Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion
von Bakterien in aus Blut abgeleiteten Proben, insbesondere in Thrombozyten-Konzentraten,
mit Hilfe einer generischen Realtime-PCR. Durch die Verwendung von spezifischen
Primern und Sonden lassen sich universell alle transfusionsmedizinisch relevanten
Bakterien in einem Amplifikationsschritt nachweisen. Es werden eine nicht kompetitive
oder eine kompetitive interne Kontroll-Nukleinsäure und mit Fluoreszenzfarbstoffen
markierte Sonden verwendet. Das Verfahren ermöglicht somit eine schnelle Detektion
von Bakterien in aus Blut abgeleiteten Proben, insbesondere Thrombozyten-Einzelproben
und ist somit besonders zum Durchsuchen („Screening") von Blutspendern geeignet.
Es werden Sensitivitäten von zwischen 2 CFU/ml und 50 CFU/ml in Abhängigkeit
vom untersuchten Bakterium erreicht.
2. Hintergrund der Erfindung
Menschliches Blut ist für die Medizin ein sehr wertvoller und
bisher unverzichtbarer Rohstoff, aus dem heute eine Vielzahl von Komponenten und
Produkten gewonnen bzw. hergestellt wird. Der sogenannte AIDS-Skandal Anfang der
90er Jahre hat die Virussicherheit von Blut und Blutprodukten in der Öffentlichkeit
wie in Fachkreisen schlagartig in den Mittelpunkt des Interesses gerückt.
Das virologische Restrisiko ist aufgrund der verschiedenen Maßnahmen,
wie Spenderselektion, ELISA-Testung und NAT-Testung, für die untersuchten transfusionsrelevanten
Viren auf ein bisher nicht gekanntes, unvorstellbar geringes Maß gesunken.
So ist das Restrisiko, das in Deutschland nach Einführung der PCR für
die drei transfusionsrelevanten Viren HCV, HIV, HBV noch verbleibt, mit 1:5,5 Mio.
für HIV, 1:4,4 Mio. für HCV und 1:620.000 Mio. für HBV (mit Pool-PCR)
und 1:820.000 für HBV mit einer Einzelproben-PCR so gering geworden, dass man
fast von keinem wirklichen virologischen Restrisiko mehr sprechen kann (1).
Demgegenüber steht jedoch ein bakterielles Restrisiko in Thrombozyten-Konzentraten
von 1:2000 bis 1:3000 (2–4). Dadurch, dass Thrombozyten-Konzentrate bei Raumtemperatur
gelagert werden, stellen sie für viele Bakterien ein ideales Nährmedium
dar und sind somit besonders gefährdet. Ferner unterscheiden sich bakterielle
von den viralen Kontaminationen darin, dass die Ausgangskonzentration zunächst
sehr gering ist (< 10 CFU/ml). Darum benötigt man ein sehr sensitives Nachweisverfahren
für die Bakteriendetektion.
Dreier et al. (J. Clin. Microbiol. 2004; 42(10):4759–4764.)
offenbaren ein RT-PCR-Verfahren zum Nachweis bakterieller Kontamination in Thrombozytenkonzentraten,
bei welchem Primer und Sonden verwendet werden, die spezifisch für konservierte
Regionen eubakterieller 23S rRNA sind. Der PCR-Mastermix, einschließlich der
Primer, wird mit 8-MOP behandelt und anschließend mit UV bestrahlt, um DNA-Kontaminationen,
die z.B. in den PCR-Reagenzien vorkommen können, zu entfernen. Bei der von
Dreier et al. beschriebenen Behandlung mit 8-MOP und anschließender UV-Bestrahlung
handelt es sich jedoch nicht um eine schonende Behandlung, die zudem dazu führen
kann, daß eine anschließende Amplifikation nicht mehr möglich ist.
Mohammadi et al. (Transfusion 2005; 45(5):731–736.) beschreiben
ein real time PCR-Verfahren zum Nachweis bakterieller Kontamination in Thrombozytenkonzentraten,
bei welchem ein universelles Primerset, das spezifisch für konservierte Regionen
eubakterieller ribosomaler DNA, nämlich der 16S rDNA, ist, verwendet wird.
Eine Vorbehandlung der Reagenzien wird nicht beschrieben.
US 6,849,430 B2 beschreibt quantitative
kompetititve und nicht-kompetitive RT-PCR unter der Verwendung eines internen homologen
RNA-Standards für die Überwachung von Mikroorganismen in Systemen für
die biologische Behandlung von Abwasser.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu
entwickeln, das eine schnelle und vor allem auch sensitive Detektion von Bakterien
in aus Blut abgeleiteten Proben, insbesondere in Thrombozyten-Konzentraten, zur
Verfügung stellt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das zur Verfügung
stellen eines Verfahrens zur Detektion von Bakterien in aus Blut abgeleiteten Proben
gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
In einem ersten Schritt (a) werden von aus Blut abgeleitete Proben
zur Verfügung gestellt.
Im nächsten Schritt (b) werden, gegebenenfalls und bevorzugt,
aus den Blut abgeleiteten Proben Aliquote steril entnommen. Dies wird bevorzugt
unter Laminar-Flow-Bedingungen durchgeführt.
Im nächsten Schritt (c) werden, gegebenenfalls und bevorzugt,
die Aliquote (aus Schritt b) zu einer Nährbouillon-Lösung zugegeben. Die
Nährbouillon-Lösung umfasst Fleischpepton, Casein-Pepton, Hefeextrakt,
NaCl und Glukose und hat einen pH-Wert von 6,8 bis 7,8.
Im nächsten Schritt (d) erfolgt, gegebenenfalls und bevorzugt,
eine Inkubation der Nährbouillon-Lösung, mit den zugegebenen Aliquoten,
bei 30 bis 40°C für mindestens 2 Stunden.
Bevorzugt ist eine Nährbouillon (Heipha Diagnostika, Heidelberg,
Deutschland) (Artikel-Nummer: 303r) enthaltend:
7,8 g Fleischpepton (meat peptone),
7,8 g Caseinpepton,
2,8 g Hefeextrakt,
5,6 g NaCl,
2,0 g Glukose,
pH 7,3 ± 0,2
Angaben beziehen sich auf einen Liter.
Die Nährbouillon ist klar und gelblich gefärbt und als Traubenzucker-Bouillon
erhältlich (bei Heipha Diagnostika).
Im nächsten Schritt (e) werden die aus Blut abgeleiteten Proben
konzentriert.
Im nächsten Schritt (f) werden die Nukleinsäuren aus den
Bakterien extrahiert unter der Verwendung eines Lyse-Puffers, der eine erste interne
Kontroll-Nukleinsäure umfasst, und unter der Verwendung von erhitztem Nuklease-freiem
Wasser zur Elution.
Im nächsten Schritt (g) werden die bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte
aus dem vorhergehenden Schritt (f) erhalten.
Im nächsten Schritt (h) wird ein PCR-Mastermix, ohne DNA-Polymerase,
hergestellt. Der PCR-Mastermix umfasst einen Satz Oligonukleotide von je einem Sense-Primer,
einem Antisense-Primer und einer Sonde, wobei der eine Satz Oligonukleotide spezifisch
für bakterielle Nukleinsäuren ist. Der PCR-Mastermix umfasst noch eine
weitere Sonde, die spezifisch für die interne Kontroll-Nukleinsäure ist.
Die zwei Sonden, die vom PCR-Mastermix umfaßt sind, sind jeweils mit zwei Fluoreszenzfarbstoffen
markiert.
Im nächsten Schritt (i) werden der PCR-Mastermix (von Schritt
h) und die (in Schritt g) erhaltenen bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte durch
Zugabe von DNAse I und nachfolgende Zugabe von Proteinase K behandelt.
Im nächsten Schritt (j) wird DNA-Polymerase zum behandelten PCR-Mastermix
(aus Schritt i) zugegeben.
Im nächsten Schritt (k) werden die behandelten bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte
(aus Schritt i) zum behandelten PCR-Mastermix, einschließlich DNA-Polymerase,
zugegeben. Es wird Nukleinsäure-Amplifizierung und die Detektion der amplifizierten
Nukleinsäuren durchgeführt.
Das Verfahren zur Detektion von Bakterien in aus Blut abgeleiteten
Proben der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
a) zur Verfügung stellen von aus Blut abgeleiteten Proben,
e) Konzentrieren der aus Blut abgeleiteten Proben,
f) Extraktion der Nukleinsäuren aus den Bakterien unter der Verwendung
eines Lyse-Puffers, der eine interne Kontroll-Nukleinsäure umfaßt, und
unter der Verwendung von erhitztem Nuklease-freiem Wasser zur Elution,
g) Erhalten der bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte aus Schritt f),
h) Herstellen eines PCR-Mastermixes ohne DNA-Polymerase, umfassend einen Satz
Oligonukleotide von je einem Sense-Primer, einem Antisense-Primer und einer Sonde,
wobei der eine Satz Oligonukleotide spezifisch für bakterielle Nukleinsäuren
ist, und weiter umfassend eine weitere Sonde, die spezifisch für die interne
Kontroll-Nukleinsäure ist, und wobei die zwei Sonden jeweils mit zwei Fluoreszenzfarbstoffen
markiert sind,
i) Behandlung des PCR-Mastermixes von Schritt h) und der in Schritt g) erhaltenen
bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte durch Zugabe von DNAse I und nachfolgende
Zugabe von Proteinase K,
j) Zugabe von DNA-Polymerase zum behandelten PCR-Mastermix aus Schritt i),
k) Zugabe der behandelten bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte aus Schritt
i) zum behandelten PCR-Mastermix, einschließlich DNA-Polymerase, und Durchführen
der Nukleinsäure-Amplifizierung, und
l) Detektion der amplifizierten bakteriellen Nukleinsäuren.
Das Verfahren zur Detektion von Bakterien in aus Blut abgeleiteten
Proben der vorliegenden E umfasst bevorzugt weiterhin die folgenden Schritte:
b) sterile Entnahme von Aliquoten der aus Blut abgeleiteten Proben unter Laminar-Flow-Bedingungen,
c) Zugabe der Aliquote aus b) zu einer Nährbouillon-Lösung, umfassend
Fleischpepton, Casein-Pepton, Hefeextrakt, NaCl und Glukose, mit einem pH-Wert von
6,8 bis 7,8,
d) Inkubation bei 30 bis 40°C für mindestens 2 Stunden.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei den aus Blut abgeleiteten
Proben um Blutproben oder um Bestandteile des Blutes enthaltende Proben, insbesondere
handelt es sich um Vollblut, Plasma, Serum oder zelluläre Blutbestandteile
enthaltende Proben. Die zellulare Blutbestandteile enthaltenden Proben sind dabei
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Thrombozyten enthaltende Proben, Thrombozyten-Konzentrate,
Einzelproben aus Pool-Thrombozyten-Konzentraten oder Thrombozyten-Apherese-Konzentrate.
Das Verfahren eignet sich sowohl zum Screening von Einzelproben aus
Pool-Thrombozyten-Konzentraten als auch aus Apherese-Konzentraten. Von jeder für
das Screening vorgesehenen Probe werden bevorzugt mindestens 3000 &mgr;l (3 ml)
Probe, wie Thrombozyten-Konzentrat-Probe, benötigt.
Erfindungsgemäß umfasst eine interne Kontroll-Nukleinsäure
mindestens eine Region, an die eine Sonde hybridisieren bzw. sich spezifisch anlagern
kann. Erfindungsgemäß umfasst eine interne Kontroll-Nukleinsäure
außerdem Regionen, an denen sich Primer, wie Sense-Primer und Antisense-Primer,
spezifisch anlagern können, so dass die interne Kontroll-Nukleinsäure
amplifiziert werden kann.
Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Region der internen
Kontroll-Nukleinsäure, an die eine Sonde hybridisieren bzw. sich spezifisch
anlagern kann, unterschiedlich zu Sequenzen des Zieltargets, der Nukleinsäuren
der Bakterien, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgewiesen werden
sollen. Das heißt eine Sonde, die spezifisch für die bakteriellen Nukleinsäuren
ist, wird nicht an die interne Kontroll-Nukleinsäure hybridisieren bzw. sich
spezifisch anlagern. Daher wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine weitere
Sonde verwendet, deren Sequenz von der internen Kontroll-Nukleinsäure abgeleitet
wurde. Bevorzugt hat die weitere Sonde die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 8.
Es wird bevorzugt, dass die interne Kontroll-Nukleinsäure eine
kompetitive oder eine nicht kompetititve Nukleotidsequenz ist bzw. eine Nukleinsäure
ist, die eine kompetitive oder eine nicht kompetititve Nukleotidsequenz umfasst.
Erfindungsgemäß zeichnet sich eine kompetitive Nukleotidsequenz
bzw. Nukleinsäure dadurch aus, dass sich die Regionen, an denen sich Primer
spezifisch für eine Amplifikation anlagern können, nicht unterscheiden
von den respektiven Regionen der Nukleinsäuren der Bakterien, die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren nachgewiesen werden sollen. Das heißt dieselben Primer, wie Sense-Primer
und Antisense-Primer, führen zur Amplifikation der nachzuweisenden bakteriellen
Nukleinsäuren und zur Amplifikation der internen kompetitiven Kontroll-Nukleinsäure.
Dahingegen sind die Regionen einer nicht kompetitiven Nukleotidsequenz
bzw. Nukleinsäure, an denen sich Primer spezifisch für eine Amplifikation
anlagern können, verschieden zu den respektiven Regionen der bakteriellen Nukleinsäuren.
Das heißt die Primer, wie Sense-Primer und Antisense-Primer, die zur Amplifikation
der nachzuweisenden bakteriellen Nukleinsäuren führen, amplifizieren nicht
zugleich die interne nicht kompetitive Kontroll-Nukleinsäure.
Weiter bevorzugt handelt es sich bei einer internen Kontroll-Nukleinsäure
um eine Nukleotidsequenz, deren Zuckerbestandteil Ribose ist. Weiter
bevorzugt handelt es sich bei einer internen Kontroll-Nukleinsäure um eine
Nukleotidsequenz aus RNA, oder modifizierten Nukleotiden, aber auch um RNA-Konstrukte,
insbesondere synthetisierte RNA-Konstrukte. Eine interne Kontroll-Nukleinsäure
kann auch eine Nukleotidsequenz aus DNA sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die interne Kontroll-Nukleinsäure
eine nicht kompetitive Nukleotidsequenz und hat die Nukleotidsequenz von SEQ ID
NO. 1 oder ein Komplementär davon.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die interne
Kontroll-Nukleinsäure eine kompetitive Nukleotidsequenz und hat die Nukleotidsequenz
von SEQ ID NO. 2 oder ein Komplementär davon.
Unter einer Multiplex-PCR versteht man die Amplifikation von mindestens
zwei Nukleinsäuresequenzen in einem Amplifikationsschritt. In einer bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden alle bekannten
Bakterien universell durch eine geeignete Wahl der Primer- und Sonden-Sequenzen
amplifiziert, sofern sie (die Bakterien) in der Untersuchungsprobe vorhanden sind.
Ferner wird die zugegebene interne Kontroll-Nukleinsäure amplifiziert und überwacht
damit die Amplifikation, vor allem in negativen Untersuchungsproben, in denen keine
Amplifikation bakterieller Nukleinsäuren stattfindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet einen PCR-Mastermix,
umfassend einen Satz Oligonukleotide von je einem Sense-Primer, einem Antisense-Primer
und einer Sonde und umfassend eine weitere Sonde.
Methoden für die Präparation und Verwendung von Sonden und
Primern werden zum Beispiel beschrieben in Sambrook et al., Molecular Cloning: A
Laboratory Manual, 2. Aufl., Vol. 1–3, Hrsg. Sambrook et al., Cold Spring
Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989; Current Protocols in Molecular
Biology, Hrsg. Ausubel et al., Greene Publishing and Wiley Interscience, New York,
1987 (mit periodischen Aktualisierungen) und Innis et al., PCR-Protokolle. A Guide
to Methods and Applications, Academic Press: San Diego, 1990. PCR-Primer-Paare können
von einer bekannten Sequenz zum Beispiel unter der Verwendung von Computerprogrammen,
welche für diesen Zweck entwickelt wurden, wie zum Beispiel PRIMER3 (http://frodo.wi.mit.edu/cgi-bin/primer3/primer3_www.cgi)
abgeleitet werden.
Der eine erfindungsgemäße Satz Oligonukleotide aus je einem
Sense-Primer, einem Antisense-Primer und einer Sonde ist spezifisch für bakterielle
Nukleinsäuren. Die Sequenzen des Sense-Primers, des Antisense-Primers und der
Sonde werden bevorzugt abgeleitet von der 16S RNA-Region von Bakterien. Dabei wurden
die in den Gendatenbanken veröffentlichen Nukleotidsequenzen der Bakterien
zugrundegelegt. Bevorzugt entsprechen die Sequenzen der Primer einem Teilbereich
der 16S rRNA, der in allen bekannten Bakterien sehr konserviert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der 1. Sense-Primer
die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 3 oder ein Komplementär davon, der 1. Antisense-Primer
die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 4 oder ein Komplementär davon und die Sonde
1 die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 5 oder ein Komplementär davon.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wenn eine nicht
kompetitive Kontroll-Nukleinsäure verwendet wird, umfaßt der PCR-Mastermix
einen weiteren Satz Oligonukleotide, der aus einem weiteren Sense-Primer, einem
weiteren Antisense-Primer und der weiteren Sonde besteht, die jeweils spezifisch
für die interne (nicht kompetitive) Kontroll-Nukleinsäure sind. Die Sequenzen
des Sense-Primers, des Antisense-Primers und der Sonde werden bevorzugt abgeleitet
von der Sequenz der internen (nicht kompetitiven) Kontroll-Nukleinsäure, wie
SEQ ID NO. 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der weitere Sense-Primer
die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 6 oder ein Komplementär davon, der weitere
Antisense-Primer die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 6 oder ein Komplementär
davon und die weitere Sonde die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 8 oder ein Komplementär
davon.
Bei der internen (nicht kompetitiven) Kontroll-Nukleinsäure mit
SEQ ID NO. 1 handelt es sich um ein synthetisiertes RNA-Konstrukt, welches als Target
für die Primer mit den SEQ ID NOs. 6 und 7 sowie für die zugehörige
Sonde mit SEQ ID NO. 8 dient.
Die weitere Sonde mit SEQ ID NO. 8 erkennt sowohl die interne Kontroll-Nukleinsäure
mit SEQ ID NO. 1 als auch die interne Kontroll-Nukleinsäure mit SEQ ID NO.
2.
Die erfindungsgemäß jeweils verwendeten Sense-Primer, Antisense-Primer,
Sonden und internen Kontroll-Nukleinsäuren, wie SEQ ID NOs. 1 bis 8, sind bevorzugt
Nukleinsäuren, deren Zucker eine Ribose ist, insbesondere handelt es sich um
RNA.
Die Sonden, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
werden, sind mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert, insbesondere solche, die für
Realtime-PCR geeignet sind. Dabei handelt es sich bevorzugt um einen Fluoreszenzdonor
oder -reporter und einen Fluoreszenzakzeptor oder -quencher sind. Eine Sonde ist
bevorzugterweise mit einem Paar aus jeweils einem Fluoreszenzdonor oder -reporter
und einem Fluoreszenzakzeptor oder -quencher markiert.
Erfindungsgemäß geeignete Fluoreszenzdonoren oder -reporter
sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend, aus FAM, VIC, Joe, und Hex oder vergleichbaren
Fluoreszenzdonoren/-reportern. Erfindungsgemäß geeignete Fluoreszenzakzeptoren
oder -quencher sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TAMRA, BodyPi 564/570,
Cy5, Black Hole Quencher 2, Black Hole Quencher 3 oder vergleichbaren Fluoreszenzakzeptoren/-quenchern.
In einer besonderen Ausführungsform ist eine Sonde mit FAM und
TAMRA markiert und die andere Sonde ist mit VIC und TAMRA markiert. Weiter bevorzugt
ist die Sonde, die für die bakteriellen Nukleinsäuren spezifisch ist,
mit FAM/TAMRA markiert, und die weitere Sonde, die für die interne Kontroll-Nukleinsäure
spezifisch ist, mit VIC/TAMRA (5).
Bevorzugterweise umfasst das Konzentrieren der Proben in Schritt e)
des erfindungsgemäßen Verfahrens Zentrifugieren. Dabei werden bevorzugterweise,
die in der Probe enthaltenen Bestandteile, wie Thrombozyten und Bakterien, angereichert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mit Barcode etikettierte Gefäße,
die die Proben enthalten, 15 Minuten bei mind. 5000 × g zentrifugiert. Anschließend
wird der Überstand verworfen.
Erfindungsgemäß werden der PCR-Mastermix vor Zugabe der
DNA-Polymerase (aus Schritt h) und die bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte (aus
Schritt g) vor der Nukleinsäure-Amplififizierung behandelt. Durch diese Behandlung
wird die Sensitivität des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Detektion
von bakteriellen Nukleinsäuren in der nachfolgenden Realtime-PCR signifikant
erhöht. Die erreichte Sensitivität ist abhängig vom untersuchten
Bakterium und schwankt zwischen 2 CFU/ml und 50 CFU/ml.
Im Gegensatz dazu erreichen bisherige Verfahren eine Sensitivität
von 1000 CFU/ml (wie ScansystemTM, Hemosystem, Marseille, Frankreich).
Diese Behandlung (in Schritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens)
umfasst zum einen die Zugabe von DNAse I und eine Inkubation bei 30 bis 40°C,
weiter bevorzugt bei 37°C, und ein anschließendes Erhitzen auf über
90°C bis 110°C, weiter bevorzugt auf 95°C. Die Inkubation bei 30
bis 40°C, weiter bevorzugt bei 37°C, erfolgt bevorzugt über einen
Zeitraum von mindestens 60 min, weiter bevorzugt 30–120 min, noch weiter
bevorzugt 60 min. Das Erhitzen auf über 90°C, weiter bevorzugt auf 95°C,
wird über einen Zeitraum von 5–30 min, weiter bevorzugt 10 min, durchgeführt.
Diese Behandlung (in Schritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens)
umfasst weiterhin die nachfolgende Zugabe von Proteinase K und eine Inkubation bei
50 bis 60°C, weiter bevorzugt bei 56°C, und anschließendes Erhitzen
auf über 90°C bis 110°C, weiter bevorzugt auf 95°C. Die Inkubation
bei 50 bis 60°C, weiter bevorzugt bei 56°C, erfolgt bevorzugt über
einen Zeitraum von mindestens 10 min, weiter bevorzugt 5–30 min, noch weiter
bevorzugt 10 min. Das Erhitzen auf über 90°C, weiter bevorzugt auf 95°C,
wird über einen Zeitraum von 5–30 min, weiter bevorzugt 10 min, durchgeführt.
In Schritt j) wird die DNA-Polymerase zum behandelten PCR-Mastermix
zugegeben. Geeignete RNA-Polymerasen und DNA-Polymerasen sind dem Fachmann bekannt.
Besonders geeignet sind Taq-Polymerase, Superscript III, Tth, Superscript I.
Die Nukleinsäure-Amplifizierung in Schritt k) ist bevorzugt eine
Multiplex-PCR, weiter bevorzugt eine Multiplex-Realtime-PCR. Bevorzugt erfolgt zunächst
eine reverse Transkription, bei der die vorhandene bakterielle RNA und die interne
Kontroll-RNA in eine cDNA umgeschrieben wird. Im weiteren erfolgt dann die Amplifikation
der cDNA durch eine DNA-Polymerase.
Die Detektion der amplifizierten bakteriellen Nukleinsäuren erfolgt
mittels des Realtime-Prinzips. Bindet/hybridisiert dabei eine Sonde
an ihrer Zielsequenz, wird der Reporter der Sonde durch die Exonukleasefunktion
der DNA-Polymerase, wie Taq-Polymerase, im Verlauf der Amplifikation abgespalten.
Der Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) vom Reporter zum Quencher kann
somit aufgrund der räumlichen Distanz nicht mehr erfolgen. Die emittierte Energie
des Reporters wird als positives Signal aufgezeichnet. Da der Reporter der für
die bakteriellen Nukleinsäuren spezifischen Sonde (z.B. FAM-markierte Sonde)
Fluoreszenz in einem anderen Wellenbereich emittiert als der Reporter der weiteren
Sonde, die für die interne Kontroll-Nukleinsäure spezifisch ist (z.B.
VIC-markierte Sonde), können beide Amplifikationen voneinander unterschieden
werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, alle transfusionsrelevanten
Bakterien (z. B. Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia
coli, Bacillus cereus und Klebsiella pneumoniae) zu detektieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform amplifizieren die verwendeten
Primer und Sonden in einem sehr konservierten Bereich der bakteriellen 16S mRNA.
Von daher ist eine universelle Amplifikation in allen Bakterien möglich. Gezeigt
werden konnte dies bisher für folgende Bakterien:
– Staphylococcus chonii
– Streptococcus saccharolyticus
– Bacillus suppecies
– Micrococcus luteus
– Propionibakterium acnes
– Klebsiella pneumoniae
– Escherichia coli
– Staphylococcus aureus
– Staphylococcus epidermidis
Weiter bevorzugt kann die Anwesenheit dieser Bakterien, insbesondere
Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Bacillus cereus
und Klebsiella pneumoniae, gleichzeitig detektiert werden, d.h. die Bakterien bzw.
deren bakterielle Nukleinsäuren werden in nur einem Verfahren, das einen Amplifikationsschritt
(Schritt k) umfasst, nachgewiesen.
Es werden dabei Sensitivitäten von zwischen 2 CFU/ml und 50 CFU/ml
in Abhängigkeit vom untersuchten Bakterium erreicht.
Durch die Verwendung von unterschiedlichen Sonden in der erfindungsgemäßen
Kombination von einer spezifischen Sonde für die Bakterien und einer Sonde
für die interne Kontroll-Nukleinsäure (mit VIC als Reporter und TAMRA
als Quencher) ist eine generische Amplifikation von transfusionsmedizinisch relevanten
Bakterien (wie zum Beispiel S. aureus, S. epidermidis, K. pneumoniae, B. Cereus)
möglich. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren für das Screening
von Thrombozytenproben von Einzelproben geeignet.
Der Vorteil einer gemeinsamen Amplifikation in einem Reaktionsansatz
liegt im geringeren Materialverbrauch an Reagenzien (Enzymen, Primer) sowie in einer
Reduzierung der Amplifikationsgeräte (Thermocycler). Die Anwendung des erfindungsgemäßen
Primerdesigns ermöglicht die parallele Amplifikation von Bakterien und einer
internen Kontroll-Nukleinsäure, ohne dass die Amplifikationseffizienz bei Bakterien
relevant reduziert wird.
Durch die spezielle Vorbehandlung des PCR-Mastermixes sowie der bakteriellen
Nukleinsäure-Extrakte kann eine unspezifische Amplifikation bei den Negativkontrollen
sowie bei den Wasserkontrollen vermieden werden. Eine Reduzierung der Amplifikationseffizienz
würde deutlich werden in einer Verschiebung des CT-Wertes (Cycle Treshold-Wert
= der Amplifikationscyclus, in dem das spezifische Fluoreszenzsignal gegenüber
dem Hintergrund detektiert wird). Eine Verschiebung des CT-Wertes bei den Positivkontrollen
tritt nicht auf. Durch die spezielle Behandlung wurde die Sensitivität des
Bakterien-Realtime-PCR signifikant erhöht.
Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Figuren und Beispielen
illustriert. Durch die beschriebenen Beispiele/Figuren wird gezeigt, dass die erfindungsgemäßen
Primer/Sonden-Kombinationen der Bakterien-Multiplex-PCR zuverlässig alle untersuchten
transfusionsmedizinisch relevanten Bakterien nachweist. Ferner ist die Durchführung
der beschriebenen Kombination aus spezifischen Primern, Sonden und interner Kontrolle
zum Screening von Thrombozyteneinzelproben geeignet. Die Sensitivität ist abhängig
vom untersuchten Bakterium und schwankt zwischen 2 CFU/ml und 50 CFU/ml.
FigurenFig. 1. Amplifikationsblot einer Realtime-Multiplex-Amplifikation ohne
Inaktivierung des PCR-Mastermixes.
Untersucht wurde das Bakterium Staphylococcus aureus (PEI-23-03).
Proben mit einer Bakterienkonzentration von 104 CFU/ml und 105
CFU/ml zeigen einen stärkeren Signalanstieg als Proben mit einer geringeren
Bakterienkonzentration. Aufgrund dessen, dass auch negative Kontrollproben einen
Signalanstieg zeigen, liegt die Nachweisgrenze für diese PCR bei > 1000
CFU/ml.
Fig. 2. Amplifikationsblots von Realtime-Multiplex-Amplifikation mit Inaktivierung
des PCR-Mastermixes.
Untersucht wurde das Bakterium Klebsiella pneumoniae (PEI-08-07).
A
ohne DNAse I-Behandlung.
B
mit DNAse I-Behandlung und nachfolgender Proteinase K-Behandlung.
Durch die Behandlung mit DNAse I und Proteinase K kommt es zu einer
Reduktion des unspezifischen Signals bei den Negativkontrollproben sowie bei den
Wasserkontrollenproben (NTC = No Template Control), ohne dass dadurch der CT-Wert
der Positivproben verschoben wird.
Fig. 3. Vergleichende Untersuchung zwischen der Realtime-Multiplex-PCR
sowie zwei weiteren Nachweisverfahren für Bakterien (FACS-Methode und ScansystemTM)
in Thrombozytenkonzentraten.
Untersucht wurden 4 transfusionsrelevante Bakterien: Staphylococcus
aureus (S. aureus), Escherichia coli (E. coli), Bacillus cereus (B. cereus) und
Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae). Die Thrombozytenkonzentrate wurden mit zwei
unterschiedlichen Bakterienkonzentrationen gespikt, 10 CFU/ml (A und B) und 10 CFU/Beutel
(C und D).
BeispieleMaterialien:1. Enzyme
Folgende Enzyme wurden verwendet:
ProduktRNasinDNAse 1Proteinase KSuperscript IIILieferantPromegaRocheFermentasInvitrogenKatalognr. LieferantN2515776785/001EO04918080-085InhaltsstoffeRibonuklease-InhibitorDNAse IProteinase KM-MLV RT mit RNase H AktivitätKonzentration40 IU/&mgr;l10000 U/ml600u/ml200 IU/&mgr;l(10U/&mgr;l)(20mg/ml)
2. Interne Kontroll-Nukleinsäuren
Folgendes Oligonukleotid wurde als interne Kontroll-Nukleinsäure
verwendet und zu dem Lyse-Puffer vor der Extraktion addiert wird („gespikt").
Dabei handelt es sich bevorzugt um ein RNA-Konstrukt, das als nicht kompetitive
Kontrolle fungiert.
ProduktInterne KontrolleHerstellerBSD BaWüHeStocklösung Lotnr.Bak-ICInhaltsstoffeOligonukleotid (RNA)Sequenz5'-GGG AGA AAC CCA CUG CUU AAG CCU CAA
UAA AGC UUGCCU UGA GCU AGA CUC CCU AGC AAU CAA UGC
AUU UCU CUAGCA GUG GCG CCC GAA CAG GGA CCU GAA AAA
AAA AAA AAA= SEQ ID NO. 1AAA AAA AAA AAA AA-3'Konz. Stammlösung3,84 × 1012 Kopien/&mgr;lKonz. AliquotSoll Ct 24 ± 4 CtKonz. pro PCR-Ansatzca. 150 Kopien/PCR
Folgendes Oligonukleotid kann als interne Kontroll-Nukleinsäure
verwendet und zu dem Lyse-Puffer vor der Extraktion addiert werden („gespikt").
Dabei handelt es sich um ein RNA-Konstrukt, das als kompetitive Kontrolle fungiert.
ProduktInterne KontrolleHerstellerBSD BaWüHeStocklösung Lotnr.InhaltsstoffeOligonukleotid (RNA)Sequenz5'-GGG AGA AAC CCA CUG CUU AAC UCA AAG
GAA UUG ACGGG GCU AGA CUC CCU AGC AAU CAA UGC AUU
UCU GUC GUCAGC UCG UGU CGU GGA CCU GAA AAA AAA AAA
AAA AAA= SEQ ID NO. 2AAA AAA AAA AA-3'Konz. Stammlösung3,84 × 1012 Kopien/&mgr;lKonz. AliquotSoll Ct 24 ± 4 CtKonz. pro PCR-Ansatzca. 150 Kopien/PCR
3. Primer und Sonden
Folgende Primer und Sonden wurden für eine Multiplex-PCR verwendet,
bei welcher eine nicht kompetitive interne Kontroll-Nukleinsäure (SEQ ID NO.
1) verwendet wurde. Bei den Primern und Sonden handelt es sich bevorzugt um RNA
(Nukleotid T entspricht dann U).
Produkt1. Sense
Primer1. Antisense
PrimerSonde 12. Sense
Primer IC2. Anti-Sense
Primer ICSonde 2
ICKennzeichnungBAC 1BAC 2BAC 3IC 1IC 2IC 3LieferantvariabelVariabelvariabelvariabelvariabelABIKatalognr.onlineonlineonlineonlineonlineonlineBestellungBestellungBestellungBestellungBestellungBestellungInhaltsstoffeOligoOligoOligoOligoOligoOligonukleotidnukleotidnukleotidnukleotidnukleotidnukleotidSequenz5' AAC5' ACG5' CAC5' AAG5' GTT5' CTATCAACAAAGCCTCGGGACAAGCGACGGCAAGCGTCCGAAGCTTGGTAACCACTATTGGACAGCAGCCTGGCAACGGAC 3'ATGTTGCTA G 3'ATCGG 3'TGG T 3'CCTAATTGA 3'GCATT 3'SEQ ID NO.345678Fluoreszenzfarbstoffen. a.n. a.5'FAM
3'TAMRAn. a.n. a.5'VIC
3'TAMRAAufreinigungHPLCHPLCHPLCHPLCHPLCHPLC
Der 1. Sense-Primer, der 1. Antisense-Primer und Sonde 1 bilden einen
Satz Oligonukleotide. Der weitere (2.) Sense-Primer, der weitere (2.) Antisense-Primer
und die weitere Sonde (2) bilden einen weiteren Satz Oligonukleotide, der spezifisch
für die interne Kontroll-Nukleinsäure ist und deren Sequenzen von der
internen Kontroll-Nukleinsäure abgeleitet wurden.
4. Positivkontrollen
Folgende bakterielle Positivkontrolle wurde verwendet:
ProduktPositivkontrollen (100 CFU/ml)HerstellerBSD BaWüHeInhaltsstoffeK. pneumoniae (PEI-08-07)Plasmakonservennr.020150871Konz der Plasmakonserve2,77 × 108 CFU/mlKalibriertPEI Standard
Beispiel 1 Extraktion der Nukleinsäuren aus den Bakterien in den untersuchten
Proben
Dazu wird ein kommerzieller Extraktionskit verwendet, bevorzugt ein
Qiagen Viral Extraktions Kit [Qiagen 52904 Qiamp Viral RNA mini Kit (5)]. Es wird
nach dem folgenden modifizierten Protokoll verfahren:
1. Vorbereiten der Extraktionsreagenzien
Alle Extraktionsreagenzien werden entsprechend der Herstellerangaben
(Qiagen) vorbereitet. Aliquote des Nuklease-freien Wassers werden bei 2–8°C
aufbewahrt und nur einmal verwendet. Alle anderen Reagenzien werden bei Raumtemperatur
gelagert. Der Puffer AVL (Bestandteil des Qiagen-Kits) wird bei 2–8°C
im Kühlschrank aufbewahrt. Vor Verwendung müssen durch Erwärmen auf
80°C für maximal 5 Minuten die präzipitierten Salze gelöst werden.
2. Spiken der internen Kontroll-Nukleinsäure (IC) zum Lyse-Puffer
Die interne Kontroll-Nukleinsäure überwacht die Effizienz
der Extraktion und vor allem der späteren Amplifikation. Die Zugabe der internen
Kontroll-Nukleinsäure (IC) muss mit gestopften Pipettenspitzen durchgeführt
werden. Es wurde die interne Kontroll-Nukleinsäure SEQ ID NO. 1 verwendet.
3. Extraktion von Einzelproben
• Zu dem Zellpellet werden 400&mgr;l mit IC gespiktes AVL pipettiert,
es wird gut gevortext, in der Minifuge wird kurz herunter zentrifugiert und 10 min.
bei RT stehen gelassen.
• 400&mgr;l Ethanol werden zur Probe pipettiert, es wird gut ge-vortext
und herunter zentrifugiert (Minifuge).
• Die Hälfte der Lösung wird mit einer Einmaltransferpipette
auf die Säule gegeben, 1 min. bei 8000 U/min (6082 × g) zentrifugiert,
Collection Tube wird verworfen und Säule in ein neues Collection Tube gegeben.
• Die zweite Hälfte der Lösung wird mit einer Einmaltransferpipette
auf die Säule gegeben, 1 min. bei 8000 U/min (6082 × g) zentrifugiert,
Collection Tube wird verworfen und Säule in ein neues Collection Tube gegeben.
• 500&mgr;l AW 1 (Waschlösung Kit Bestandteil des Qiamp Viral
RNA min Kit) wird auf die Säule pipettiert, 1 min. bei 8000 U/min zentrifugiert,
Collection Tube wird verwerfen und Säule in ein neues Collection Tube gegeben.
• 500&mgr;l AW 2 (Waschlösung Kit Bestandteil des Qiamp Viral
RNA min Kit) wird auf die Säule pipettiert, 1 min. bei 8000 U/min zentrifugiert,
Collection Tube wird verworfen und Säule in ein neues Collection Tube gegeben.
• Es wird 2 min. bei 13.000 U/min (16.060 × g) zentrifugiert und
Collection Tube wird verworfen.
• Säulen werden auf vorbereitete etikettierte RNase-freie Reaktionsgefäße
gesetzt.
• Es wird 40&mgr;l 80°C heißes Nuklease-freies Wasser auf
die Säule pipettiert, 1 min. bei 8000 U/min zentrifugiert – nicht mehr
als 6–8 Proben auf einmal
• Säule wird verworfen, Eluat = bakterielles Nukleinsäure-Extrakt
Die Extrakte werden bis zur Weiterverarbeitung maximal 1 Stunde bei
Kühlschranktemperatur aufbewahrt. Bei längerfristiger Aufbewahrung sind
die Extrakte bei –20°C zu lagern.
Beispiel 2 Vorbereitung und Behandlung des PCR-Mastermixes und der bakteriellen
Nukleinsäure-Extrakte
Dabei wird wie folgt vorgegangen:
1. Herstellen des Mastermixes (Zusammensetzung, siehe Tabelle 1) ohne die DNA-Polymerase
(z.B. Taq)
2. Zugabe von 1&mgr;l DNAse I zu dem Mastermix sowie zu den bakteriellen Nukleinsäure-Eluaten
der Proben
3. Inkubation bei 37°C für 60 min, anschließend Erhitzen auf
95°C für 10 min
4. Zugabe von Proteinase K (1&mgr;l [20mg/ml]), Inkubation bei 56°C 10
min, anschließend Erhitzen auf 95°C für 10 min
5. Zugabe der DNA-Polymerase (z.B. Taq) zu dem Mastermix
Die Einheiten „mM" und „&mgr;M" stehen im Folgenden
für die Einheiten mmol/l bzw. mmol/l. Tabelle 1 Zusammensetzung des PCR-Mastermixes
Material1facher Mix
[&mgr;l]60facher Mix
[&mgr;l]MgCl2
(3mM)7,67460,2TB-Puffer5300U-Mix
(200&mgr;M)42401. Sense-Primer
(10&mgr;M)
SEQ ID NO. 331801. Antisense-Primer
(10&mgr;M)
SEQ ID NO. 43180Sonde 1
(10&mgr;M)
SEQ ID NO. 50,5302. Sense-Primer
(10&mgr;M)
SEQ ID NO. 631802. Antisense-Primer (10&mgr;M)
SEQ ID NO. 73180Sonde 2
(10&mgr;M)
SEQ ID NO. 80,530Taq-Polymerase
(1U/&mgr;l)0,159Rnase out (RNasin)
(40 IU/&mgr;l)0,159RT SS III
(200 IU/&mgr;l)0,031,8Gesamtvolumen301800
Beispiel 3 Amplifikation auf dem TaqMan ABI 7000 (9600 Emulation Mode)
oder Taq-Man ABI 77001. Voreinstellungen bei der Erstellung eines neuen PCR-Laufs am ABI 7000
Wählen Sie auf dem ABI PRISM® 7000 SDS den unter
File befindlichen Menüpunkt New an und stellen Sie für das neue Dokument
die folgenden Grundeinstellungen ein: Assay: Absolute Quantitation; Container: 96-Well
Clear; Template: Blank Document. Bestätigen Sie Ihre Eingaben (OK).
Es ist sinnvoll alle Einstellungen der Programmierung eines Bak-PCR-Laufs
in Form eines Templates (SDS Template [*.sdf]) zu speichern, das dann jederzeit
zur Verfügung steht.
2. Auswahl der Detektoren
Im Hauptmenü unter dem Punkt Tools-Detector Manger wählen
Sie unter der Option File-New an und nehmen folgende Einstellungen vor:
Durch Bestätigung der Eingaben mit OK kehren Sie zum Detector
Mangager zurück. Markieren Sie die erstellten Detektoren
und diese durch Anklicken der Option Add to Plate Document zum Well Inspector. Mit
Done schließen Sie das Fenster.
3. Zuordnung der notwendigen Informationen zu den Plattenpositionen
Die unter View befindliche Option Well Inspector wird geöffnet.
Markieren Sie die zum Bak Nachweis belegten Plattenpositionen und ordnen Sie diesen
Positionen die ausgewählten Detektoren zu, indem Sie die Use-Option beider
Detektoren aktivieren. Unter Sample Name können Sie die Probenbezeichnung eingeben.
Wählen Sie dann für jeden Probentyp die Funktion (Task) fest:
Alternativ können Sie ein extern erstelltes Sample Setup mit
allen Informationen zu Detektoren und Probenbezeichnung importieren indem Sie im
Menü File-Import-Sample Setup die entsprechende Excel-Datei anwählen.
Zur genauen Struktur dieser Liste lesen Sie bitte im ABI-7000 User Guide nach.
Außerdem muß darauf geachtet werden, dass als passive Referenz
der Farbstoff ROX im Well Inspector eingestellt ist.
4. Eingabe des Temperaturprofils
In der SDS-Software erfolgt die Programmierung der Thermocyclerbedingungen
auf der Instrument-Ebene. Folgendes Temperaturprofil ist für die DRK Bak PCR
zu verwenden:
Es muss darauf geachtet werden, dass der Emulation Mode aktiviert
ist und ein Reaktionsvolumen von 50&mgr;l eingestellt wurde.
5. Speichern des PCR-Laufs
An dieser Stelle können Sie die eingegebenen Einstellungen (Setup)
als Maske abspeichern, um sie für spätere Anwendungen in veränderter
oder unveränderter Form erneut zu nutzen. Durch das Abspeichern der Einstellungen
als SDS Template (*.sdt) in dem Ordner Template Directory (Lokales Laufwerk [C:]\Program
Files\ABI PRISM 7000\Templates, angelegt von Applied Biosystems) ist diese Datei
aus der Template Drop-down-Liste in dem New Document-Fenster direkt anwählbar.
In anderen Ordnern gesicherte Vorlagen müssen über Browse geöffnet
werden. Vor dem Starten des PCR-Laufs achten Sie bitte darauf, diesen erneut als
SDS Document (*.sds) abzuspeichern. Damit stellen Sie die Speicherung der sich im
Verlauf der PCR gesammelten Daten sicher.
6. Starten des PCR-Laufs
Starten Sie den PCR-Lauf durch Anwählen der Option Start unter
dem Menüpunkt Instrument oder des Feldes Start auf der Instrument-Ebene.
7. Auswertung der Bakterien Multiplex Realtime PCR
Eine vorliegende, gültige Kalbrierung der Farbstoffe (Pure Spectra
Component File) und des Hintergrundes (Background Component File) ist bei Inbetriebnahme
der Geräte unbedingt erforderlich. Diese Kalibrierungsdateien werden wie folgt
zur exakten Berechnung der Ergebnisse benötigt: Sämtliche die Messung beeinflussenden gerätebedingten
Störsignale werden von der Sequence Detection Software der ABI PRISM®
Sequence Detection Systems mit Hilfe des Background Component Files eliminiert.
Zudem treten bei Multicolor-Analysen Interferenzen zwischen den Emissionssprektren
der einzelnen Fluoreszenzfarbstoffe auf. Die Software der ABI PRISM®
SDS kompensiert diese Interferenzen durch Verrechnung mit den im Pure Spectra Component
File gespeicherten Spektraldaten der einzelnen Farbstoffe. Die Zuordnung der im
Verlauf der PCR über das gesamte messbare Spektrum gesammelten Fluoreszenzdaten
zu den programmierten Detektoren nimmt die Software ebenfalls mit Hilfe der Pure
Spectra Components vor. Anschließend werden die ermittelten Fluoreszenzdaten
der einzelnen Farbstoffe zur Verrechnung von tube-to-tube Variationen (Fluoreszenzunterschiede
zwischen verschiedenen PCR-Ansätzen) durch das Signal der passiven Referenz
(ROX) geteilt. Die auf diese Weise normalisierten Signale können mit Hilfe
des Amplification Plots ausgewertet werden.
Die bei der Auswertung eines PCR-Laufs genutzten Kalibrierungsdateien
werden beim Abspeichern automatisch mitgesichert. Sollten keine Kalibrierungsdateien
installiert sein, erstellen Sie diese Dateien bitte unter Beachtung der Anleitung
im ABI PRISM® SDS User Guide/Manual.
Beispiel 4 Realtime-Multiplex-Amplifikation ohne Inaktivierung des PCR-Mastermixes
Untersucht wurde das Bakterium Staphylococcus aureus (PEI-23-03).
Es erfolgte die in Beispielen 1 und 3 beschriebene Extraktion und Amplifikation,
ohne dass der Master-Mix, wie in Beispiel 2 beschrieben, mit DNAse I und Proteinase
K vorbehandelt wurde.
Der Amplifikationsblot (1) zeigt einen
spezifischen Signalanstieg für alle Proben. Proben mit einer Bakterienkonzentration
von 104 CFU/ml und 105 CFU/ml zeigen einen stärkeren
Signalanstieg als Proben mit einer geringeren Bakterienkonzentration. Aufgrund dessen,
dass auch negative Kontrollproben einen Signalanstieg zeigen, liegt die Nachweisgrenze
für diese PCR bei > 1000 CFU/ml.
Beispiel 5 Realtime-Multiplex-Amplifikation mit Inaktivierung des PCR-Mastermixes
Untersucht wurde das Bakterium Klebsiella pneumoniae (PEI-08-07).
Es erfolgte die in Beispielen 1 und 3 beschriebene Extraktion und Amplifikation.
Vor der Durchführung der PCR wurden jedoch sowohl der Master-Mix als auch die
extrahierten Eluate der Untersuchungsproben (= bakterielle Nukleinsäure-Extrakte),
die Negativkontrollen und auch das Untersuchungswasser, wie in Beispiel 2 beschrieben,
mit DNAse I und anschließend mit Proteinase K behandelt.
In diesem Experiment zeigt sich (siehe 2),
dass es durch die Behandlung mit DNAse I und Protinase K zu einer Reduktion des
unspezifischen Signals bei den Negativkontrollproben sowie bei den Wasserkontrollenproben
kommt, ohne dass dadurch der CT-Wert (Cycle-Treshhold Wert) der Positivproben verschoben
wird.
Beispiel 6 Sensitvität der Realtime-Multiplex-PCR.
Es wird eine Verdünnungsstufe des Bakteriums Klebsiella pneumoniae
(PEI-08-07) von 2 × 106 CFU/ml bis 2 × 100 CFU/ml
pipettiert und anschließend extrahiert, behandelt und amplifiziert, wie in
den Beispielen 1 bis 3 beschrieben.
Ergebnis: Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Realtime-Bakterien-Multiplex-PCR
lässt sich noch bei 2 CFU/ml eine spezifische Amplifikation des untersuchten
Bakteriums nachweisen und von den Negativkontrollen und den Wasserkontrollen unterscheiden.
Beispiel 7 Vergleichende Untersuchung zwischen der Realtime-Multiplex-PCR
sowie zwei weiteren Nachweisverfahren für Bakterien (FACS-Methode und ScansystemTM)
in Thrombozytenkonzentraten.
Untersucht wurde in einer abschließenden Vergleichsstudie die
vorliegende Bakterien-PCR mit zwei weiteren bakteriellen Nachweisverfahren, und
zwar der FACS-Methode und ScansystemTM [Hemosystem, Marseille, Frankreich].
Untersucht wurden 4 transfusionsrelevante Bakterien, und zwar
– Staphylococcus aureus (S. aureus)
– Escherichia coli (E. coli)
– Bacillus cereus (B. cereus) und
– Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae)
Die Thrombozytenkonzentrate wurden mit zwei unterschiedlichen Bakterienkonzentrationen
gespikt (10 CFU/ml und 10 CFU/Beutel). Jeder Versuch wurde in 10 Replikaten getestet.
Bei den Beuteln handelt es sich um Beutel von Terumo Corporation, 051005S2, steriler
Lagerungsbeutel für Thrombozyten.
Die 3A–D zeigen unabhängig
vom Bakterium bezogen auf die untersuchten Nachweismethoden die höchste Sensitivität
für die Realtime-Bakterien-Multiplex-PCR.
Referenzen
1. Offergeld R, Ritter S, Faensen D, Hamouda O. [Infection epidemiological data
among blond donors in Germany 2003–2004. Report of the Robert Koch Institute
in accordance with Article 22 of the Transfusion Act]. Bundesgesundheitsblatt Gesundheitsforschung
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2. Schmidt M HM, Heck J, Weis C, Montag T, Nicol SB, Seifried E. ScansystemTM
Enables Rapid and Sensitive Bacterial Detection in Platelets Stored in Additive
Solution with Implementation of Standard Positive Control Capsules. Transfus Med
Hemother 2006.
3. Schmidt M HM, Wahl A, Nicol SB, Montag T, Roth WK, Seifried E. Fluorescence
quencher improves Scansystem for rapid bacterial detection. Vox Sang 2006.
4. Schmidt M, Weis C, Heck J, et al. Optimized Scansystem platelet kit for bacterial
detection with enhanced sensitivity: detection within 24 h after spiking. Vox Sang
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5. Schmidt M, Hourfar MK, Nicol SB, Wahl A, Heck J, Weis C, Tonn T, Spengler
HP, Montag T, Seifried E and Roth WK. A comparison of three rapid bacterial detection
methods under simulated real-life conditions. Transfusion 2006, accepted.
6. McDonald C, Pearce S, Wilkins K, Colvin J, Robbins S, Colley L, Taylor J
and Barbara J. Pall eBDS: an enhanced bacterial detection system for screening platelet
concentrates. Transfusion Medicine 2005; 15: 259–268.
SEQUENCE LISTING
Anspruch[de]
Verfahren zur Detektion von Bakterien in aus Blut abgeleiteten Proben,
umfassend
a) zur Verfügung stellen von aus Blut abgeleiteten Proben,
e) Konzentrieren der aus Blut abgeleiteten Proben,
f) Extraktion der Nukleinsäuren aus den Bakterien unter der Verwendung eines
Lyse-Puffers, der eine interne Kontroll-Nukleinsäure umfaßt, und unter
der Verwendung von erhitztem Nuklease-freiem Wasser zur Elution,
g) Erhalten der bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte aus Schritt f),
h) Herstellen eines PCR-Mastermixes ohne DNA-Polymerase, umfassend einen Satz Oligonukleotide
von je einem Sense-Primer, einem Antisense-Primer und einer Sonde, wobei der eine
Satz Oligonukleotide spezifisch für bakterielle Nukleinsäuren
ist, und weiter umfassend eine weitere Sonde, die spezifisch für die interne
Kontroll-Nukleinsäure ist, und wobei die zwei Sonden jeweils mit zwei Fluoreszenzfarbstoffen
markiert sind,
i) Behandlung des PCR-Mastermixes von Schritt h) und der in Schritt g) erhaltenen
bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte durch Zugabe von DNAse I und nachfolgende
Zugabe von Proteinase K,
j) Zugabe von DNA-Polymerase zum behandelten PCR-Mastermix aus Schritt i),
k) Zugabe der behandelten bakteriellen Nukleinsäure-Extrakte aus Schritt i)
zum behandelten PCR-Mastermix, einschließlich DNA-Polymerase, und Durchführen
der Nukleinsäure-Amplifizierung, und
l) Detektion der amplifizierten bakteriellen Nukleinsäuren.Verfahren nach einem Anspruch 1, weiterhin umfassend
b) sterile Entnahme von Aliquoten der aus Blut abgeleiteten Proben unter Laminar-Flow-Bedingungen,
c) Zugabe der Aliquote aus b) zu einer Nährbouillon-Lösung, umfassend
Fleischpepton, Casein-Pepton, Hefeextrakt, NaCl und Glukose, mit einem pH-Wert von
6,8 bis 7,8,
d) Inkubation bei 30 bis 40°C für mindestens 2 Stunden.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den aus Blut abgeleiteten
Proben um Blutproben, Bestandteile des Blutes enthaltende Proben, insbesondere Vollblut,
Plasma, Serum oder zelluläre Blutbestandteile enthaltende Proben handelt.Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zelluläre Blutbestandteile
enthaltenden Proben ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Thrombozyten
enthaltende Proben, Thrombozyten-Konzentrate, Einzelproben aus Pool-Thrombozyten-Konzentraten
oder Thrombozyten-Apherese-Konzentrate.Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei die Aliquote,
die in Schritt b) steril entnommen werden, ein Volumen von mindestens 3 ml haben.Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei die Nährbouillon-Lösung
7,8 g Fleischpepton, 7,8 g Casein-Pepton, 2,8 g Hefeextrakt, 5,6 g NaCl und 2,0
g Glukose bezogen auf einen Liter umfasst und einen pH-Wert von 7,3 ± 0,2 hat.Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei das Volumen
der Nährbouillon-Lösung in Schritt c) 10 ml beträgt.Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei die Inkubation
in Schritt d) bei 37°C für mindestens 2 Stunden und bis zu 8 Stunden erfolgt.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konzentrieren
der Proben in Schritt e) Zentrifugieren umfaßt.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die interne
Kontroll-Nukleinsäure eine nicht kompetitive oder eine kompetititve Nukleotidsequenz
ist.Verfahren nach Anspruch 10, wobei die interne Kontroll-Nukleinsäure
eine nicht kompetitive Nukleotidsequenz ist und die Nukleotidsequenz von SEQ ID
NO. 1 hat.Verfahren nach Anspruch 10, wobei die interne Kontroll-Nukleinsäure
eine kompetitive Nukleotidsequenz ist und die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 2
hat.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei dem
Satz Oligonukleotide von je einem Sense-Primer, einem Antisense-Primer und einer
Sonde, der spezifisch für bakterielle Nukleinsäuren ist, die Nukleotidsequenzen
von bakterieller 16S rRNA abgeleitet werden.Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Sense-Primer die Nukleotidsequenz
von SEQ ID NO. 3, der Antisense-Primer die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 4 und
die Sonde die Nukleotidsequenz von SEQ ID NO. 5 hat.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nukleotidsequenz
der weiteren Sonde, die spezifisch für die interne Kontroll-Nukleinsäure
ist, von der Sequenz der internen Kontroll-Nukleinsäure abgeleitet wird.Verfahren nach Anspruch 15, wobei die weitere Sonde die Nukleotidsequenz
von SEQ ID NO. 8 hat.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der PCR-Mastermix
einen weiteren Sense-Primer und einen weiteren Antisense-Primer, die spezifisch
für die interne Kontroll-Nukleinsäure sind, umfaßt, wenn die interne
Kontroll-Nukleinsäure eine nicht kompetitive Nukleotidsequenz ist.Verfahren nach Anspruch 17, wobei der weitere Sense-Primer die Nukleotidsequenz
von SEQ ID NO. 6 und der weitere Antisense-Primer die Nukleotidsequenz von SEQ ID
NO. 7 hat.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die jeweils
verwendeten Sense-Primer, Antisense-Primer, Sonden und internen Kontroll-Nukleinsäuren
als Zuckerbestandteil Ribose aufweisen oder RNA sind.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zwei
Fluoreszenzfarbstoffe, mit denen die Sonden markiert sind, ein Fluoreszenzdonor
oder -reporter und ein Fluoreszenzakzeptor oder -quencher sind.Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Fluoreszenzdonor oder -reporter
ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus FAM, VIC, Joe und Hex, und der
Fluoreszenzakzeptor oder -quencher ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend
aus TAMRA, BodyPi 564/570, Cy5, Black Hole Quencher 2 und Black Hole Quencher 3.Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei eine Sonde jeweils mit FAM
und TAMRA oder mit VIC und TAMRA markiert ist.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Behandlung
in Schritt i) nach der Zugabe von DNAse I eine Inkubation bei 30 bis 40°C und
anschließendes Erhitzen auf über 90°C umfaßt.Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Behandlung in Schritt i) nach
der Zugabe von DNAse I eine Inkubation bei 37°C und anschließendes Erhitzen
auf 95°C umfaßt.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Behandlung
in Schritt i) nach der Zugabe von Proteinase K eine Inkubation bei 50 bis 60°C
und anschließendes Erhitzen auf über 90°C umfaßt.Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Behandlung in Schritt i) nach
der Zugabe von Proteinase K eine Inkubation bei 56°C und anschließendes
Erhitzen auf 95°C umfaßt.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nukleinsäure-Amplifizierung
in Schritt k) eine Multiplex-PCR, insbesondere eine Multiplex-Realtime-PCR ist.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bakterien
Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Bacillus cereus
und Klebsiella pneumoniae detektiert werden.Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Anwesenheit der Bakterien Staphylococcus
aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Bacillus cereus und Klebsiella
pneumoniae gleichzeitig detektiert wird.