RU2782739C1 - METHOD FOR PRODUCING A PREPARATION OF A RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEX CRISPR-Cas AND A PREPARATION FOR DETECTING THE exoU GENE ENCODING AN EXOTOXIN OF THE THIRD TYPE SECRETION SYSTEM, PSEUDOMONAS AERUGINOSA - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING A PREPARATION OF A RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEX CRISPR-Cas AND A PREPARATION FOR DETECTING THE exoU GENE ENCODING AN EXOTOXIN OF THE THIRD TYPE SECRETION SYSTEM, PSEUDOMONAS AERUGINOSA Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782739C1 RU2782739C1 RU2021139119A RU2021139119A RU2782739C1 RU 2782739 C1 RU2782739 C1 RU 2782739C1 RU 2021139119 A RU2021139119 A RU 2021139119A RU 2021139119 A RU2021139119 A RU 2021139119A RU 2782739 C1 RU2782739 C1 RU 2782739C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exou
- cas
- crispr
- pseudomonas aeruginosa
- preparation
- Prior art date
Links
- 102000004389 Ribonucleoproteins Human genes 0.000 title claims abstract description 37
- 108010081734 Ribonucleoproteins Proteins 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 241000589517 Pseudomonas aeruginosa Species 0.000 title claims description 37
- 239000002095 exotoxin Substances 0.000 title claims description 7
- 231100000776 exotoxin Toxicity 0.000 title claims description 7
- OTLLEIBWKHEHGU-UHFFFAOYSA-N 2-[5-[[5-(6-aminopurin-9-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methoxy]-3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxy-3,5-dihydroxy-4-phosphonooxyhexanedioic acid Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C(C(C1O)O)OC1COC1C(CO)OC(OC(C(O)C(OP(O)(O)=O)C(O)C(O)=O)C(O)=O)C(O)C1O OTLLEIBWKHEHGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 6
- 230000028327 secretion Effects 0.000 title claims description 5
- 101100280251 Rhizobium meliloti (strain 1021) exoU gene Proteins 0.000 title description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 108020005004 Guide RNA Proteins 0.000 claims description 68
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 32
- 241001112693 Lachnospiraceae Species 0.000 claims description 19
- 101150031164 exoU gene Proteins 0.000 claims description 19
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 16
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 claims description 9
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000013518 transcription Methods 0.000 claims description 7
- 230000035897 transcription Effects 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims description 4
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000001226 reprecipitation Methods 0.000 claims description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims 1
- 108700007384 Pseudomonas aeruginosa pseudomonas exoprotein A Proteins 0.000 abstract description 51
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 52
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 50
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 34
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 34
- 239000000047 product Substances 0.000 description 29
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 20
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 19
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 15
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 108091033409 CRISPR Proteins 0.000 description 7
- 238000000246 agarose gel electrophoresis Methods 0.000 description 7
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 description 6
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 6
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 108010008532 Deoxyribonuclease I Proteins 0.000 description 5
- 102000007260 Deoxyribonuclease I Human genes 0.000 description 5
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 5
- 150000007523 nucleic acids Chemical group 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 4
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 4
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 4
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 4
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 4
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 3
- 241000701806 Human papillomavirus Species 0.000 description 3
- 101710163270 Nuclease Proteins 0.000 description 3
- 230000006819 RNA synthesis Effects 0.000 description 3
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 3
- 238000003205 genotyping method Methods 0.000 description 3
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 3
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 3
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 108700003860 Bacterial Genes Proteins 0.000 description 2
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 2
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 2
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 2
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 2
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 2
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 2
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 2
- QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol;hydron;chloride Chemical compound Cl.OCC(N)(CO)CO QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 231100000699 Bacterial toxin Toxicity 0.000 description 1
- 238000013382 DNA quantification Methods 0.000 description 1
- 108010053770 Deoxyribonucleases Proteins 0.000 description 1
- 102000016911 Deoxyribonucleases Human genes 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- 241000588747 Klebsiella pneumoniae Species 0.000 description 1
- 108060004795 Methyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 108010006519 Molecular Chaperones Proteins 0.000 description 1
- 206010036790 Productive cough Diseases 0.000 description 1
- 238000013381 RNA quantification Methods 0.000 description 1
- 102000018120 Recombinases Human genes 0.000 description 1
- 108010091086 Recombinases Proteins 0.000 description 1
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 1
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 1
- 108091027967 Small hairpin RNA Proteins 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000688 bacterial toxin Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000009260 cross reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 description 1
- 230000003394 haemopoietic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012405 in silico analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000012678 infectious agent Substances 0.000 description 1
- 238000011901 isothermal amplification Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000003563 lymphoid tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 238000007481 next generation sequencing Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 238000005502 peroxidation Methods 0.000 description 1
- 150000003904 phospholipids Chemical class 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 1
- 238000013207 serial dilution Methods 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 210000003802 sputum Anatomy 0.000 description 1
- 208000024794 sputum Diseases 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области генной инженерии и биотехнологии, а именно к направляющим РНК, которые могут быть использованы в системах CRISPR-Cas 12 в составе рибонуклеопротеиновых комплексов для выявления (обнаружения, детекции) гена exoU, кодирующего экзотоксин системы секреции третьего типа, Pseudomonas aeruginosa, а также к способам получения препаратов рибонуклеопротеинового комплекса CRISPR-Cas и к самим препаратам.The invention relates to the field of genetic engineering and biotechnology, namely to guide RNAs that can be used in CRISPR-Cas 12 systems as part of ribonucleoprotein complexes for the detection (detection, detection) of the exoU gene encoding the exotoxin of the third type secretion system, Pseudomonas aeruginosa, and also to methods for obtaining preparations of the CRISPR-Cas ribonucleoprotein complex and to the preparations themselves.
Изобретение позволяет in vitro выявлять единичные копии гена exoU Pseudomonas aeruginosa.EFFECT: invention allows in vitro detection of single copies of Pseudomonas aeruginosa exoU gene.
Направляющие РНК, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы для детекции гена exoU Pseudomonas aeruginosa после проведения специфической амплификации фрагмента ДНК гена exoU. Амплификация при этом может быть проведена различными способами, среди которых полимеразная цепная реакция (PCR); петлевая изотермическая амплификация (LAMP); геликаза-зависимая амплификация (HDA); рекомбиназа-опосредованная амплификация (RPA); амплификация со смещением цепи (SDA); амплификация, основанная на последовательности нуклеиновых кислот (NASBA); опосредованная транскрипцией амплификация (ТМА); амплификация, опосредованная никирующим ферментом (NEAR); круговая амплификация (RCA) и многие другие виды амплификации.The guide RNAs described in this application can be used to detect the Pseudomonas aeruginosa exoU gene after specific amplification of the exoU gene DNA fragment. Amplification in this case can be carried out in various ways, including polymerase chain reaction (PCR); loop isothermal amplification (LAMP); helicase-dependent amplification (HDA); recombinase-mediated amplification (RPA); strand displacement amplification (SDA); nucleic acid sequence based amplification (NASBA); transcription-mediated amplification (TMA); nicking enzyme mediated amplification (NEAR); circular amplification (RCA) and many other types of amplification.
Направляющие РНК, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы для разработки высокочувствительных и высокотехнологичных диагностических систем нового поколения на основе CRISPR технологий для борьбы с распространением антибиотикоустойчивых бактериальных патогенов и штаммов, которые вызывают наиболее тяжелую инфекцию с высоким риском смертельных исходов.The guide RNAs described in this application can be used to develop highly sensitive and high-tech next-generation diagnostic systems based on CRISPR technologies to combat the spread of antibiotic-resistant bacterial pathogens and strains that cause the most severe infection with a high risk of death.
Для решения эпидемиологических задач по расшифровке вспышек инфекционных болезней, выявления и идентификации возбудителя, а также детекции специфических бактериальных генов необходимы разработка и внедрение в практику работы надзорных и мониторинговых служб современных технологий молекулярной эпидемиологии. Одной из таких технологий является использование элементов генетического редактирования системы CRISPR-Cas. Данная технология развивается достаточно эффективно в отношении создания средств лечения некоторых болезней, несмотря на ряд трудностей, связанных с возникновением непредвиденных мутаций. При углубленных исследованиях в области применения CRISPR-Cas системы, было выяснено, что она может быть использована для тонких диагностических процедур при выявлении возбудителя/ей инфекции у человека, а также их генотипирования.To solve the epidemiological problems of deciphering outbreaks of infectious diseases, identifying and identifying the pathogen, as well as detecting specific bacterial genes, it is necessary to develop and introduce modern technologies of molecular epidemiology into the practice of surveillance and monitoring services. One of such technologies is the use of genetic editing elements of the CRISPR-Cas system. This technology is developing quite effectively in relation to the creation of drugs for the treatment of certain diseases, despite a number of difficulties associated with the occurrence of unforeseen mutations. With in-depth studies in the field of application of the CRISPR-Cas system, it was found that it can be used for subtle diagnostic procedures in identifying the pathogen/s of infection in humans, as well as their genotyping.
В 2018 году было показано, что один из ферментов CRISPR системы - Casl2 после распознавания своей целевой ДНК-мишени начинает неспецифически гидролизовать одноцепочечную, а также двухцепочечную ДНК. Такое свойство Casl2 можно использовать в качестве индикатора присутствия определенной мишени, например, генома вируса или бактерии. Исследователи использовали это открытие для создания технологической платформы обнаружения нуклеиновых кислот, известной как DETECTR (DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter - ДНК-нацеленная эндонуклеаза CRISPR транс репортер). Впервые DETECTR была использована для выявления и генотипирования вируса папилломы человека (HPV). Предложенная платформа объединяет нуклеазу Casl2a, ее направляющую РНК, специфичную к нуклеиновой кислоте HPV, флуоресцентную репортерную молекулу. Технология DETECTR используется для обнаружения целевой ДНК-мишени после предварительной амплификации [J.S. Chen, Е. Ma, L.B. Harrington, М. Da Costa, X. Tian, J.M. Palefsky, J.A. Doudna, CRISPR-Cas 12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity, Science 360(6387) (2018) 436-439].In 2018, it was shown that one of the enzymes of the CRISPR system, Casl2, after recognizing its target DNA target, begins to nonspecifically hydrolyze single-stranded and double-stranded DNA. This property of Casl2 can be used as an indicator of the presence of a specific target, such as the genome of a virus or bacteria. The researchers used this discovery to create a nucleic acid detection technology platform known as DETECTR (DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter). For the first time, DETECTR was used to detect and genotype the human papillomavirus (HPV). The proposed platform combines the Casl2a nuclease, its HPV nucleic acid-specific guide RNA, and a fluorescent reporter molecule. DETECTR technology is used to detect target DNA after pre-amplification [J.S. Chen, E. Ma, L.B. Harrington, M. Da Costa, X. Tian, J.M. Palefsky, J.A. Doudna, CRISPR-Cas 12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity, Science 360(6387) (2018) 436-439].
He менее важным приложением системы CRISPR-Cas является идентификация бактериальных патогенов и детекция специфических бактериальных генов. Так, например, с помощью платформы SHERLOCK удалось корректно генотипировать ряд штаммов Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa при низкой перекрестной реактивности. Кроме того, платформа SHERLOCK использована для дифференциации клинических изолятов Klebsiella pneumoniae с двумя различными генами антибиотикоустойчивости, что открывает значительные перспективы к созданию мультиплексных систем для одновременной идентификации бактеральных патогенов и выявления у них генов антибиотикоустойчивости.An equally important application of the CRISPR-Cas system is the identification of bacterial pathogens and the detection of specific bacterial genes. For example, using the SHERLOCK platform, it was possible to correctly genotype a number of strains of Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa with low cross-reactivity. In addition, the SHERLOCK platform was used to differentiate clinical isolates of Klebsiella pneumoniae with two different antibiotic resistance genes, which opens up significant prospects for the creation of multiplex systems for the simultaneous identification of bacterial pathogens and detection of antibiotic resistance genes in them.
В связи с этим крайне актуальной является задача разработки новых эффективных методик выявления генов антибиотикоустойчивости и генов, кодирующих экзотоксины, у бактериальных патогенов, основанных на генетических технологиях, таких как CRISPR-Cas.In this regard, the task of developing new effective methods for detecting antibiotic resistance genes and genes encoding exotoxins in bacterial pathogens based on genetic technologies such as CRISPR-Cas is extremely urgent.
Из уровня техники также известны решения, направленные на разработку и получение направляющих РНК для регулирования состава микробных популяций с помощью программируемых нуклеаз, в том числе CRISPR-Cas (патент US 10760065), сенсибилизацию и/или устранения целевых патогенных бактерий и проведение дезинфекции (патенты CN 110029121, ЕР 3798304, WO 2019067621). По патенту RU 25313143 известно решение по созданию подходов на основе технологий CRISPR-Cas для генотипирования микроорганизмов.Also known from the prior art are solutions aimed at developing and obtaining guide RNAs for regulating the composition of microbial populations using programmable nucleases, including CRISPR-Cas (patent US 10760065), sensitization and/or elimination of target pathogenic bacteria and disinfection (CN patents). 110029121, EP 3798304, WO 2019067621). According to patent RU 25313143, a solution is known for creating approaches based on CRISPR-Cas technologies for genotyping microorganisms.
Кроме того, известны научные статьи, описывающие применение системы направленного редактирования генома CRISPR-Cas для идентификации и изучения генов организма-хозяина, участвующих в цитотоксичности, обусловленной экзотоксином ExoU Pseudomonas aeruginosa [V. Deruelle, S. Bouillot, V. Job et al., The bacterial toxin ExoU requires a host trafficking chaperone for transportation and to induce necrosis, Nat Commun 12 (2021) 4024, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24337-9; S. Bagayoko, S.A. Leon-Icaza, M. Pinilla et al., Host phospholipid peroxidation fuels ExoU-dependent cell necrosis and supports Pseudomonas aeruginosa-driven pathology, PLoS pathogens 17(9) (2021) el009927, https://doi.org/10.1371/iournal.ppat.10099271.In addition, there are scientific articles describing the use of the CRISPR-Cas genome directed genome editing system to identify and study host genes involved in Pseudomonas aeruginosa exotoxin ExoU cytotoxicity [V. Deruelle, S. Bouillot, V. Job et al., The bacterial toxin ExoU requires a host trafficking chaperone for transportation and to induce necrosis, Nat Commun 12 (2021) 4024, https://doi.org/10.1038/s41467-021 -24337-9; S. Bagayoko, S.A. Leon-Icaza, M. Pinilla et al., Host phospholipid peroxidation fuels ExoU-dependent cell necrosis and supports Pseudomonas aeruginosa-driven pathology, PLoS pathogens 17(9) (2021) el009927, https://doi.org/10.1371/iournal .ppat.10099271.
Ближайшими аналогами заявляемого решения являются изобретения по патентам RU 2743861, RU 2734520, RU 2745637, направленные на получение направляющих РНК, предназначенных для разработки высокочувствительных и высокотехнологичных диагностических систем нового поколения для выявления гена антибиотикоустойчивости blaVIM-2 Pseudomonas aeruginosa на основе CRISPR технологий. Однако для расширения спектра подобных диагностических систем и совершенствования методов диагностики инфекционных заболеваний необходимо разрабатывать новые методы для выявления Pseudomonas aeruginosa, обладающих отличными от blaVIM-2 генетическими маркерами.The closest analogues of the proposed solution are inventions according to patents RU 2743861, RU 2734520, RU 2745637, aimed at obtaining guide RNAs intended for the development of highly sensitive and high-tech new generation diagnostic systems for detecting the blaVIM-2 Pseudomonas aeruginosa antibiotic resistance gene based on CRISPR technologies. However, to expand the range of such diagnostic systems and improve methods for diagnosing infectious diseases, it is necessary to develop new methods for the detection of Pseudomonas aeruginosa, which have genetic markers other than blaVIM-2.
Исходя из вышеизложенного, возникает техническая проблема, заключающаяся в необходимости разработки и получения направляющих РНК для выявления единичных копий гена exoU, кодирующего экзотоксин системы секреции третьего типа, Pseudomonas aeruginosa, in vitro.Based on the foregoing, a technical problem arises, which consists in the need to develop and obtain guide RNAs to detect single copies of the exoU gene encoding the exotoxin of the third type secretion system, Pseudomonas aeruginosa, in vitro.
Предложенная технология перспективна для разнообразных применений, включая количественное определение ДНК/РНК, быструю мультиплексную детекцию экспрессии, другие виды чувствительной детекции, например, выявление загрязнения образцов нуклеиновыми кислотами. Технология, основанная на CRISPR-Cas, является многофункциональной, устойчивой к ошибкам технологией детекции ДНК, пригодной для быстрой постановки диагнозов, включая инфекционные заболевания, и генотипирования инфекционных агентов и выявление генов антибиотикоустойчивости и генов, кодирующих экзотоксины, бактериальных патогенов.The proposed technology is promising for a variety of applications, including DNA/RNA quantification, fast multiplex expression detection, and other types of sensitive detection, such as detection of sample contamination with nucleic acids. The technology based on CRISPR-Cas is a multifunctional, error-tolerant DNA detection technology suitable for rapid diagnosis, including infectious diseases, and genotyping of infectious agents and detection of antibiotic resistance genes and exotoxin-coding genes of bacterial pathogens.
Применение предложенной технологии делает возможным создание диагностических систем нового поколения, которые будут обладать следующими свойствами:The application of the proposed technology makes it possible to create a new generation of diagnostic systems that will have the following properties:
• высокая чувствительность;• high sensitivity;
• возможность проведения диагностики у постели больного;• the possibility of carrying out diagnostics at the patient's bedside;
• возможность проведения диагностики в полевых условиях без применения специализированного высокотехнологичного оборудования;• the possibility of carrying out diagnostics in the field without the use of specialized high-tech equipment;
• скорость и простота анализа;• speed and simplicity of analysis;
• сниженная стоимость анализа;• reduced cost of analysis;
• отсутствие необходимости оснащения диагностической лаборатории дорогостоящим оборудованием;• no need to equip the diagnostic laboratory with expensive equipment;
• отсутствие необходимости проведения выделения нуклеиновых кислот возбудителя.• no need to isolate the nucleic acids of the pathogen.
Изобретение относится к новым средствам направляющим РНК, которые могут быть использованы в системах CRISPR-Cas12 для ультрачувствительного выявления, идентификации, обнаружения или детекции гена exoU Pseudomonas aeruginosa в биологических образцах.The invention relates to novel guide RNA tools that can be used in CRISPR-Cas12 systems for ultrasensitive detection, identification, detection or detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene in biological samples.
Технической задачей предложенного изобретения является разработка новых средств направляющих РНК, которые могут быть использованы в системах CRISPR-Cas12 с белками Casl2, например, LbCpf1 из Lachnospiraceae, для ультрачувствительного выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa.The technical objective of the proposed invention is the development of new guide RNA tools that can be used in CRISPR-Cas12 systems with Casl2 proteins, for example, LbCpf1 from Lachnospiraceae, for ultrasensitive detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene.
При осуществлении настоящего изобретения, согласно приведенной в формуле изобретения совокупности существенных признаков, достигается неожиданный технический результат - возможность ультрачувствительного выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa до единичных копий в одной реакции. Изобретение не имеет коммерчески доступных аналогов и обладает высокой эффективностью выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa. Также предложенное изобретение позволяет увеличить выход продукта реакции, получив желаемую концентрацию финального препарата направляющей РНК, и обеспечивает формирование корректной конформации шпильки, содержащейся в направляющей РНК.When implementing the present invention, according to the set of essential features given in the claims, an unexpected technical result is achieved - the possibility of ultrasensitive detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene up to single copies in one reaction. The invention has no commercially available analogues and is highly efficient in detecting the Pseudomonas aeruginosa exoU gene. The proposed invention also makes it possible to increase the yield of the reaction product by obtaining the desired concentration of the final preparation of the guide RNA, and ensures the formation of the correct conformation of the hairpin contained in the guide RNA.
Технический результат достигается за счет:The technical result is achieved due to:
• разработки молекул направляющих РНК, которые могут быть использованы в системах CRISPR-Cas 12 для ультра чувствительного выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa, где указанные направляющие РНК выбраны из последовательностей SEQ ID NO: 1-3, способны связываться с целевыми высоко консервативными участками гена exoU Pseudomonas aeruginosa, содержат РНК-шпильку, которая распознается РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой LbCpf1 из Lachnospiraceae, с обеспечением выявления единичных копий гена exoU Pseudomonas aeruginosa.• development of guide RNA molecules that can be used in CRISPR-Cas 12 systems for ultra-sensitive detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene, where these guide RNAs are selected from the sequences of SEQ ID NO: 1-3, are able to bind to highly conserved target regions of the Pseudomonas exoU gene aeruginosa contain an RNA hairpin that is recognized by the RNA-directed DNA endonuclease LbCpf1 from Lachnospiraceae, allowing detection of single copies of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene.
• применения РНК-направляемой ДНК-эндонуклеаз LbCpf1 из Lachnospiraceae, полученной согласно способу, разработанному авторами ранее (Патент RU №2707542, дата приоритетат 28.03.2019), для создания рибонуклеопротеиновых комплексов (РПК) системы CRISPR-Cas, пригодных для детекции гена exoU Pseudomonas aeruginosa в ультра низких концентрациях (единичные копии).• the use of RNA-directed DNA endonucleases LbCpf1 from Lachnospiraceae, obtained according to the method developed by the authors earlier (Patent RU No. 2707542, priority date 03/28/2019), to create ribonucleoprotein complexes (RPCs) of the CRISPR-Cas system suitable for detecting the Pseudomonas exoU gene aeruginosa at ultra low concentrations (single copies).
• разработки набора специфических олигонуклеотидов, выбранных из SEQ ID NO: 4-7, для предварительной амплификации фрагмента гена exoU Pseudomonas aeruginosa.• development of a set of specific oligonucleotides selected from SEQ ID NO: 4-7 for preliminary amplification of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragment.
• оптимизации условий проведения предварительной амплификации фрагмента гена exoU Pseudomonas aeruginosa.• optimization of conditions for preliminary amplification of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragment.
• определения условий проведения ультрачувствительной детекции гена exoU Pseudomonas aeruginosa и установления последовательности стадий метода.• determining the conditions for ultrasensitive detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene and establishing the sequence of the method steps.
Направляющие РНК согласно настоящему изобретению соответствуют высоко консервативным фрагментам гена exoU Pseudomonas aeruginosa. Наиболее предпочтительны направляющие РНК, распознающиеся РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой LbCpf1 из Lachnospiraceae, характеризующиеся, имеющие или содержащие нуклеотидную последовательность, выбранную из:The guide RNAs of the present invention correspond to highly conserved fragments of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene. Most preferred are guide RNAs recognized by the RNA-guided DNA endonuclease LbCpf1 from Lachnospiraceae, characterized by having or containing a nucleotide sequence selected from:
• SEQ ID NO: 1;• SEQ ID NO: 1;
• SEQ ID NO: 2;• SEQ ID NO: 2;
• SEQ ID NO: 3;• SEQ ID NO: 3;
• или идентичной любой из них по меньшей мере на 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или 99%,• or at least 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93 identical to any of them %, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99%,
• или комплементарной любой из них,• or complementary to any of them,
• или гибридизующейся с любой из них в строгих условиях. Специфические олигонуклеотиды для проведения предварительной амплификации фрагмента гена exoU Pseudomonas aeruginosa согласно настоящему изобретению соответствуют высоко консервативному участку гена exoU Pseudomonas aeruginosa. Наиболее предпочтительны олигонуклеотиды, характеризующиеся, имеющие или содержащие нуклеотидную последовательность, выбранную из:• or hybridizing with any of them under stringent conditions. Specific oligonucleotides for pre-amplification of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragment according to the present invention correspond to a highly conserved region of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene. Most preferred are oligonucleotides characterized by having or containing a nucleotide sequence selected from:
• SEQ ID NO: 4;• SEQ ID NO: 4;
• SEQ ID NO: 5;• SEQ ID NO: 5;
• SEQ ID NO: 6;• SEQ ID NO: 6;
• SEQ ID NO: 7;• SEQ ID NO: 7;
• или идентичной любой из них по меньшей мере на 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или 99%,• or at least 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93 identical to any of them %, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99%,
• или комплементарной любой из них,• or complementary to any of them,
• или гибридизующейся с любой из них в строгих условиях.• or hybridizing with any of them under stringent conditions.
Согласно предложенному изобретению получают рибонуклеопротеиновые комплексы (РПК), состоящие из по меньшей мере одной направляющей РНК и РНК-направляемой ДНК-нуклеазы системы CRISPR-Cas LbCpf1 из Lachnospiraceae, пригодные для использования для выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa в ультранизких концентрациях (единичные копии).According to the proposed invention, ribonucleoprotein complexes (RPCs) are obtained, consisting of at least one guide RNA and an RNA-guided DNA nuclease of the CRISPR-Cas LbCpf1 system from Lachnospiraceae, suitable for use to detect the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa in ultra-low concentrations (single copies).
Препараты РПК представляют собой растворы, содержащие направляющую РНК, выбранную из SEQ ID NO: 1-3, объединенную с белком системы CRISPR-Cas (LbCpf1 из Lachnospiraceae) или лиофильно высушенные РПК.PKK preparations are solutions containing a guide RNA selected from SEQ ID NO: 1-3 combined with a CRISPR-Cas system protein (LbCpf1 from Lachnospiraceae) or freeze-dried PKK.
Полученные направляющие РНК могут быть использованы в составе набора для обнаружения гена exoU Pseudomonas aeruginosa с инструкцией по применению.The resulting guide RNAs can be used as part of a Pseudomonas aeruginosa exoU gene detection kit with instructions for use.
Набор может дополнительно включать компоненты для проведения предварительной амплификации высококонсервативного фрагмента гена exoU Pseudomonas aeruginosa, в том числе один или несколько специфических олигонуклеотидов, выбранных из SEQ ID NO: 4-7. При этом по меньшей мере одна направляющая РНК в составе набора может находиться в комплексе с белком системы CRISPR-Cas (LbCpf1 из Lachnospiraceae) в одном контейнере или отдельно в разных контейнерах.The kit may further include components for pre-amplifying a highly conserved Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragment, including one or more specific oligonucleotides selected from SEQ ID NOs: 4-7. At the same time, at least one guide RNA in the kit can be complexed with a protein of the CRISPR-Cas system (LbCpf1 from Lachnospiraceae) in one container or separately in different containers.
Способ получения препарата рибонуклеопротеинового комплекса CRISPR-Cas предусматривает:The method for obtaining the preparation of the ribonucleoprotein complex CRISPR-Cas involves:
(i) синтез направляющей РНК с SEQ ID NO: 1-3,(i) synthesis of guide RNA with SEQ ID NO: 1-3,
(ii) объединение Cas-белка семейства CRISPR-Cas LbCpf1 из Lachnospiraceae, в комплекс с по меньшей мере одной направляющей РНК, полученной на стадии (i), и при необходимости(ii) combining a Cas protein of the CRISPR-Cas LbCpf1 family from Lachnospiraceae, complexing with at least one guide RNA obtained in step (i), and optionally
(iii) лиофильную сушку рибонуклеопротеинового комплекса CRISPR-Cas, полученного на стадии (ii),(iii) freeze-drying the CRISPR-Cas ribonucleoprotein complex obtained in step (ii),
с получением, таким образом, препарата рибонуклеопротеинового комплекса CRISPR-Cas.thus obtaining a CRISPR-Cas ribonucleoprotein complex preparation.
В предложенном способе синтез направляющих РНК может быть проведен методом in vitro транскрипции с последующим переосаждением продуктов реакции in vitro транскрипции из реакционной смеси добавлением хлорида натрия до конечной концентрации 400 mM и равного объема изопропилового спирта.In the proposed method, guide RNA synthesis can be carried out by in vitro transcription followed by reprecipitation of in vitro transcription reaction products from the reaction mixture by adding sodium chloride to a final concentration of 400 mM and an equal volume of isopropyl alcohol.
Также предложенный способ предусматривает непосредственно перед объединением с Cas-белком прогрев направляющей РНК при 90°С в течение 5 минут и позволяют медленно остыть до комнатной температуры, что обеспечивает формирование корректной конформации шпильки, содержащейся в направляющей РНК.Also, the proposed method provides for direct heating of the guide RNA at 90°C for 5 minutes immediately before combining with the Cas protein and allows it to slowly cool to room temperature, which ensures the formation of the correct conformation of the hairpin contained in the guide RNA.
Предложен препарат рибонуклеопротеинового комплекса CRISPR-Cas для выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa, который может быть получен раскрытым в настоящей заявке способом. Препарат содержит Cas-белок семейства CRISPR-Cas LbCpf1 из Lachnospiraceae в комплексе с по меньшей мере одной направляющей РНК с SEQ ID NO: 1-3.A preparation of the CRISPR-Cas ribonucleoprotein complex is proposed for detecting the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa, which can be obtained by the method disclosed in this application. The preparation contains Cas-protein of the CRISPR-Cas LbCpf1 family from Lachnospiraceae in complex with at least one guide RNA with SEQ ID NO: 1-3.
Препарат может быть представлен как в жидкой форме раствора указанного рибонуклеопротеинового комплекса CRISPR-Cas, так и в виде лиофилизата - лиофильно высушенного порошка указанного рибонуклеопротеинового комплекса CRISPR-Cas.The drug can be presented both in the liquid form of a solution of the specified CRISPR-Cas ribonucleoprotein complex, and in the form of a lyophilisate - a freeze-dried powder of the specified CRISPR-Cas ribonucleoprotein complex.
Предложенная технология позволяет определить единичные копии гена exoU Pseudomonas aeruginosa в биологических образцах пациента, выбранных из жидкости и/или ткани, предположительно содержащих Pseudomonas aeruginosa. Биологическим образцом может быть образец крови, сыворотки или плазмы крови, клеток крови, слюны, мокроты, лимфоидных тканей, тканей кроветворных органов и других биологических материалов от пациента, которые могут быть использованы для анализа на наличие гена exoU Pseudomonas aeruginosa.The proposed technology makes it possible to identify single copies of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene in patient biological samples taken from fluid and/or tissue suspected to contain Pseudomonas aeruginosa. The biological sample may be a sample of blood, blood serum or plasma, blood cells, saliva, sputum, lymphoid tissues, hematopoietic tissues and other biological materials from a patient, which can be used to test for the presence of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Фиг. 1. Визуализация амплифицированного фрагмента exoU-1 гена exoU Pseudomonas aeruginosa (размером 144 п.о.) после предварительной амплификации с использованием олигонуклеотидов For 1104 и Rev 1104 при помощи электрофореза в агарозном геле, где цифрами 1-9 обозначены:Fig. Fig. 1. Visualization of the amplified exoU-1 fragment of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene (144 bp) after preliminary amplification using oligonucleotides For 1104 and Rev 1104 using agarose gel electrophoresis, where numbers 1-9 indicate:
1 - Продукт, полученный в ходе амплификации 20000 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;1 - The product obtained during the amplification of 20,000 fg of the pGEM-T-exoU-1 model matrix;
2 Продукт, полученный в ходе амплификации 2000 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;2 Product obtained from amplification of 2000 fg of pGEM-T-exoU-1 model matrix;
3 - Продукт, полученный в ходе амплификации 200 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;3 - The product obtained during the amplification of 200 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-1;
4 - Продукт, полученный в ходе амплификации 20 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;4 - The product obtained during the amplification of 20 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-1;
5 - Продукт, полученный в ходе амплификации 2 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;5 - The product obtained during the amplification of 2 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-1;
6 - Продукт, полученный в ходе амплификации 0,2 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;6 - The product obtained during the amplification of 0.2 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-1;
7 Продукт, полученный в ходе амплификации 0,02 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;7 Product obtained from amplification of 0.02 fg of pGEM-T-exoU-1 model matrix;
8 - Продукт, полученный в ходе амплификации 0,002 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-1;8 - The product obtained during the amplification of 0.002 fg of the pGEM-T-exoU-1 model matrix;
9 отрицательный контроль, не содержащий модельной матрицы pGEM-T- pGEM-T-exoU-1;9 negative control containing no model matrix pGEM-T-pGEM-T-exoU-1;
М - стандарты молекулярных масс: снизу вверх 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 пар нуклеотидов (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, США).M - molecular weight standards: from bottom to top 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 bp (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, USA).
Фиг. 2. Визуализация амплифицированного фрагмента exoU-2 гена exoU Pseudomonas aeruginosa (размером 125 п.о.) после предварительной амплификации с использованием олигонуклеотидов For 2018/1982 и Rev 2018/1982 при помощи электрофореза в агарозном геле, где цифрами 1-9 обозначены:Fig. Fig. 2. Visualization of the amplified exoU-2 fragment of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene (125 bp) after preliminary amplification using oligonucleotides For 2018/1982 and Rev 2018/1982 using agarose gel electrophoresis, where numbers 1-9 indicate:
1 - Продукт, полученный в ходе амплификации 20000 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;1 - The product obtained during the amplification of 20,000 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-2;
2 Продукт, полученный в ходе амплификации 2000 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;2 Product obtained from amplification of 2000 fg of pGEM-T-exoU-2 model matrix;
3 - Продукт, полученный в ходе амплификации 200 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;3 - The product obtained during the amplification of 200 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-2;
4 - Продукт, полученный в ходе амплификации 20 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;4 - The product obtained during the amplification of 20 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-2;
5 - Продукт, полученный в ходе амплификации 2 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;5 - The product obtained during the amplification of 2 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-2;
6 - Продукт, полученный в ходе амплификации 0,2 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;6 - The product obtained during the amplification of 0.2 fg of the pGEM-T-exoU-2 model matrix;
7 Продукт, полученный в ходе амплификации 0,02 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;7 Product obtained from amplification of 0.02 fg of pGEM-T-exoU-2 model matrix;
8 - Продукт, полученный в ходе амплификации 0,002 фг модельной матрицы pGEM-T-exoU-2;8 - The product obtained during the amplification of 0.002 fg of the model matrix pGEM-T-exoU-2;
9 - отрицательный контроль, не содержащий модельной матрицы pGEM-T- pGEM-T-exoU-2;9 - negative control, not containing the pGEM-T-pGEM-T-exoU-2 model matrix;
М - стандарты молекулярных масс: снизу вверх 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 пар нуклеотидов (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, США).M - molecular weight standards: from bottom to top 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000 bp (GeneRuler 100 bp Plus, Thermo Fisher Scientific, USA).
Фиг. 3. Профиль флуоресценции в реальном времени для предварительно амплифицированной мишени exoU-1 Pseudomonas aeruginosa, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA exoU №1104 и белок LbCpf1.Fig. 3. Real-time fluorescence profile of a pre-amplified Pseudomonas aeruginosa exoU-1 target treated with a ribonucleoportein complex containing exoU #1104 crRNA guide RNA and LbCpf1 protein.
Фиг. 4. Профиль флуоресценции в реальном времени для предварительно амплифицированной мишени exoU-2 Pseudomonas aeruginosa, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA exoU №1982 и белок LbCpf1.Fig. 4. Real-time fluorescence profile of a pre-amplified Pseudomonas aeruginosa exoU-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing exoU #1982 crRNA guide RNA and LbCpf1 protein.
Фиг. 5. Профиль флуоресценции в реальном времени для предварительно амплифицированной мишени exoU-2 Pseudomonas aeruginosa, обработанной рибонуклеопортеиновым комплексом, содержащим направляющую РНК crRNA exoU №2018 и белок LbCpf1.Fig. 5. Real-time fluorescence profile of a pre-amplified Pseudomonas aeruginosa exoU-2 target treated with a ribonucleoportein complex containing exoU #2018 crRNA guide RNA and LbCpf1 protein.
Фиг. 6. Значения флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) для предварительно амплифицированных мишеней exoU-1 и exoU-2 Pseudomonas aeruginosa, обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие РНК crRNA exoU №1104, crRNA exoU №1982, crRNA exoU №2018.Fig. 6. Endpoint fluorescence values (60 assay cycle, 60 minutes) for pre-amplified Pseudomonas aeruginosa exoU-1 and exoU-2 targets treated with ribonucleoportein complexes containing guide RNAs crRNA exoU #1104, crRNA exoU #1982, crRNA exoU #2018 .
Фиг. 7. Визуализация амплифицированного с клинических образцов фрагмента exoU-1 гена exoU Pseudomonas aeruginosa (размером 144 п.о.) после предварительной амплификации с использованием олигонуклеотидов For 1104 и Rev 1104 при помощи электрофореза в агарозном геле.Fig. Fig. 7. Visualization of the Pseudomonas aeruginosa exoU-1 gene fragment amplified from clinical samples (144 bp) after preliminary amplification using oligonucleotides For 1104 and Rev 1104 using agarose gel electrophoresis.
Фиг. 8. Визуализация амплифицированного с клинических образцов фрагмента exoU-2 гена exoU Pseudomonas aeruginosa (размером 125 п.о.) после предварительной амплификации с использованием олигонуклеотидов For 2018/1982 и Rev 2018/1982 при помощи электрофореза в агарозном геле.Fig. Fig. 8. Visualization of the Pseudomonas aeruginosa exoU-2 gene fragment amplified from clinical samples (125 bp) after preliminary amplification using oligonucleotides For 2018/1982 and Rev 2018/1982 using agarose gel electrophoresis.
Фиг. 9. Значения флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) для предварительно амплифицированных с клинических образцов мишеней exoU-1 и exoU-2 гена exoU Pseudomonas aeruginosa, обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие РНК crRNA exoU №1104, crRNA exoU №1982, crRNA exoU №2018.Fig. 9. Fluorescence values at the end point (60 assay cycle, 60 minutes) for Pseudomonas aeruginosa exoU-1 and exoU-2 targets pre-amplified from clinical specimens treated with ribonucleoportein complexes containing guide RNAs crRNA exoU No. 1104, crRNA exoU No. 1982 , crRNA exoU no. 2018.
Примеры осуществления изобретенияEXAMPLES OF CARRYING OUT THE INVENTION
ПРИМЕР 1: ПОДБОР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ-МИШЕНЕЙ В ГЕНЕ EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSA PSEUDOMONAS AERUGINOSA ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ РНКEXAMPLE 1: SELECTION OF TARGET SEQUENCES IN THE EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSA PSEUDOMONAS AERUGINOSA GENE TO GENERATE GUIDE RNA
Для подбора последовательностей-мишеней в гене exoU Pseudomonas aeruginosa для создания направляющих РНК были использованы современные алгоритмы in silico анализа нуклеотидных последовательностей и программы, находящиеся в открытом доступе, включая Benchling (https://www.benchling.com/molecular-biologY/). Был составлен перечень участков в гене exoU Pseudomonas aeruginosa с теоретически рассчитанной вероятностью их расщепления в высоко консервативных участках (Таблиц 1). Направляющие РНК, специфически узнающие высоко консервативный участок гена exoU Pseudomonas aeruginosa, представлены уникальными последовательностями SEQ ID NO: 1-3.To select target sequences in the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa to create guide RNAs, modern algorithms for in silico analysis of nucleotide sequences and programs that are in the public domain, including Benchling (https://www.benchling.com/molecular-biologY/), were used. A list of regions in the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa was compiled with a theoretically calculated probability of their splitting in highly conserved regions (Table 1). Guide RNAs specifically recognizing the highly conserved region of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene are unique sequences of SEQ ID NOs: 1-3.
ПРИМЕР 2: ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ГЕНА EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSA МЕТОДОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АМПЛИФИКАЦИИEXAMPLE 2: PREPARATION OF MATERIAL FOR EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSA GENE DETECTION BY PRE-AMPLIFICATION METHOD
Подготовку материала для обнаружения гена exoU Pseudomonas aeruginosa проводили методом предварительной амплификации. В качестве модельных матриц гена exoU Pseudomonas aeruginosa биологического образца использовали плазмидные ДНК:Preparation of the material for the detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene was carried out by the method of preliminary amplification. The following plasmid DNAs were used as model templates for the Pseudomonas aeruginosa exoU gene of a biological sample:
1) pGEM-T-exoU-1, содержащую в своем составе фрагмент гена exoU Pseudomonas aeruginosa с 1053 по 1196 п.о. (размером 144 п.о.), и1) pGEM-T-exoU-1 containing a fragment of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene from 1053 to 1196 bp. (size 144 bp), and
2) pGEM-T-exoU-2, содержащую в своем составе фрагмент гена exoU Pseudomonas aeruginosa с 1934 по 2058 п.о. (размером 125 п.о.)2) pGEM-T-exoU-2 containing a fragment of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene from 1934 to 2058 b.p. (size 125 bp)
Предварительную амплификацию участков, соответствующих фрагментам гена exoU Pseudomonas aeruginosa, проводили с использованием специфических олигонуклеотидов с SEQ ID NO: 4 и SEQ ID NO: 5 для получения фрагмента exoU-1 и SEQ ID NO: 6 и SEQ ID NO: 7 для получения фрагмента exoU-2, приведенных в Таблице 2.Pre-amplification of the regions corresponding to fragments of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene was carried out using specific oligonucleotides with SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5 to obtain an exoU-1 fragment and SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 to obtain an exoU fragment -2 shown in Table 2.
ПЦР-продукты, кодирующие фрагменты exoU-1 и exoU-2 гена exoU Pseudomonas aeruginosa, получали в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов For 1104 и Rev 1104, For 2018/1982 и Rev 2018/1982, соответственно (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента exoU-1 составлял 144 пары нуклеотидов, exoU-2 - 125 пар нуклеотидов (Таблице 3).PCR products encoding exoU-1 and exoU-2 fragments of the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa were obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Federal Budgetary Institution of Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides For 1104 and Rev 1104, For 2018/ 1982 and Rev 2018/1982, respectively (GenTerra, Russia). The size of the amplified exoU-1 fragment was 144 bp, exoU-2 was 125 bp (Table 3).
Температурный профиль амплификации для получения ПЦР-продуктов фрагментов гена exoU Pseudomonas aeruginosa:Temperature profile of amplification for obtaining PCR products of Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments:
1. денатурация: 95°С в течение 3 минут;1. denaturation: 95°C for 3 minutes;
2. 40 циклов амплификации:2. 40 cycles of amplification:
95°С- 15 сек,95°C - 15 sec,
55°С - 45 сек, 72°С - 30 сек;55°C - 45 sec, 72°C - 30 sec;
3. финальная элонгация: 72°С в течение 5 минут.3. final elongation: 72°C for 5 minutes.
В ходе подготовки материала для обнаружения гена exoU Pseudomonas aeruginosa методом предварительной амплификации проводили титрование модельных матриц pGEM-T-exoU-1 и pGEM-T-exoU-2 путем приготовления серийных разведений (Таблица 4).During the preparation of the material for the detection of the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa by the method of preliminary amplification, the model matrices pGEM-T-exoU-1 and pGEM-T-exoU-2 were titrated by preparing serial dilutions (Table 4).
Для оценки эффективности предварительной амплификации полученные фрагменты гена exoU Pseudomonas aeruginosa визуализировали при помощи электрофореза в агарозном геле (Фиг. 1, 2).To assess the efficiency of pre-amplification, the obtained Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments were visualized by agarose gel electrophoresis (Fig. 1, 2).
Подготовленный описанным способом материал использовали для экспериментов по выявлению гена exoU Pseudomonas aeruginosa с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов LbCpf1 из Lachnospiraceae, содержащих направляющие РНК crRNA exoU №1104, crRNA exoU №1982, crRNA exoU №2018, без предварительной очистки.The material prepared by the described method was used for experiments on the detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene using LbCpf1 ribonucleoprotein complexes from Lachnospiraceae containing guide RNAs crRNA exoU No. 1104, crRNA exoU No. 1982, crRNA exoU No. 2018, without preliminary purification.
ПРИМЕР 3: ПОЛУЧЕНИЕ НАПРАВЛЯЮЩИХ РНК И СОЗДАНИЕ РИБОНУКЛЕОПРОТЕИНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ГЕНА EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSAEXAMPLE 3: PRODUCTION OF GUIDE RNA AND CREATION OF RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEXES TO DETECT THE EXOU GENE OF PSEUDOMONAS AERUGINOSA
Для получения направляющих РНК для обнаружения гена exoU Pseudomonas aeruginosa был разработан набор специфических олигонуклеотидов, приведенных в Таблице 5. Получение направляющих РНК проводили в несколько этапов:To obtain guide RNAs for the detection of the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa, a set of specific oligonucleotides was developed, shown in Table 5. The preparation of guide RNAs was carried out in several stages:
1. получение ПЦР-продукта с использованием набора специфических олигонуклеотидов (табл. 5), кодирующего направляющую РНК, способную связываться с целевым высоко консервативным участком гена exoU Pseudomonas aeruginosa, содержащую РНК-шпильку, которая распознается РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазой LbCpf1 из Lachnospiraceae;1. obtaining a PCR product using a set of specific oligonucleotides (Table 5) encoding a guide RNA capable of binding to a target highly conserved region of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene, containing a hairpin RNA that is recognized by the RNA-guided DNA endonuclease LbCpf1 from Lachnospiraceae;
2. очистка ПЦР-продукта, кодирующего направляющую РНК, специфичную к фрагменту гена exoU Pseudomonas aeruginosa;2. Purification of a PCR product encoding a guide RNA specific for the Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragment;
3. синтез направляющей РНК, специфичной к фрагменту гена exoU Pseudomonas aeruginosa;3. synthesis of a guide RNA specific to the Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragment;
4. очистка направляющей РНК, специфичной к фрагменту гена exoU Pseudomonas aeruginosa.4. Purification of the guide RNA specific to the Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragment.
ПЦР-продукт, кодирующий направляющую РНК crRNA exoU №1104, получали в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов Т7рг и crRNA 1104 (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента, кодирующего crRNA exoU №1104, составлял 62 пары нуклеотидов.The PCR product encoding guide RNA crRNA exoU No. 1104 was obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides T7rg and crRNA 1104 (GenTerra, Russia). The size of the amplified fragment encoding exoU crRNA No. 1104 was 62 bp.
ПЦР-продукт, кодирующий направляющую РНК crRNA exoU №1982, получали в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов Т7рг и crRNA 1982 (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента, кодирующего crRNA exoU №1982, составлял 62 пары нуклеотидов.The PCR product encoding the guide RNA crRNA exoU No. 1982 was obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides T7rg and crRNA 1982 (GenTerra, Russia). The size of the amplified fragment encoding exoU no. 1982 crRNA was 62 bp.
ПЦР-продукт, кодирующий направляющую РНК crRNA exoU №2018, получали в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) и специфических олигонуклеотидов Т7рг и crRNA 2018 (ГенТерра, Россия). Размер амплифицированного фрагмента, кодирующего crRNA exoU №2018, составлял 62 пары нуклеотидов.The PCR product encoding the guide RNA crRNA exoU No. 2018 was obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) and specific oligonucleotides T7rg and crRNA 2018 (GenTerra, Russia). The size of the amplified fragment encoding exoU no. 2018 crRNA was 62 bp.
Температурный профиль амплификации для получения ПЦР-продуктов, кодирующих направляющие РНК:Amplification temperature profile for obtaining PCR products encoding guide RNAs:
1. денатурация: 95°С в течение 3 минут;1. denaturation: 95°C for 3 minutes;
2. 35 циклов амплификации:2. 35 amplification cycles:
95°С - 15 сек,95°С - 15 sec,
55°С - 45 сек,55°С - 45 sec,
72°С - 30 сек;72°C - 30 sec;
3. финальная элонгация: 72°С в течение 5 минут.3. final elongation: 72°C for 5 minutes.
ПЦР-продукты, кодирующие направляющие РНК, специфичные к фрагментам гена exoU Pseudomonas aeruginosa, визуализировали при помощи электрофореза в агарозном геле.PCR products encoding guide RNAs specific for Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments were visualized by agarose gel electrophoresis.
Очистку ПЦР-продуктов, кодирующих направляющие РНК, специфичные к фрагментам гена exoU Pseudomonas aeruginosa, проводили с использованием коммерчески доступного набора ISOLATE II PCR and Gel Kit (BioLine, США) согласно инструкции производителя. Очищенные ПЦР-продукты, кодирующие направляющие РНК, специфичные к фрагментам гена exoU Pseudomonas aeruginosa, использовали в качестве матрицы для синтеза направляющих РНК.PCR products encoding guide RNAs specific for Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments were purified using a commercially available ISOLATE II PCR and Gel Kit (BioLine, USA) according to the manufacturer's instructions. Purified PCR products encoding guide RNAs specific for Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments were used as a template for guide RNA synthesis.
Синтез направляющих РНК, специфичных к фрагментам гена exoU Pseudomonas aeruginosa, осуществляли методом in vitro транскрипции с использованием коммерчески доступных наборов реагентов (HiScribe™ Т7 High Yield RNA Synthesis Kit, NEB, США) согласно инструкции производителя. Продукты реакции in vitro транскрипции переосаждали из реакционной смеси добавлением хлорида натрия до конечной концентрации 400 mM и равного объема изопропилового спирта. Такие модификации протокола производителя, внесенные авторами, позволяют увеличить выход продукта реакции и получить желаемую концентрацию финального препарата направляющей РНК.Synthesis of guide RNAs specific to Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments was carried out by in vitro transcription using commercially available reagent kits (HiScribe™ T7 High Yield RNA Synthesis Kit, NEB, USA) according to the manufacturer's instructions. The reaction products of in vitro transcription were reprecipitated from the reaction mixture by adding sodium chloride to a final concentration of 400 mM and an equal volume of isopropyl alcohol. Such modifications of the manufacturer's protocol introduced by the authors allow increasing the yield of the reaction product and obtaining the desired concentration of the final guide RNA preparation.
Создание готового рибонуклеопротеинового комплекса, содержащего белок семейства CRISPR-Cas LbCpf1 из Lachnospiraceae, и направляющую РНК авторы проводили по стандартному протоколу с некоторыми модификациями [С.Anders, М. Jinek, In vitro enzymology of Cas9, Methods Enzymol. 546 (2014) 1-20, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801185-0.00001-51.The creation of a ready-made ribonucleoprotein complex containing a protein of the CRISPR-Cas LbCpf1 family from Lachnospiraceae and guide RNA was carried out by the authors according to a standard protocol with some modifications [C. Anders, M. Jinek, In vitro enzymology of Cas9, Methods Enzymol. 546 (2014) 1-20, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801185-0.00001-51.
Непосредственно перед объединением с Cas-белком препарат направляющей РНК (в количестве 250 нг) прогревали при 90°С в течение 5 минут и позволяли медленно остыть до комнатной температуры (инкубация при комнатной температуре не менее 10 минут). Такое прогревание необходимо для формирования корректной конформации шпильки, содержащейся в направляющей РНК. Многие производители коммерческих препаратов Cas-белков пропускают данный этап при подготовке рибонуклеопротеинового комплекса.Immediately before combining with the Cas protein, the guide RNA preparation (250 ng) was heated at 90°C for 5 minutes and allowed to cool slowly to room temperature (incubation at room temperature for at least 10 minutes). Such heating is necessary for the formation of the correct hairpin conformation contained in the guide RNA. Many manufacturers of commercial Cas protein preparations skip this step when preparing the ribonucleoprotein complex.
Для формирования готового рибонуклеопротеинового комплекса 250 нг Cas-белка LbCpf1 из Lachnospiraceae и подготовленную направляющую РНК смешивали и инкубировали 15 минут при комнатной температуре. Полученный таким способом рибонуклеопротеиновый комплекс готов для выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa.To form the finished ribonucleoprotein complex, 250 ng of the LbCpf1 Cas protein from Lachnospiraceae and the prepared guide RNA were mixed and incubated for 15 minutes at room temperature. The ribonucleoprotein complex obtained in this way is ready for detection of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene.
ПРИМЕР 4: ОБНАРУЖЕНИЕ ЕДИНИЧНЫХ КОПИЙ ГЕНА EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSA С ПОМОЩЬЮ РИБОНУКЛЕОПРОТЕИНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ CRISPR/CAS НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛЬНОЙ МАТРИЦЫEXAMPLE 4: DETECTION OF SINGLE COPIES OF THE EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSA GENE USING CRISPR/CAS RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEXES ON THE EXAMPLE OF A MODEL MATRIX
Предварительно амплифицированный материал, полученный способом, описанным в Примере 2, использовали в качестве матрицы для обнаружения гена exoU Pseudomonas aeruginosa с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas, полученных способом, описанным в Примере 3.The pre-amplified material obtained by the method described in Example 2 was used as a template for Pseudomonas aeruginosa exoU gene detection using CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes obtained by the method described in Example 3.
Для обнаружения гена exoU Pseudomonas aeruginosa с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas готовили реакционную смесь, содержащую следующие компоненты:To detect the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa using CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes, a reaction mixture was prepared containing the following components:
• 10× буфер (100 mM TrisHCl рН 8,0, 1 М NaCl);• 10× buffer (100 mM TrisHCl pH 8.0, 1 M NaCl);
• 50 mM MgCl2 (конечная концентрация в реакционной смеси 10 mM);• 50 mM MgCl 2 (final concentration in the
• 250 нг рибонуклеопротеинового комплекса (LbCpf1 из Lachnospiraceae и направляющие РНК crRNA exoU №1104, crRNA exoU №1982, crRNA exoU №2018);• 250 ng ribonucleoprotein complex (LbCpf1 from Lachnospiraceae and guide RNAs crRNA exoU #1104, crRNA exoU #1982, crRNA exoU #2018);
• 10 pmol флуоресцентный зонд (6FAM-TTATT-BHQ1);• 10 pmol fluorescent probe (6FAM-TTATT-BHQ1);
• Мишень (предварительно амплифицированные фрагменты гена exoU Pseudomonas aeruginosa);• Target (preliminarily amplified Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments);
• BOflamQ.• BOflamQ.
Реакционные смеси, содержащие все необходимые компоненты, помещали в амплификатор QuantStudio 5 (Thermo Fisher Scientific, США) и задавали следующие параметры реакции:The reaction mixtures containing all the necessary components were placed in a
30-60 циклов:30-60 cycles:
37°С - 35 сек,37°С - 35 sec,
37°С - 25 сек, съемка флуоресценции.37°C - 25 sec, fluorescence imaging.
В первую очередь были проведены эксперименты по обнаружению единичных копий гена exoU Pseudomonas aeruginosa с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas, сформированных на основе LbCpf1 из Lachnospiraceae, с использованием в качестве мишени модельных матриц - плазмидной ДНК pGEM-T-exoU-1, содержащей в своем составе фрагмент гена exoU Pseudomonas aeruginosa с 1053 по 1196 п.о. размером 144 п.о., и плазмидной ДНК pGEM-T-exoU-2, содержащей в своем составе фрагмент гена exoU Pseudomonas aeruginosa с 1934 по 2058 п.о. размером 125 п.о.First of all, experiments were carried out to detect single copies of the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa using CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of LbCpf1 from Lachnospiraceae, using model templates as a target - plasmid DNA pGEM-T-exoU-1 containing in its composition of the exoU gene fragment of Pseudomonas aeruginosa from 1053 to 1196 b.p. 144 bp in size, and plasmid DNA pGEM-T-exoU-2, containing in its composition a fragment of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene from 1934 to 2058 bp. size 125 b.p.
Было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR-Cas обладают способностью выявлять единичные копий гена exoU Pseudomonas aeruginosa. Типичные результаты анализа приведены на примерах профилей флуоресценции в реальном времени для предварительно амплифицированных мишеней exoU-1 и exoU-2 гена exoU Pseudomonas aeruginosa, обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие РНК crRNA exoU №1104, crRNA exoU №1982, crRNA exoU №2018 и белок LbCpf1, на Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 5, соответственно. Отметим, что в среднем уже на 18-м цикле анализа (18 минут) значение сигнала, полученного в ходе детекции единичных копий (1,77 копий/реакция) гена exoU Pseudomonas aeruginosa, превышало значение «шума» (неспецифической флуоресценции контрольного образца, не содержащего мишени) минимум в пять раз, а к 30-му циклу (30 минут анализа) в 10 и более раз.CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes have been shown to be able to detect single copies of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene. Typical results of the analysis are shown using examples of real-time fluorescence profiles for pre-amplified Pseudomonas aeruginosa exoU-1 and exoU-2 targets treated with ribonucleoportein complexes containing exoU no. 1104 crRNA, exoU no. 1982 crRNA, exoU no. LbCpf1, in Fig. 3, Fig. 4 and FIG. 5, respectively. It should be noted that, on average, already at the 18th cycle of analysis (18 minutes), the value of the signal obtained during the detection of single copies (1.77 copies/reaction) of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene exceeded the “noise” value (nonspecific fluorescence of the control sample, not containing the target) by at least five times, and by the 30th cycle (30 minutes of analysis) by 10 or more times.
В ходе работ была оценена эффективность выявления единичных копий гена exoU Pseudomonas aeruginosa, содержащегося в составе модельных матриц, с использованием различных направляющих РНК. Было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR-Cas, сформированные на основе LbCpf1 из Lachnospiraceae и направляющих РНК, выявляют единичные копии гена exoU Pseudomonas aeruginosa с различной эффективностью, и их можно расположить в следующем порядке по уменьшению активности: crRNA exoU №2018>crRNA exoU №1104 ≥ crRNA exoU №1982 (Фиг. 6).In the course of the work, the efficiency of detecting single copies of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene contained in model matrices was evaluated using various guide RNAs. It was shown that CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of LbCpf1 from Lachnospiraceae and guide RNAs detect single copies of the exoU gene of Pseudomonas aeruginosa with different efficiency, and they can be arranged in the following order of decreasing activity: crRNA exoU no. 2018>crRNA exoU no. 1104 ≥ crRNA exoU #1982 (Fig. 6).
ПРИМЕР 5: ОБНАРУЖЕНИЕ ГЕНА EXOU PSEUDOMONAS AERUGINOSA С ПОМОЩЬЮ РИБОНУКЛЕОПРОТЕИНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ CRISPR/CAS НА ОГРАНИЧЕННОЙ ПАНЕЛИ КЛИНИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВEXAMPLE 5: DETECTION OF THE EXOU GENE OF PSEUDOMONAS AERUGINOSA USING CRISPR/CAS RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEXES IN A LIMITED PANEL OF CLINICAL SPECIMENS
Разработанные направляющие РНК были апробированы на ограниченной панели клинических образцов (17 шт.), содержащих Pseudomonas aeruginosa, несущую ген exoU (ранее подтверждено методом секвенирования следующего поколения).The developed guide RNAs were tested on a limited panel of clinical samples (17 pcs.) containing Pseudomonas aeruginosa carrying the exoU gene (previously confirmed by next generation sequencing).
Для обнаружения единичных копий гена exoU Pseudomonas aeruginosa с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas была проведена предварительная амплификация фрагментов этого гена. Для проведения предварительной амплификации из 17 биологических образцов, полученных от пациентов, с помощью коммерчески доступного набора DNeasy Blood & Tissue Kit (QIAGEN, США) были выделены ДНК согласно инструкции производителя.To detect single copies of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene using CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes, preliminary amplification of fragments of this gene was carried out. For preliminary amplification, DNA was isolated from 17 biological samples obtained from patients using a commercially available DNeasy Blood & Tissue Kit (QIAGEN, USA) according to the manufacturer's instructions.
ПЦР-продукты, кодирующие фрагменты гена exoU Pseudomonas aeruginosa, получали в реакции амплификации с использованием ПЦР-смеси-2 blue (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, Россия) как описано в Примере 2, применяя описанный температурный профиль и продолжительность реакции амплификации. Полученные продукты визуализировали при помощи электрофореза в агарозном геле (Фиг. 7, 8).PCR products encoding Pseudomonas aeruginosa exoU gene fragments were obtained in an amplification reaction using PCR mixture-2 blue (Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor, Russia) as described in Example 2, using the described temperature profile and duration of the amplification reaction. The resulting products were visualized by agarose gel electrophoresis (FIGS. 7, 8).
Полученный таким способом материал использовали в качестве матрицы для обнаружения единичных копий гена exoU Pseudomonas aeruginosa с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas, полученных способом, описанным в Примере 3.The material obtained in this way was used as a template for the detection of single copies of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene using CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes obtained by the method described in Example 3.
Обнаружение единичных копий гена exoU Pseudomonas aeruginosa с помощью рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas проводили способом, описанным в Примере 4.Detection of single copies of the Pseudomonas aeruginosa exoU gene using CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes was carried out as described in Example 4.
В ходе проведенного анализа было показано, что рибонуклеопротеиновые комплексы CRISPR-Cas обладают способностью выявлять ген exoU Pseudomonas aeruginosa в препаратах ДНК, выделенных из клинических образцов. При этом в среднем уже на 20 цикле (20 минут) анализа значение сигнала превышало значение «шума» (неспецифической флуоресценции контрольного образца, не содержащего мишени) более чем в 5 раз, а к 35 циклу (35 минут) анализа - более чем в 10 раз (Таблица 6).In the course of the analysis, it was shown that CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes have the ability to detect the Pseudomonas aeruginosa exoU gene in DNA preparations isolated from clinical samples. At the same time, on average, already at the 20th cycle (20 minutes) of the analysis, the signal value exceeded the “noise” value (nonspecific fluorescence of the control sample that did not contain the target) by more than 5 times, and by the 35th cycle (35 minutes) of the analysis - by more than 10 times. times (Table 6).
Типичные результаты анализа приведены на примерах значений флуоресценции в конечной точке (60 цикл анализа, 60 минут) для предварительно амплифицированных мишеней exoU-1 и exoU-2 гена exoU Pseudomonas aeruginosa (17 независимых клинических образцов), обработанных рибонуклеопортеиновыми комплексами, содержащими направляющие РНК crRNA exoU №1104, crRNA exoU №1982, crRNA exoU №2018 и белок LbCpf1, на Фиг. 9.Typical assay results are shown with examples of endpoint fluorescence values (60 assay cycle, 60 minutes) for pre-amplified Pseudomonas aeruginosa exoU-1 and exoU-2 targets (17 independent clinical specimens) treated with ribonucleoportein complexes containing exoU crRNA guide RNAs. No. 1104, exoU crRNA No. 1982, exoU crRNA No. 2018 and LbCpf1 protein, in Fig. 9.
Эффективность выявления гена exoU Pseudomonas aeruginosa, содержащегося в составе препаратов ДНК, выделенных из клинических образцов, с использованием различных направляющих РНК в составе рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas, сформированных на основе LbCpf1 из Lachnospiraceae, оцененная по соотношению значений сигнала к значению «шума» при детекции, можно представить в следующем порядке по убыванию: crRNA exoU №2018>crRNA exoU №1982>crRNA exoU №1104 (Таблица 6).Efficiency of detecting the Pseudomonas aeruginosa exoU gene contained in DNA preparations isolated from clinical samples using various guide RNAs in the composition of CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes formed on the basis of LbCpf1 from Lachnospiraceae, estimated by the ratio of signal values to the value of "noise" during detection , can be presented in the following descending order: crRNA exoU #2018>crRNA exoU #1982>crRNA exoU #1104 (Table 6).
Таким образом, разработанные направляющие РНК позволяют ультрачувствительно выявлять единичные копии гена exoU, кодирующего экзотоксин системы секреции третьего типа, Pseudomonas aeruginosa, и способны обнаруживать его препаратах ДНК, выделенных из клинических образцов, после предварительной амплификации в составе рибонуклеопротеиновых комплексов CRISPR-Cas.Thus, the developed guide RNAs allow ultrasensitive detection of single copies of the exoU gene encoding the exotoxin of the third type secretion system, Pseudomonas aeruginosa, and are able to detect it in DNA preparations isolated from clinical samples after preliminary amplification in the CRISPR-Cas ribonucleoprotein complexes.
--->--->
Перечень последовательностейSequence listing
<110> ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора<110> FBUN Central Research Institute of Epidemiology of Rospotrebnadzor
<120><120>
<160> NUMBER OF SEQ ID NO: NOS: 7<160> NUMBER OF SEQ ID NO: NOS: 7
<210> SEQ ID NO: NO 1<210> SEQ ID NO: NO 1
<211> 40<211> 40
<212> RNA<212>RNA
<213> artificial<213> artificial
<400> SEQUENCE 1 (crRNA exoU №1104):<400> SEQUENCE 1 (crRNA exoU #1104):
aau uuc uac uaa gug uag aua cag cgg gcc acu gcg gcg c 40aau uuc uac uaa gug uag aua cag cgg gcc acu gcg gcg
<210> SEQ ID NO: NO 2<210> SEQ ID NO: NO 2
<211> 40<211> 40
<212> RNA<212>RNA
<213> artificial<213> artificial
<400> SEQUENCE 2 (crRNA exoU №1982):<400> SEQUENCE 2 (crRNA exoU #1982):
aau uuc uac uaa gug uag auc cga aac gca gga agc cuc g 40aau uuc uac uaa gug uag auc cga aac gca gga agc cuc
<210> SEQ ID NO: NO 3<210> SEQ ID NO: NO 3
<211> 40<211> 40
<212> RNA<212>RNA
<213> artificial<213> artificial
<400> SEQUENCE 3 (crRNA exoU №2018):<400> SEQUENCE 3 (crRNA exoU #2018):
aau uuc uac uaa gug uag aug gca aac ccu uga guu cga c 40aau uuc uac uaa gug uag aug gca aac ccu uga guu cga
<210> SEQ ID NO: NO 4<210> SEQ ID NO: NO 4
<211> 20<211> 20
<212> DNA<212> DNA
<213> artificial<213> artificial
<400> SEQUENCE 4 (For 1104):<400> SEQUENCE 4 (For 1104):
gcc ggt ccc tga gat gat cg 20gcc ggt ccc tga gat gat
<210> SEQ ID NO: NO 5<210> SEQ ID NO: NO 5
<211> 20<211> 20
<212> DNA<212> DNA
<213> artificial<213> artificial
<400> SEQUENCE 5 (Rev 1104):<400> SEQUENCE 5 (Rev 1104):
acg acc cag ccc ttg agc gc 20acg acc cag ccc ttg agc gc 20
<210> SEQ ID NO: NO 6<210> SEQ ID NO: NO 6
<211> 20<211> 20
<212> DNA<212> DNA
<213> artificial<213> artificial
<400> SEQUENCE 6 (For 2018/1982):<400> SEQUENCE 6 (For 2018/1982):
cgg aaa tca atc aag cgc tg 20cgg aaa tca atc aag cgc tg 20
<210> SEQ ID NO: NO 7<210> SEQ ID NO: NO 7
<211> 21<211> 21
<212> DNA<212> DNA
<213> artificial<213> artificial
<400> SEQUENCE 7 (Rev 2018/1982):<400> SEQUENCE 7 (Rev 2018/1982):
gaa ctc ctt att ccg cca agc 21gaa ctc ctt att ccg cca agc 21
<---<---
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782739C1 true RU2782739C1 (en) | 2022-11-01 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747819C1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-05-14 | Федеральное бюджетное учреждение науки «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора) | Method for obtaining preparation of ribonucleoprotein complex crispr / cas and preparation for detecting dna of john cunningham virus (jcpyv) in ultra-low concentrations |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747819C1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-05-14 | Федеральное бюджетное учреждение науки «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора) | Method for obtaining preparation of ribonucleoprotein complex crispr / cas and preparation for detecting dna of john cunningham virus (jcpyv) in ultra-low concentrations |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| VINCENT DERUELLE et al., The bacterial toxin ExoU requires a host trafficking chaperone for transportation and to induce necrosis, Nature Communications, 2021, volume 12, Article number: 4024. SALIMATA BAGAYOKO et al., Host phospholipid peroxidation fuels ExoU-dependent cell necrosis and supports Pseudomonas aeruginosa-driven pathology, PLoS Pathog, 2021, 17(9): e1009927. XU CHEN et al., A CRISPR-Cas 12b-Based Platform for Ultrasensitive, Rapid, and Highly Specific Detection of Hepatitis В Virus Genotypes В and С in Clinical Application, Front Bioeng Biotechnol, 2021, 9:743322. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2745637C1 (en) | Method for obtaining the crispr/cas ribonucleoprotein complex preparation and preparation for detection of the blavim-2 (metal-beta-lactamase class b vim-2) pseudomonas aeruginosa antibiotic resistance gene in ultra-low concentrations | |
| RU2782739C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A PREPARATION OF A RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEX CRISPR-Cas AND A PREPARATION FOR DETECTING THE exoU GENE ENCODING AN EXOTOXIN OF THE THIRD TYPE SECRETION SYSTEM, PSEUDOMONAS AERUGINOSA | |
| RU2791880C1 (en) | Method for detecting the exou gene encoding the type 3 secretion system exotoxin, pseudomonas aeruginosa at ultralow concentrations and specific oligonucleotides for use in the method | |
| RU2791879C1 (en) | Crispr-cas12 system for detecting the exou gene encoding the type 3 secretion system exotoxin, pseudomonas aeruginosa, at ultra-low concentrations | |
| RU2820307C1 (en) | METHOD FOR PREPARING PREPARATION OF RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEX CRISPR-Cas AND PREPARATION FOR DETECTING ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-TEM-1B IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS | |
| RU2829103C1 (en) | CRISPR-Cas12 SYSTEM FOR DETECTING ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-TEM-1B IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS | |
| RU2839484C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING PREPARATION OF RIBONUCLEOPROTEIN CRISPR-Cas COMPLEX AND PREPARATION FOR DETECTING ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-NDM-1 IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS | |
| RU2839482C1 (en) | CRISPR-Cas12 KIT FOR DETECTING ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-NDM-1 IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS (VERSIONS) | |
| RU2839761C1 (en) | CRISPR-Cas12 SYSTEM FOR DETECTION OF ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-NDM-1 IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS | |
| RU2841369C1 (en) | Method of detecting the antibiotic resistance gene bla-ndm-1 in ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in the method | |
| RU2782315C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING A PREPARATION OF THE RIBONUCLEOPROTEIN COMPLEX CRISPR-Cas AND A PREPARATION FOR DETECTING THE mecA ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE OF STAPHYLOCOCCUS AUREUS IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS | |
| RU2734520C1 (en) | Method for detecting the antibiotic resistance gene blavim-2 (metal-beta-lactamase class b vim-2) pseudomonas aeruginosa in ultralow concentrations and specific oligonucleotides for use in the method | |
| RU2782314C1 (en) | Crispr-cas12 system for detecting the meca antibiotic resistance gene of staphylococcus aureus at ultra-low concentrations | |
| RU2820306C1 (en) | METHOD FOR DETECTING ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-TEM-1B IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS AND SPECIFIC OLIGONUCLEOTIDES FOR USE IN METHOD | |
| RU2782588C1 (en) | Method for detecting the meca antibiotic resistance gene of staphylococcus aureus in ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in the method | |
| RU2743861C1 (en) | Crispr-cas system for detecting the antibiotic resistance gene blavim-2 (metallo-beta-lactamase class b vim-2) pseudomonas aeruginosa at ultra-low concentrations | |
| RU2839486C1 (en) | CRISPR-Cas12 KIT FOR DETECTING ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-OXA-1 IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS (VERSIONS) | |
| RU2747819C1 (en) | Method for obtaining preparation of ribonucleoprotein complex crispr / cas and preparation for detecting dna of john cunningham virus (jcpyv) in ultra-low concentrations | |
| RU2839762C1 (en) | CRISPR-Cas12 SYSTEM FOR DETECTION OF ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-OXA-1 IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS | |
| RU2839763C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING PREPARATION OF RIBONUCLEOPROTEIN CRISPR-Cas COMPLEX AND PREPARATION FOR DETECTING ANTIBIOTIC RESISTANCE GENE bla-OXA-1 IN ULTRA-LOW CONCENTRATIONS | |
| RU2841370C1 (en) | Method of detecting the antibiotic resistance gene bla-oxa-1 in ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in the method | |
| RU2799430C1 (en) | Method of producing a preparation of a ribonucleoprotein complex crispr-cas and a preparation for detecting hepatitis c virus rna of genotypes 1b and 3a in ultra-low concentrations | |
| RU2800421C1 (en) | Crispr-cas12 system for detecting hepatitis c virus rna genotypes 1b and 3a at ultra-low concentrations | |
| RU2800420C1 (en) | Method of detection of rna of hepatitis c virus genotypes 1b and 3a in ultra-low concentrations and specific oligonucleotides for use in the method | |
| RU2720769C1 (en) | Method of producing a preparation of a ribonucleoprotein complex of crispr / cas and a preparation for detecting proviral dna of human immunodeficiency virus integrated into a human genome in ultra-low concentrations |