分子诊断技术在结核病诊治中的应用课件.ppt

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1、分子诊断技术在结核病诊治中的应用,武汉大学人民医院检验医学中心李 艳,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,1,分子诊断技术在结核病诊治中的应用武汉大学人民医院检验医学中心,全球结核病流行状况,WHO report，2013,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,2,全球结核病流行状况WHO report，2013分子诊断技术,全球结核病流行状况,全球结核感染人数2004年后处于下降趋势HIV患者并发结核病数量处于平稳阶段中国结核感染人数全球排名第二,WHO report，2013,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,3,全球结核病流行状况全球结核感染人数2004年后处于下降趋势W,全球结核病流行状况,

2、WHO report，2013,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,4,全球结核病流行状况WHO report，2013分子诊断技术,全球结核病流行状况,全球结核死亡人数处于下降趋势斯威士兰结核病感染率最高,WHO report，2013,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,5,全球结核病流行状况全球结核死亡人数处于下降趋势WHO rep,全球结核病流行状况,Globally, an estimated 3.6% of new cases and 20.2% of previously treated cases have MDR-TBThere were an estimated 450,000

3、 new cases of MDR-TB worldwide in 2012On average, an estimated 9.6% of MDR-TB cases have XDR-TB,WHO report，2013,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,6,全球结核病流行状况Globally, an estimate,全球结核病流行状况,2012年全球新发结核病例为860万人，中国占总数的12%在860万新病例中约110万人（13%）为HIV阳性，这些病例的75%在非洲 每年约有130万人死于结核病，我国为25万 结核病每24秒钟就杀死1人 预计未来20年还将有3600万人死于结核病。 全

4、球每年有45万新发MDR-TB，大约4.3万为 XDR-TB,“4多”,WHO report，2013,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,7,全球结核病流行状况 2012年全球新发结核病例为860万人，,结核病诊治中存在的问题,预防问题,诊断问题,治疗问题,医疗问题,检验人员最关心的问题,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,8,结核病诊治中存在的问题预防问题诊断问题治疗问题医疗问题检验,根据不同分子水平及技术特点来选择诊断检测体系,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,9,根据不同分子水平及技术特点来选择诊断检测体系分子诊断技术在结,方法选择,方法选择的影响因素,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,1

5、0,细菌载DNA灵敏度特异性标本类型目的用途费用实验平台检测时间,Sputum,涂片,MTB培养孵育4-8周（阳性）,药敏试验观察 孵育4周观察生长情况,涂片 （阳性）,分子诊断技术,液体培养及药敏试验,平均时间2-3个月,平均时间20天,只需2小时-2天,涂阳=60-98%有结核分枝杆菌，因此涂阳后最好用分子生物学方法进行快速鉴定,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,11,Sputum 涂片MTB培养孵育4-8周药敏试验观察 孵,扩增 杂交,LAMP、SDA,芯片、RT-PCR,SAT、TMA,FISH、Probe,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,12,IGRAs、TST等RNA水平DNA水

6、平蛋白质水平恒温扩增,分子诊断适宜技术的选择,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,13,分子诊断适宜技术的选择分子诊断技术在结核病诊治中的应用13,T-SPOT.TB与 QFT-GI为IGRAs实验,结核菌素试验（TST）,T-SPOT.TB,QuantiFERON-TB Gold in-tube (QFT-GI),蛋白质水平,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,14,T-SPOT.TB与 QFT-GI为IGRAs实验潜伏性结核,全血IFN-释放分析技术(IGRA),结核感染者体内存在特异的效应T淋巴细胞，效应T淋巴细胞再次受到结核抗原刺激时会分泌多种细胞因子（IFN-）。因此，检测效应T淋巴细胞

7、可用于结核病或结核潜伏感染者的诊断。由于效应T细胞存活时间很短，而且具有特异性，因此可以作为机体是否正处于被感染的指标，无论是否有临床症状。基于IGRA原理的产品目前已被美国、加拿大、英国、德国、意大利、瑞士、法国、荷兰、日本等二十余个国家写入本国的结核诊疗指南中,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,15,全血IFN-释放分析技术(IGRA)结核感染者体内存在特异,-干扰素释放实验,酶联免疫斑点技术,培养滤液蛋白10（CFP 10）,早期抗原靶6（ESAT-6）,一、T-SPOT技术基础,T-SPOT,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,16,-干扰素释放实验酶联免疫斑点技术培养滤液蛋白10（CF

8、P,由结核杆菌基因组RD1区相同的操纵子编码的蛋白所有的卡介苗（BCG）均丢失该基因序列绝大多数的环境分枝杆菌也不存在RD1区,结核杆菌特异抗原,ESAT-6与CFP 10抗原,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,17,由结核杆菌基因组RD1区相同的操纵子编码的蛋白结核杆菌特异抗,PlamaPBMCsGel BarrierErythrocytes,检测过程,分离PBMCs,加入PBMCs与结核特异抗原37孵育16-20小时,PBMCs特异抗原,-干扰素抗体,加入标记二抗，孵育1小时,加入显色液，终止反应,观察结果：1个斑点=1个效应T细胞,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,18,Plama检测过

9、程分离PBMCs加入PBMCs与结核特异抗原,结果判断图,阴性结果,阳性结果,空白对照抗原 AESAT-6抗原 BCFP10阳性对照（PHA）,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,19,结果判断图阴性结果阳性结果分子诊断技术在结核病诊治中的应用1,潜伏性结核（LTBI）诊断技术比较,IGRAs与TST相比，具有更高的灵敏度和特异性IGRAs与BCG, NTM无交叉反应，TST有交叉反应,难以从感染者中鉴别出活动性肺结核患者小于5岁儿童、免疫力低下患者不适合采用IGRAs检测试剂成本非常高,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,20,潜伏性结核（LTBI）诊断技术比较IGRAs与TST相比，具,cos

10、ts（费用） availability for clinicians and other health workers（医疗水平） patient acceptability（患者是否接受）ease of distribution and storage（实验平台）,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,21,costs（费用） 分子诊断技术在结核,核酸扩增技术,SAT：Simultaneous Amplification and Testing (RNA仁度) CPA: Cross Priming Amplification (DNA/RNA,优思达)LAMP:Loop-Mediated Iso

11、thermal Amplification (DNA, Japan)TMA: Transcription Mediated Amplification (RNA, Gen-Probe),GenoType MTBDRplus：(Hain Lifescience) NASBA: Nucleic Acid Sequence-Based Amplification (RNA,OT) RCA: Rolling Circle Amplification (DNA, Molecular Staging) HDA：Helicase-Dependant Amplification (DNA, Biohelix,

12、 NEB),分子诊断技术在结核病诊治中的应用,22,核酸扩增技术核酸扩增技术反应条件扩增产物检测方法代表公司RT,RNA 拷贝数 DNA拷贝数,生命力旺盛的病原体RNA转录活跃,较好的愈后指标,交叉污染少,TMA、SAT优点,RNA作为临床分子诊断靶标,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,23,RNA 拷贝数 DNA拷贝数 生命力旺盛的病原体RNA转录,二、SAT技术,同一温度下（42），以RNA为起始模板，通过M-MLV反转录酶产生一个双链DNA拷贝，然后利用T7 RNA多聚酶从DNA拷贝上产生多个（1001000个）RNA拷贝；每一个RNA拷贝再从反转录开始进入下一个扩增循环；同时，带有荧光

13、标记的探针和这些RNA拷贝特异结合，产生荧光。该荧光信号可由荧光检测仪器实时捕获，直观反映扩增循环情况,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,24,二、SAT技术 同一温度下（42），以RNA为起始模,TB-SAT操作步骤,阳性结果,阴性结果,恒温扩增 -42CRNA 检测 -起始靶标与扩增产物都是RNA扩增产物的污染更少 -RNA环境中易降解更高的扩增效率-30分钟内扩增10亿倍反应稳定 - 抑制物少,高灵敏度、特异性活菌检测操作简单、快速,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,25,TB-SAT操作步骤阳性结果阴性结果恒温扩增 -42C高,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,26,分子诊断技术在结核

14、病诊治中的应用26,MTBDRsl-鉴定XDR,MTBDRplus-鉴定MDR,MTBC-鉴定MTB复合群,MTBCM-鉴定MTB和NTM,分类,Gene-Probe(TMA/Hain)技术,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,27,MTBDRsl-鉴定XDRMTBDRplus-鉴定MDRMT,三、MTBC-鉴定MTB复合群(TMA技术),方法名称： HPV（Hybridization Protection Assay）-杂交保护分析法为Gen-probe公司专利原理： 以rRNA为靶标，采用线性探针技术检测结核分枝杆菌复合群检测设备： LEADER 50iHPA-MTD(Mycobacteri

15、um Tuberculosis Direct): 2.5h 报告，直接从标本中检测结核菌HPA-Accuprobe: 1h 报告，用菌落或自动培养系统的菌,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,28,三、MTBC-鉴定MTB复合群(TMA技术)方法名称：分子诊,样本,细胞溶解,目标 r-RNA释放,MTD技术路线,杂交体,rRNA,60C15分钟,加入探针,探针,杂交,选择性试剂,60C,化学发光读数仪,荧光检测,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,29,样本细胞溶解目标 r-RNA释放MTD技术路线杂交体rRNA,MTD技术特点,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,30,MTD技术特点分子诊断技术在

16、结核病诊治中的应用30,MTD结核分枝杆菌检测技术特点,采用分子技术快速鉴定（2.5小时）结核分枝杆菌复合群标本可以是涂片阴性或者阳性的痰标本；也可以是培养物唯一获得FDA推荐的凃阴样本快速检测技术检测RNA，RNA只能来源于活的细菌，可鉴定活动性结核病人）采用TMA恒温扩增，不使用PCR仪器，无需专业的PCR实验室认证HPA杂交保护分析技术：灵敏、特异严格的实验室防污染技术：整个实验过程所有试剂和样本全部在同一个反应管内进行，杜绝交叉污染,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,31,MTD结核分枝杆菌检测技术特点采用分子技术快速鉴定（2.5小,MTD结核分枝杆菌的直接检测意义,TB与其他分枝杆菌

17、区分 AIDS患者鸟分枝杆菌小肠黏膜感染 龟分枝杆菌引起严重院内感染（南方某医院）提高TB检出率 CSF、胸腹水等疑似患者 长期低热、ESR持续增快，排除肿瘤和免疫性疾病患者，做血、痰TB菌MTD检测,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,32,MTD结核分枝杆菌的直接检测意义TB与其他分枝杆菌区分分子诊,DNA作为临床分子诊断靶标,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,33,DNA作为临床分子诊断靶标分子诊断技术在结核病诊治中的应用3,四、MTBDRplus-鉴定MDR,方法名称： 耐多药结核病(MDR-TB)快速诊断为Hain Lifescience公司专利原理： 采用线性探针技术（Line-Pr

18、obe或称DNA-Strip）检测结核分枝杆菌复合群利福平(rpoB)和异烟肼(katG和inhA)等结核治疗药物的耐药基因来判断TB体内耐药性MTBDRplus: 6h报告结核分枝杆菌复合群鉴定与耐药结果,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,34,四、MTBDRplus-鉴定MDR方法名称：分子诊断技术在结,结核耐药的分子机制,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,35,抗结核药物 靶基因 编码的产物 靶区域和突变率 最常见突变位,MTBDRplus技术路线,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,36,MTBDRplus技术路线DNA提取PCR扩增探针杂交结果判,结果解释,野生型：有杂交带显色为“+”

19、，表示未发生突变 耐药突变位点：有杂交带显色为“+”，表示发生突变 敏感：所有野生型探针“+”和所有耐药位点探针“-” 耐药：对应药物有1条野生型探针“-”或有1条耐药位点“+”,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,37,结果解释 野生型：有杂交带显色为“+”，表示未发生突变分子诊,优势快速检测RFP和INH的耐药时间短、操作简单、安全高 特异性和灵敏度较高、重复性好主观因素影响小、更为可靠,不足不能检测所有药物的耐药基因型缺少ahpC-oxyR间隔序列范围不能取代传统细菌学检测、只能作为参考,技术特点,MTBDRplus技术,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,38,优势不足技术特点MTBDRp

20、lus技术分子诊断技术在结,MTBDRplus技术性能参数,J Clin Microbiol. 2010 Aug;45(8):2635-40. Epub 2007 May 30,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,39,方法结果比例法药敏结果耐药敏感灵敏度（%）特异度（%）符合率,MTBDRplus技术性能参数,中国人群存在一定数量的KatG S315N突变,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,40,MTBDRplus技术性能参数中国人群存在一定数量的KatG,WHO、盖茨基金会推荐使用的快速线性探针技术，可以在6小时内给出药敏鉴定结果可以做一线结核药物（异烟肼 利福平）、二线结核药物的耐药检测（

21、乙胺丁醇、氟喹诺酮类药物、可注射结核药物）标本可是涂片阳性的痰标本，或是培养物技术步骤简单：核酸提取、PCR扩增、核酸杂交仪检测每个试剂条上自带质控：CC杂交质控、AC扩增质控、TUB结核分枝杆菌质控，确保整个实验流程的可信度,HAIN-结核分枝杆菌耐药快速检测系统特点,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,41,WHO、盖茨基金会推荐使用的快速线性探针技术，可以在6小时内,五、交叉引物恒温扩增技术 (Cross Priming Amplification, CPA),本试剂盒将病原体DNA扩增、核酸杂交和核酸试纸条检测三种技术有机地融为一体，在恒温扩增反应中加入两对TB特异性引物、一对特异性探针

22、，同时一次性完成TB DNA的扩增及杂交过程，然后用3号一次性核酸检测装置对TB感染进行定性诊断，其检测灵敏度为10个病原体，高特异引物设计确保了结果的可靠性。由于待测样本的扩增（PCR管盖和石蜡油双重保护）和检测过程均在物理封闭条件下完成，所以本试剂盒具有防止实验室扩增物交叉污染，防止假阳性的效果,杭州优思达公司,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,42,五、交叉引物恒温扩增技术 本试剂盒将病原体DNA扩增,CPA技术原理图,A:引入交叉引物位点,B:交叉引物扩增,C:检测产物,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,43,CPA技术原理图A:引入交叉引物位点B:交叉引物扩增C:检测,CPA技术路线

23、图,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,44,CPA技术路线图核酸提取痰液石蜡油试剂配制63 2恒温扩,有色颗粒,抗A抗体,双重标记的特异性扩增物,阳性,抗抗体,试纸条检测结果判读原理图,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,45,有色颗粒抗A抗体双重标记的阳性抗抗体有色颗粒抗A抗体,结果的判读,阳性：试纸条出现两条红色条带，一条位于质控区（C线），一条位于检测 区（T线）且其强度L4（与附带的色卡比较）。表明样本中含有结核分枝杆菌，且其水平达到或超过本试剂盒的最低检出限 阴性：试纸条质控区（C线）出现一条红色条带，检测区（T线）没有条带或者其强度L4（与附带的色卡比较）。表明样本中不含结核分枝杆菌

24、，或其水平低于本试剂盒的最低检出限 无效：试纸条质控区（C线）未出现条带。表明试剂盒已损坏、失效或者操作有误,恒温扩增-CPA,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,46,结果的判读 阳性：试纸条出现两条红色条带，一条位于质控区（C,CPA的优势：快速，简单，灵活，稳定,Affordable低价: 不需昂贵的设备和分子实验室,Sensitive灵敏：10个菌/ml；与快培比较：87%,Specific特异：能鉴别人型和牛型结核分枝杆菌,User-friendly容易使用：不需PCR仪, 操作简单,Rapid/robust快速/稳定：样本到结果2小时,Equipment-free无仪器：仅需离心机、

25、水浴锅或金属浴,Deliverable易储运：不需冷链运输。装置可储存于室温,ASSURED,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,47,CAP技术CPA的优势：快速，简单，灵活，稳定Afforda,CPA技术性能参数,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,48,CPA技术性能参数分子诊断技术在结核病诊治中的应用48,六、环介导恒温扩增技术 (Loop-Mediated Isothermal Amplification，LAMP ),环介导恒温扩增法是日本荣研化学独立研发的一种“简便、快速、准确、廉价”的基因扩增方法。它的特征是针对目标DNA链上的六个区段设计四个不同的引物，然后再利用链置换反应在一定

26、温度下进行反应。反应只需要把基因模板、引物、链置换型DNA合成酶、基质等共同置于一定温度下（60-65）、经一个步骤即可完成。扩增效率极高，可在15min-1h内实现109-1010倍的扩增。而且由于有着高度的特异性，只需根据扩增反应产物的有无可对靶基因序列的存在与否作出判断,不需要使双链DNA先变性成单链 扩增反应在等温下可持续进行 扩增效率极高 针对六个区段使用两种不同的引物，可特异性扩增靶基因序列 仅使用一种链置换DNA聚合酶，成本低廉 扩增产物是在同一条DNA链上互补序列周而复始形成大小不一的结构 当模板是RNA时，仅需加入逆转录酶即可与DNA一样进行扩增,分子诊断技术在结核病诊治中的

27、应用,49,六、环介导恒温扩增技术 环介导恒温扩增法是日本荣研化,LAMP技术原理动画图,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,50,LAMP技术原理动画图分子诊断技术在结核病诊治中的应用50,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,51,分子诊断技术在结核病诊治中的应用51,LAMP方法建立阶段所需的试剂,DNA 扩增 RNA扩增,模板DNA引物FIPF3BIPB3BstDNA 聚合酶dNTPs反应缓冲液,模板RNA引物FIPF3BIPB3BstDNA 聚合酶逆转录酶dNTPs反应缓冲液,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,52,模板DNA模板RNA分子诊断技术在结核病诊治中的应用52,LAMP技术结果

28、判读原理图,LAMP法结果判断方式-目视检查混浊,LAMP法结果判断方式/-目视检查绿色荧光/浊度检测仪,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,53,LAMP技术结果判读原理图LAMP法结果判断方式-目,扩增反应在等温条件（6065）下连续进行 可以使用简便、廉价的扩增装置 扩增效率高、可在短时间内完成扩增 可在短时间内得出结果 有非常高的特异性 可得出“扩增反应发生=有目的菌存在”的结论 产生大量扩增产物，检测方法简便 无需用电泳、特殊探针等，可通过浊度仪、荧光目视 方法确认扩增结果 从扩增到检测可在1个反应试管内（封闭系统）完成 可防止由于扩增产物产生的污染 从RNA经一步反应可完成扩增 无需

29、另外进行逆转录反应,小结,LAMP技术特点,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,54,小结LAMP技术特点分子诊断技术在结核病诊治中的应用54,LAMP技术的应用领域,食品领域食物中毒致病菌的检测食品的卫生管理食物中毒的防止,临床领域病原菌、病毒的检测及鉴定通过SNP多态性分型决定用药量,农业领域植物病害的早期发现及蔓延防止转基因作物的检测,环境领域环境、水中病原微生物的检测,工业领域工业产品用大量DNA的生产成为可能,畜牧业领域雌雄性别判断病原微生物的检测遗传病的发现,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,55,LAMP技术的应用领域 食品领,LAMP技术性能参数,分子诊断技术在结核病诊治中的应用

30、,56,LAMP技术性能参数分子诊断技术在结核病诊治中的应用56,七、DNA微阵列（基因芯片）技术,DNA微阵列或芯片技术是利用光导化学合成、照相平板印刷以及固相表面化学合成等技术，在固相表面合成成千上万个寡核苷酸探针，或将液相合成的探针由微阵列器或机器人点样于尼龙膜或硅片上，再与放射性同位素或荧光物标记的DNA或cDNA杂交，用于分析DNA突变及多态性、DNA测序、监测同一组织细胞在不同状态下多种组织细胞基因表达水平的差异、发现新的致病基因或疾病相关基因等多个研究领域,博奥生物,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,57,七、DNA微阵列（基因芯片）技术 DNA微阵列或芯片技,基因芯片技术操作流

31、程,样品制备,试剂配制,杂交,激光共焦扫描,软件判读,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,58,基因芯片技术操作流程样品制备试剂配制杂交激光共焦扫描软件判读,分枝杆菌菌种鉴定试剂盒（DNA微阵列芯片法）同时快速检测 17 种分枝杆菌：结核、胞内、鸟、戈登、堪萨斯、偶然、瘰疬、浅黄、土、龟-脓肿、草、不色、海-溃疡、金色、苏尔加、蟾蜍及耻垢。分离株或者痰样本均可检测。 通 量：同时检测 17 种分枝杆菌速 度：6小时 versus 传统 4 周灵敏度： 103 CFU/反应特异性：防污染体系；对照设计严谨；自动判读结核分枝杆菌耐药基因检测试剂盒（DNA微阵列芯片法）基于rpoB/katG/inhA

32、的基因突变，快速检测分离株或者痰样本中结核分枝杆菌多药耐药（利福平、异烟肼）通 量：两种一线抗结核药物、8个突变位点速 度：6小时versus 传统 48 周灵敏度： 103 CFU/反应特异性：防污染体系；对照设计严谨；自动判读,基因芯片技术特点,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,59,分枝杆菌菌种鉴定试剂盒（DNA微阵列芯片法）基因芯片技术特点,基因芯片技术性能参数,分枝杆菌菌种鉴定试剂盒（DNA微阵列芯片法） 结核分枝杆菌耐药基因检测试剂盒（DNA微阵列芯片法） （基因芯片诊断耐多药结核病的临床多中心研究） 基因芯片检测和DNA测序结果的符合率为100%绝对浓度法药敏结果作为标准，基因芯

33、片法检测利福平、异烟肼耐药和耐多药的符合率分别是93.7、83.8 、82.4-中华检验医学杂志2011年第9月第34卷第9期,MTC和NTM的测序符合率分别为100%和98.4% TB分离株鉴定灵敏度和特异性分别为99.6%和100%,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,60,基因芯片技术性能参数 分枝杆菌菌种鉴定试剂盒（DNA微阵列芯,各项技术比较,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,61,各项技术比较检测方法性能检测时间耗费扩增效率靶分子储运要求温,各项技术比较,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,62,各项技术比较检测方法性能检测时间耗费扩增效率靶分子储运要求温,Thank You!,分子诊断技术在结核病诊治中的应用,63,Thank You!分子诊断技术在结核病诊治中的应用63,