBV在肝细胞内的复制,A(n),mRNA,cccDNA,HBsAg 包膜,负链DNA,包裹后的前基因 mRNA,传染性HBV病毒颗粒,传染性HBV病毒颗粒,部分
5、双链DNA,逆转录酶,DNA聚合酶,肝 细 胞,HBV在肝细胞内的复制A(n)mRNAcccDNAHBsAg,HBV基因组结构,HBV DNA是带有部分单链区的环状双链DNA分子,是目前已知感染人类最小的DNA病毒。基因组长为3.2kb长链称为负链用“L(-)”表示,长度是固定的,它携带有病毒全部的编码信息;短链称为正链用“S(+)”表示,S(+)在不同的分子中长度不等,大约是负链的50%100%。粘性末端DR区域是DNA成环及病毒复制的关键区域HBV基因组负链DNA核苷酸序列上含有6个开放读码框架:S、C、P、X 、前-前-S和前-X,HBV基因组结构HBV DNA是带有部分单链区的环状双链
6、DN,HBV基因组结构,基因重叠,HBV基因组结构pre-S1 pre-S1,急性感染时期HBV的标志物,HBV 检测窗口期血清学(HBsAg):56天PCR:33天缩短23天(平均6-15天),急性感染时期HBV的标志物HBV 检测窗口期,普通PCR技术荧光定量PCR技术支链DNA技术(核酸探针杂交标记信号放大技术。支链DNA(bDNA)是人工合成的带有许多侧链的DNA片段,在每个侧链上都可以标记可被激发的标志物。检测时,其靶核酸本身不被扩增)核酸杂交技术 杂交捕获系统 基因芯片技术,HBV分子生物学检验方法,普通PCR技术HBV分子生物学检验方法,HBV DNA检测(PCR)PCR 引物是
7、PCR扩增的关键,决定扩增的特异性和敏感度。PCR引物常根据其S、C、P和X基因中的高度保守序列来设计。,部分常用的引物序列,HBV DNA检测(PCR)部分常用的引物序列,进行HBV DNA检测的同时使其进行相对的量化更直接了解乙肝患者体内HBV的复制及传染性,能准确地反映出HBV DNA的复制水平、病程变化和治疗恢复情况等。其特异性高,灵敏度可达0.01fg,检测范围为2.51022.5109copies/ml。,HBV DNA FQ-PCR(real time PCR),进行HBV DNA检测的同时使其进行相对的量化HBV DNA,乙型肝炎病毒的耐药性分析,最常用的抗HBV药物为核苷(酸
8、)类似物,如拉米夫定(lamivudine)、阿德福韦(adefovir)耐药性:HBV的高变异性(逆转录酶缺乏严格的校正功能)人体免疫应答或疫苗接种等压力拉米夫定-与dNTP竞争HBV DNAP(逆转录酶区)从而抑制复制起到治疗作用。当HBV DNAP氨基酸序列发生改变使HBV DNAP与拉米夫定的结合能力明显下降,产生了对拉米夫定的耐药性。,乙型肝炎病毒的耐药性分析最常用的抗HBV药物为核苷(酸)类似,HBV耐药检测( YMDD突变检测方法),HBV耐药检测( YMDD突变检测方法),YMDD突变检测方法,1. 基因测序法2. 荧光定量PCR方法基本原理确定探针特定的TM值来区分是否突变常
9、用方法覆盖突变位点荧光双探针杂交,YIDD YMDD YVDD,46.91 54.64 50.74,YMDD突变检测方法1. 基因测序法 YIDD,HBV 基因分型,HBV基因序列差异的多少,可将HBV划分为不同的基因型,至今为止已发现A、B、C、D、E、F、G、H共8种基因型:A型主要存在于白人,B型和C型主要存在于亚洲人群E型主要存在于西非F型仅见于中南美洲的土著人G型和H型很少见不同基因型序列长度不同,主要是前S1区的不同。我国流行的主要是B和C基因型,长江以北以C型为主,长江以南以B型为主,另又少量的A型、D型和混合型。西北和西南尤其是西北有较高比例的D型,HBV 基因分型HBV基因序
10、列差异的多少,可将HBV划分为不,PCR-RFLP PCR-RDBELISA基因芯片技术,HBV 的基因分型,PCR-RFLP HBV 的基因分型,HBV的分子生物学检验的临床应用,早期诊断监测治疗效果(病毒拷贝数)判断病情耐药检测,HBV的分子生物学检验的临床应用早期诊断,第二节 丙肝病毒的分子生物学检验,第二节 丙肝病毒的分子生物学检验,丙型肝炎病毒(HCV),急性丙肝的临床诊断1. 流行病学史:有输血史、应用血液制品史或明确的HCV暴露史。2. 临床表现:全身乏力、食欲减退、恶心和肝区疼痛等,其他可有低热,轻度肝肿大,脾肿大,黄疸。部分患者无明显症状。3. 实验室检查:ALT多呈轻度和中
11、度升高,抗-HCV和HCV RNA阳性。约90%的输血后非甲非乙型肝炎和7080%的无输血史的散发型非甲非乙型肝炎由HCV感染所致,丙型肝炎病毒(HCV)急性丙肝的临床诊断,HCV,血中HCV含量仅为HBV的千分之一HCV的细胞培养尚未成功,病毒的分离极为困难HCV的变异性很高,使其诊断十分困难HCV的免疫学标志仅有抗HCV一项,且由感染至抗体产生大约需要70天,部分病人感染后始终都不形成抗体,HCV分子生物学检验技术尤为重要,HCV血中HCV含量仅为HBV的千分之一 HCV分子生物学,HCV基因组(单链RNA),呈球形颗粒直径约50nm有一脂质包膜核心:单股正链RNA,全长9.5 kb仅一个
12、开放读框(ORF),编码一条含有3010 3033个氨基酸的病毒前体多肽,HCV基因组(单链RNA)呈球形颗粒,HCV基因分型的多样性,由于HCV的RNA聚合酶的忠实性不高,所以引起HCV的基因型呈多样性HCV分为6个(IVI)主要基因型(Simmonds),各型又由若干亚型(a、b、c)组成HCV RNA基因分型有助于判定治疗的难易程度及制定抗病毒治疗的个体化方案,HCV基因分型的多样性由于HCV的RNA聚合酶的忠实性不高,,HCV分子生物学检验,HCV RNA定性定性检测方法:RT-PCRHCV RNA定性检测的特异度在98%以上,只要一次病毒定性检测为阳性即可确证HCV感染一次检测阴性不
13、能完全排除HCV感染,应重复检查,HCV分子生物学检验HCV RNA定性,HCV分子生物学检验,HCV RNA定量(病毒载量测定)bDNAreal-time RT-PCR(SOP)1 样本处理(样本处理区)2 扩增试剂准备(PCR前准备区)3 加样(样本处理区) 4 RT-PCR反应(检测区)HCV基因分型常用方法:测序分析法、RFLP、实时荧光PCR、基因型特异性引物扩增法、型特异性核酸探针杂交法及基因分型检测芯片等,HCV分子生物学检验HCV RNA定量(病毒载量测定),第三节 人类免疫缺陷病毒的分子生物学检验,第三节 人类免疫缺陷病毒的分子生物学检验,human immunodefici
14、ency virus( HIV ),human immunodeficiency virus(,全国累计报告HIV感染者地理分布,截至2013年9月30日,全国共报告现存艾滋病病毒感染者约43.4万例,全国累计报告HIV感染者地理分布 截至2013年9月30日,HIV在宿主细胞中的复制,Step 1: BindingStep 2: Reverse TranscriptionStep 3: IntegrationStep 4: ReplicationStep 5: TranslationStep 6: Viral Assembly,靶细胞:CD4+ T 细胞,HIV在宿主细胞中的复制Step 1
15、: Binding 靶,HIV基因组,基因组为RNA双分子,与其它逆转录病毒基本相同其正链RNA分子大小为 HIV-1 9.3 kb 有3 组共8个基因 HIV-2 9.7 kb 有3 组共9个基因5端有帽子结构,3端有poly(A)结构,HIV基因组基因组为RNA双分子,与其它逆转录病毒基本相同,HIV基因组,第一组:逆转录病毒共同的结构基因和侧翼末端重复顺序(long terminal repeats) gag(group of antigen)基因:编码核心蛋白 pol (polymerase)基因:编码逆转录酶,DNA聚合酶 env(envelop)基因:编码包膜蛋白LTRs:不编码任
16、何蛋白,可起始其它病毒基因的表达,无种属特异性第二组:参与基因表达的调节基因 tat(trans-acting transcriptional gene) rev(regulator of expression of viral protein) nef(negative regulator factor)第三组:负调控病毒的感染性,成熟或释放的基因 vif(viral infectivity factor)vpu(viral protein U) vpr(viral protein R),HIV基因组第一组:逆转录病毒共同的结构基因和侧翼末端重复顺,HIV基因组遗传变异率高,高度变异区在en
17、v基因内,相当于gp120的五个区段,gag和pol基因较少变异,是基因组的保守区域HIV疫苗研发难度大,HIV基因组遗传变异率高高度变异区在env基因内,相当于gp,HIV-1感染后病毒标志物的变化,窗口期:检测抗体 2-12周检测p24抗原 2-3周 检测RNA 11天,HIV-1感染后病毒标志物的变化 窗口期:,HIV检测的分子生物学检验,HIV抗体检测(窗口期测p24抗原,可辅助诊断 )初筛试验:酶联免疫吸附试验(ELISA)试纸(金标试纸,双抗原夹心法)最短在感染6天之后就可以检测到 确认试验:免疫印迹(Western blot, WB)HIV RNA 定性测定方法:RT-PCR基因
18、芯片技术集合核酸定性检测原位杂交,HIV检测的分子生物学检验HIV抗体检测(窗口期测p24抗原,HIV病毒载量(HIV RNA 定量),主要有三种技术:RT-PCR(最低检测限为50copies/ml )bDNA(最低检测限为50copies/ml)NASBA(最低检测限为20 copies/ml)NASBA(nucleic acid sequence-based amplification)基于核酸等温扩增技术PCR检测前病毒DNA,对出生48h内婴儿的检测敏感性为38%,出生14d婴儿的检测敏感性可为93%,HIV病毒载量(HIV RNA 定量)主要有三种技术:,人类免疫缺陷病毒的分型,H
19、IV由于高错误率的逆转录酶、病毒的快速复制、宿主的免疫选择作用、不同毒株DNA之间的基因重组等原因,其基因具有很高的变异性。目前,HIV分型的方法主要集中在env、gag和pol区的某一段基因片段的分析。常用方法有:序列分析法、异源双链核酸泳动实验、限制性片段长短多态性分析、DNA酶联免疫技术、基因芯片技术、多重PCR技术等。,人类免疫缺陷病毒的分型HIV由于高错误率的逆转录酶、病毒的快,人类免疫缺陷病毒的耐药性分析,耐药是抗病毒药物作用的病毒基因发生突变的结果。HIV快速产生的耐药是影响治疗效果的主要因素。已经确定的与6类艾滋病抗病毒药物耐药有关的HIV基因突变有200多个。耐药性检测方法种
20、类多,主要集中在耐药性突变位点的检测能力和耐药性突变位点的评价能力。方法:基因芯片耐药检测、等位基因探针杂交、寡核苷酸链接分析法与直接测序法等。,人类免疫缺陷病毒的耐药性分析耐药是抗病毒药物作用的病毒基因发,第九章 细菌感染的分子生物学检验,意义:不易培养的病原菌(营养苛求菌)难以培养的病原菌(生长缓慢)鉴定病原菌(分子标志物)DNA16S rRNA(属特异性)23S rRNA耐药株测定流行株分型,一般性检出策略完整性检出策略,第九章 细菌感染的分子生物学检验意义:一般性检出策略,第一节 结核分枝杆菌的分子生物学检验,第一节 结核分枝杆菌的分子生物学检验,结核杆菌Mycobacterium t
21、uberculosis,TB,WHO2009年全球结核病控制报告:全球有1/3人口即17亿人感染了结核杆菌,每1秒钟就有1人受感染全球现有肺结核病患者1370万,结核病每年发病人数为927万,每年死亡人数177万结核病仍为单一病原菌引起疾病死因的第一位发病人数占前五位的国家分别为印度、中国、印度尼西亚、尼日利亚、南非,1882年由Robert Koch发现,结核杆菌Mycobacterium tuberculosi,TB 基因组结构,环状双链DNA,共有4403765bp(4.4Mb),G+C平均值65.6%共有4033基因功能已知的有1734个605个基因编码的蛋白,可见于其他菌种,推测也在
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