Бухарин О.В.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Андрющенко С.В.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Иванова Е.В.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Перунова Н.Б.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Чайникова И.Н.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Челпаченко О.Е.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Здвижкова И.А.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Бекпергенова А.В.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Бондаренко Т.А.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения Российской академии наук

Практические рекомендации по экспресс-выявлению ДНК бифидобактерий, кутибактерий и бактероидов в фекалиях

Авторы:

Бухарин О.В., Андрющенко С.В., Иванова Е.В., Перунова Н.Б., Чайникова И.Н., Челпаченко О.Е., Здвижкова И.А., Бекпергенова А.В., Бондаренко Т.А.

Подробнее об авторах

Журнал: Лабораторная служба. 2023;12(1): 21‑26

Прочитано: 1143 раза


Как цитировать:

Бухарин О.В., Андрющенко С.В., Иванова Е.В., и др. Практические рекомендации по экспресс-выявлению ДНК бифидобактерий, кутибактерий и бактероидов в фекалиях. Лабораторная служба. 2023;12(1):21‑26.
Bukharin OV, Andryuschenko SV, Ivanova EV, et al. Practical recommendations by express detection of DNA of Bifidobacteria, Cutibacteria and Bacteroides in faeces. Laboratory Service. 2023;12(1):21‑26. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/labs20231201121

Рекомендуем статьи по данной теме:
Изу­че­ние тем­пе­ра­тур­ных ус­ло­вий рос­та мик­ро­ор­га­низ­мов глаз­ной по­вер­хнос­ти в нор­ме и при ин­фек­ци­он­ных ке­ра­ти­тах. Вес­тник оф­таль­мо­ло­гии. 2024;(3):34-42
Ме­то­ды оцен­ки мик­ро­би­оло­ги­чес­ко­го раз­но­об­ра­зия глаз­ной по­вер­хнос­ти. Вес­тник оф­таль­мо­ло­гии. 2024;(3):96-108
Ле­че­ние ато­пи­чес­ко­го дер­ма­ти­та с уче­том оцен­ки со­дер­жа­ния ней­ро­ме­ди­ато­ров в кро­ви. Кли­ни­чес­кая дер­ма­то­ло­гия и ве­не­ро­ло­гия. 2024;(4):368-376
Мик­ро­би­ота ки­шеч­ни­ка: роль в здо­ровье че­ло­ве­ка и по­тен­ци­ал для пер­со­на­ли­зи­ро­ван­ной ме­ди­ци­ны. До­ка­за­тель­ная гас­тро­эн­те­ро­ло­гия. 2024;(4):81-88
Кор­рек­ция пи­та­ния в ком­плексной те­ра­пии и ре­аби­ли­та­ции посттрав­ма­ти­чес­ко­го стрес­со­во­го расстройства. Про­фи­лак­ти­чес­кая ме­ди­ци­на. 2025;(2):114-119

Введение

С момента внедрения молекулярно-генетических методов в исследование микробиома кишечника установилось расхождение получаемых результатов с классическим бактериологическим методом. При этом вместе с ожидаемым обнаружением множества ранее не выявляемых при культивировании форм, при проведении количественных оценок произошло резкое снижение доли микроорганизмов, уверенно определявшихся (при помощи бактериологического метода) в большом числе в кишечном содержимом здоровых людей — прежде всего бифидобактерий, которые достоверно не приобретают патогенных свойств вне зависимости от состояния организма хозяина [1] и роль которых как функционального доминанта в кишечном микробиоценозе надежно установлена [2]. Есть и другие распространенные в микробиоценозах тела человека анаэробные грампозитивные представители того же филума — кутибактерии.

Данные тотального генетического сиквенс-скрининга кишечного микробиома показывали, что представители всего филума Actinobacteria имеют очень небольшое представительство в кишечном микробиоме [3], при этом исследователями идентифицируются зачастую только такие, достаточно аэротолерантные представители этого филума, как кутибактерии (пропионибактерии), коринебактерии и актиномицеты [4]. Получаемые таким образом абсолютные количественные значения численности бактерий, во многом страдают от несовершенства применявшихся методик пробоподготовки микробиомных скринингов как в отношении условий хранения [5], так и выделения [6] материала.

Кроме того, неоднозначность существующих данных по относительной адгезивной способности бифидобактерий к субстратам кишечника и недостаточность данных об их распределении в нем потребовала доработки существующих методов выделения тотальной бактериальной ДНК из различных фракций фекального содержимого кишечника для последующей детекции ее методом ПЦР-анализа. Источником положительных контрольных проб в такой системе может служить наиболее многочисленная, по данным микробиомных молекулярно-генетических исследований, группа анаэробных микроорганизмов — бактероиды.

Цель исследования — определение эффективности некоторых вариантов методики пробоподготовки фекалий для выделения ДНК бифидобактерий, кутибактерий и бактероидов.

Материал и методы

Выделение ДНК для ПЦР-анализа из фекалий обследуемых лиц может быть проведено при помощи набора «АмплиПрайм ДНК-сорб-B» (ООО «НекстБио», Россия) согласно прилагающейся инструкции [7] или аналогичного, с рядом модификаций на этапе фракционирования исследуемого материала.

В соответствующее пробам количество полипропиленовых микро-пробирок емкостью 1,5 мл вносится 0,8 мл фосфатного буфера (pH=6,0; 60 ммоль/л), либо изотонического раствора хлорида натрия (0,9%). В каждую пробирку вносится 0,1 г исследуемого материала и тщательно смешивается на встряхивателе до образования гомогенной суспензии. Затем пробирки с пробами фекалий центрифугируются 5 мин при не менее чем 10 000 g.

Затем отдельными наконечниками из каждой пробирки отбирается не верхняя светлая, а нижняя темная волокнистая фракция в количестве до 0,05 мл. В качестве источника отрицательных контрольных проб может быть использована взвесь чистой культуры Micrococcus luteus NCTC 2665 как представителя актинобактерий [8], такого же объема.

Отобранные части проб переносятся в новые микропробирки, также содержащие 0,8 мл фосфатного буфера, либо изотонического раствора хлорида натрия соответственно исходным вариантам. После повторного тщательного ресуспендирования на встряхивателе и центрифугировании при не менее чем 10 000 g в течение 15 мин, супернатант удаляется, а осадок ресуспендируется в 0,3 мл фосфатного буфера либо изотонического раствора хлорида натрия соответственно исходным вариантам.

Экстракция ДНК производится путем внесения 0,1 мл подготовленного материала в пробирку с 0,3 мл лизирующего раствора, тщательно перемешивается на встряхивателе и инкубируется при 65 °C в твердотельном термостате ThermoStat Plus (Eppendorf, Германия) в течение 5 мин. Далее раствор центрифугируется при 2000 g в течение 5 с и надосадочная жидкость, содержащая тотальную ДНК, используется для ее дальнейшей экстракции. Универсальный сорбент из используемого комплекта после ресуспендирования вносится в раствор в количестве 25 мкл. Взвесь перемешивается на встряхивателе и инкубируется при комнатной температуре в течение 2 мин и после повторного встряхивания — еще 5 мин. Затем взвесь центрифугируется при 2000 g в течение 30 с, суператант удаляется. После чего к осадку добавляется 0,3 мл «I раствора» для отмывки либо изопропанола. Раствор снова центрифугируется, супернатант удаляется и процедура повторяется однократно. Затем осадок обрабатывается «II раствором» для отмывки либо 70% этанолом по приведенному алгоритму, но центрифугируется при не менее чем 10 000 g в течение 30 с. Процедура также повторяется однократно. Затем сорбент просушивается в открытых пробирках при температуре 65 °C в твердотельном термостате в течение 6 мин, и производится элюция ДНК добавлением к нему 50 мкл ТЕ-буфера. Взвесь перемешивается, инкубируется при 65 °C в твердотельном термостате в течение 5 мин и центрифугируется при 10000 g в течение 1 мин. Надосадочная жидкость, содержащая экстрагированную ДНК, используется в качестве матрицы для постановки реакции амплификации.

Выделенные на предыдущем этапе фрагменты тотальной ДНК из разных фракций исследуемого материала подвергаются стандартной процедуре ПЦР-анализа с электрофоретической детекцией. Для выявления ДНК бифидобактерий и кутибактерий использована разработанная двухфазная экспресс тест-система родовой идентификации данных родов прокариот [9], а также комплект праймеров для родовой идентификации бактерий рода Bacteroides (таблица).

Последовательности праймеров и длины ожидаемых ампликонов, использованные для ПЦР-детекции исследуемых микроорганизмов

Праймер

Нуклеотидная последовательность

Длина праймеров, нуклеотидов

Длина ампликонов, тысяч н.п.

Prp F

CGAGTGGCGAACGGGTGAGTAACA

24

1125

Prp R

GTAGCATGCGTGAAGCCCTGGACA

24

Bif F

ATGGGGTCGCGTCCTATCAGC

21

597

Bif R

GGGCCCCACATCCAGCITCCAC

22

Btd F

CTACGGGAGGCAGCAGTGAGG

21

384

Btd R

CTTCGCAATCGGAGTTCTTCGTGA

24

Олигонуклеотидные затравки отобраны по консервативным последовательностям гена малой рибосомальной РНК, выровненных методом ClustalW: для идентификации бифидобактерий (Bif F+R) — из геномов Bifidobacterium longum подвида longum, Bifidobacterium longum подвида infantis, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium dentium, Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium asteroides, и Bifidobacterium animalis; для выявления кутибактерий (Prp F+R) — из геномов вида Cutibacterium acnes; для выявления бактероидов (Btd F+R) — на основе геномов Bacteroides fragillis, Bacteroides thetaiotaomicron, Bacteroides vulgatus, Bacteroides helcogenes и Bacteroides salanitronis.

Допускается применение ускоренного двухфазного алгоритма амплификации с объединенной фазой отжига-элонгации при температуре 70 °C длительностью 40 с. Фаза денатурации осуществляется при 92 °C в течение 6 с. Фазы чередуются в течение 60 циклов. Процедура амплификации проводится в программируемом ДНК-амплификаторе.

Получаемые ампликоны подвергаются агарозному гель-электрофорезу. С этой целью 18 мкл раствора, содержащего амплифицированную ДНК, смешивают с 5 мкл буфера для внесения проб в гель, описанном в руководстве [10], 10-кратной концентрации, и вносят в лунки 2% агарозного геля. Электрофорез проводится в TBE- или TAE-буфере однократной концентрации с 50 мкг/мл этидия бромида в качестве люминесцентного красителя ДНК при напряженности поля 10 в/см. Визуализация результатов разделения нуклеиновых кислот проводится в проходящем ультрафиолетовом свете с длиной волны 312 нм.

Результаты и обсуждение

Стандартная процедура выделения фекальной ДНК, описанная производителем набора реагентов, предполагает взятие верхней фракции фекалий после их суспензирования и центрифугирования, и допускает применение различных суспензионных сред: изотонического раствора хлорида натрия или фосфатного буфера. Принимая во внимание данные литературы о высокой адгезивной способности бифидобактерий, выделение тотальной ДНК из различных фракций исследуемого материала с использованием обоих допускаемых суспензионных сред представляется оправданным подходом. Спектрофотометрия выделенной согласно модифицированному протоколу тотальной ДНК демонстрирует ожидаемо низкое качество и небольшое количество вещества, особенно полученного из волокнистой фракции фекалий. Использование фосфатного буфера либо же просто изотонического раствора хлорида натрия в качестве суспензионной среды также не оказывает существенного влияния на эффективность выделения ДНК (рис. 1). В то же время получаемое количество вещества оказывается достаточным для проведения простого ПЦР-анализа.

Рис. 1. Результаты спектрофотометрии образцов растворов ДНК в ПО Nanodrop-8000, выделенной из поверхностной (Surf) и глубокой (Adh) фракций фекалий и с испльзованием фосфатного буфера (Buf) или изотонического раствора хлорида натрия (Sal) для приготовления суспензии.

Проведение ПЦР-анализа при помощи родоспецифичных праймеров к гену малой рибосомальной РНК и с использованием аналогичной системы детекции бактероидов в качестве контроля, показывает, что использование фосфатного буфера или изотонического раствора хлорида натрия на этапе ресуспензирования исследуемого материала не влияет на протекание реакции амплификации. В то же время выделение ДНК из верхней фракции осадка, как рекомендуется производителем набора, не позволяет обнаружить в нем бифидобактерии, тогда как амплификация ДНК бактероидов успешно проходит во всех случаях. ДНК бифидобактерий выявляется только в глубокой волокнистой фазе фекалий (рис. 2).

Рис. 2. Фореграмма ПЦР-детекции ДНК бифидобактерий (A) и бактероидов (B) в поверхностной (1) и глубокой (2) фракциях фекалий с использованием фосфатного буфера (p) или изотонического раствора хлорида натрия (s) для приготовления суспензии.

K — отрицательный контрольный образец на основе ДНК штамма Micrococcus luteus NCTC 2665.

Заключение

Получаемые данные демонстрируют важность учета способности таких индигенных микроорганизмов кишечника человека как бифидобактерии концентрироваться преимущественно в волокнистой части фекалий, не всегда предписываемой в качестве источника выделения бактериальной ДНК руководствами к серийно выпускаемым специализированным наборам реагентов.

Учет указанной особенности пробоподготовки фекального содержимого толстого кишечника человека не требует дополнительных затрат расходных материалов или времени лаборанта и должен способствовать получению более адекватной и репрезентативной картины биоразнообразия микробиоты толстого кишечника человека.

Данные практические рекомендации могут быть полезными для специалистов, занятых в анализе состава микробиома толстого кишечника человека на этапе подготовки проб для проведения молекулярно-генетических исследований.

Авторы подтверждают, что статья или ее части ранее не были опубликованы.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.