WO2018041747A1 - Method for the in vitro detection and identification of at least one target pathogen present in a biological sample - Google Patents
Method for the in vitro detection and identification of at least one target pathogen present in a biological sample Download PDFInfo
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- WO2018041747A1 WO2018041747A1 PCT/EP2017/071488 EP2017071488W WO2018041747A1 WO 2018041747 A1 WO2018041747 A1 WO 2018041747A1 EP 2017071488 W EP2017071488 W EP 2017071488W WO 2018041747 A1 WO2018041747 A1 WO 2018041747A1
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Definitions
- the present invention relates to a high-throughput method of detection and in vitro identification of one or more target pathogens present in a biological sample.
- International application WO2015 / 105993 (AgBiome Inc) describes a method for identifying genes of interest implementing a step of gene capture by hybridization followed by a sequencing step to identify said genes of interest.
- the method described in International Application WO2015 / 105993 requires the use of overlapping probes complementary to reference gene sequences to capture DNA fragments and is limited to the capture of short DNA fragments having a maximum length of 1800 base pairs.
- the approach does not necessarily allow to identify complete genes let alone nucleic sequences comprising several genes, or even new genes or complete genomes.
- the method described in international application WO2015 / 105993 only makes it possible to identify genes whose nucleic sequence is close to the targeted genes, and does not make it possible to identify divergent genes, or even new genes.
- Silke Grumaz et al. (Silke Grumaz et al., Genome Medicine, 2016, Vol 8, pages 1-13) describes a method for detecting pathogens in a plasma sample from skepticemia patients using high throughput sequencing.
- the method described in Silke Grumaz et al. is to isolate the DNA from the sample using the Qiagen Circulating Nucleic Acid Kit, then sequence and analyze the results using bioinformatic methods.
- the method described in Silke Grumaz et al. is not to enrich the DNA of pathogens from complex biological samples. It does not include steps of preparation of DNA fragments or capture by hybridization. Thus, the pathogen DNA only corresponds to a very small proportion of the sequences obtained (93 to 99% of the sequences correspond to human DNA). It is then difficult or impossible, depending on the abundance to identify complete genes, let alone nucleic sequences comprising several genes, or even new genes or complete genomes.
- the patent application US2014 / 0274741 (The Translational Genomics Research) relates to a method for diagnosing neuromuscular diseases in humans, including the detection of one or more mutations in SCML2, CHRND, IFD1, DYNC1 H1, COL6A3, EMD, ARHGAP4, FLNA, MID1 IP1, MID1 and CFP genes.
- the diagnostic method presented consists of isolating the genomic DNA from the biological sample, hybridizing it with a set of target-specific probes obtained from reference nucleic sequences, purifying the targeted DNA with affinity chromatography, then fragment the DNA obtained to allow its sequencing approaches 2nd generation.
- the set of probes used targets at regular intervals reference sequences of 500 to 5000 base pairs, preferably about 2000 base pairs.
- large known DNA regions can be enriched from DNA obtained from isolated organisms.
- the method does not make it possible to enrich large regions of unknown DNA beyond the regions covered by the probes.
- this method first requires a first depletion step to eliminate by hybridization using probes variants such as pseudogenes, to then specifically enrich during a second hybridization step the genes of the genome. 'interest.
- the variants of the target genes are eliminated. The method therefore does not make it possible to identify all the diversity of the genes of interest.
- This method while being more sensitive than existing methods, makes it possible to identify both known and unknown variants of the genes of interest belonging to the target pathogens responsible for infectious diseases in a host organism, but also to detect new pathogens. carriers of targeted virulence genes and thus accurately determine the absence or presence of the target pathogen or pathogens in a given biological sample.
- An object of the invention is therefore a method for detecting and identifying in vitro one or more target pathogens present in a biological sample, the method comprising the following steps: a) the preparation of a mixture of probes capable of specifically targeting a set of gene sequences of interest belonging to the target pathogens, b) preparing a library of DNA fragments from the biological sample, said DNA fragments contained in the library having a length of at least 6,000 base pairs, c) hybridizing the DNA fragments obtained in step b) by contacting said DNA fragments with the probe mixture of step a), d) the capture of the hybridization complexes of step c), e) the sequencing of the DNA fragments captured in step d), f) the bioinformatic reconstruction of the genes of interest and / or the genome of the microorganism (s). organisms from captured DNA fragments sequenced from step e), and g) identifying the target pathogen (s) present in the biological sample.
- the method according to the invention makes it possible to capture DNA fragments having a length of at least 6,000 base pairs.
- the inventors are able to identify both known and unknown sequences of interest genes belonging to target pathogens responsible for infectious diseases in a host organism.
- the inventors using this method reveal genes present in the regions adjacent to the target genes making it possible to reveal new pathogenic strains and thus to accurately determine the absence or the presence of the target pathogen (s) present in the region. a given biological sample.
- This method while making it possible to exhaustively explore the genetic diversity of genes of interest, has the advantage of ensuring the identification of the flanking regions associated with the targeted sequences.
- target pathogens any infectious biological agent capable of inducing infectious disease in a host organism.
- the target bacteria may be chosen from the group comprising: Bacillus anthracis, Clostridium botulinum, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Brucella, Burkholderia, Campylobacter jejuni, Chlamydiophila psittaci, Coxiella burnetii, Escherichia coli , Clostridium perfringens, Listeria monocytogenes, Vibrio, Salmonella, Shigella, Staphylococcus aureus, Rickettsia, Yersinia enterocolitica, Mycobacterium tuberculosis, Anaplasma phagocytophilum, Bartonella henselae, Bordetella pertussis, Borrelia miyamotoi, Clostridium difficile, Ehrlichia, Enterococcus, Leptospira, Borrelia burgdorferi, Streptococcus
- Bio sample means any sample originating from a host organism having at least nucleic acids of another species, the nucleic acids of the other species possibly being nucleic acids of the DNA or RNA type that can be converted into Complementary DNA (cDNA), such as, for example, viral DNA or RNA, bacterial DNA or RNA, archaic DNA or RNA, fungal DNA or RNA, such as yeast DNA or RNA, RNA viroid, eukaryotic unicellular DNA or RNA, worm DNA or RNA, or protozoan DNA or RNA.
- cDNA Complementary DNA
- the biological sample can be obtained from a body fluid or a tissue taken from the animal or from humans or from the plant.
- the biological sample may be selected from the group consisting of: a whole blood sample, a plasma sample, a serum sample, a saliva sample, a secretion sample nasal, a urine sample, a stool sample, a cerebrospinal fluid sample, a sperm sample, a vaginal secretion sample, and a biopsy specimen.
- the method developed by the inventors does not require prior samples purified pathogens, but is capable of identifying homologous sequences both from isolated organisms, and directly from uncharacterized mixtures of populations. organisms comprising the targeted pathogen (s) taken directly from raw biological samples and not subjected to purification.
- the method according to the invention is capable of identifying gene sequences and variants thereof, from pathogens that are not cultivable or difficult to cultivate, but also poorly represented within the sample studied.
- sequences of genes of interest or variants thereof can be detected and identified by the method according to the invention.
- the term "gene sequence of gene of interest” is understood to mean the known or unknown gene DNA sequence.
- the sequences of the genes of interest can be sequences corresponding to the virulence genes of the pathogens, to the antibiotic resistance genes, to the regulatory genes to functional markers, or to sequences repeated.
- the probes may be designed to recognize 16S rDNA sequences, or any other phylogenetic differential sequence such as mcrA, col genes or STIs.
- the method according to the invention is capable of capturing sufficient portions of the 16S rDNA or complete 16S rDNAs, or sufficient or complete portions of the other phylogenetic markers, needed to estimate the distribution and the identification of the taxa present in the biological sample.
- Table 1 below gives examples of pathogens and target genes that can be detected and identified in the method according to the invention. It is important to note that these pathogens and target genes are provided only as examples. They do not represent an exhaustive list of pathogens and genes of interest that can be targeted by this method.
- Bacillus anthracis acpB, atxA, bsIA, capA, capB, capC, capD, cya, lef, pagA, rpoB, sap, vrrA, vrrB
- Listeria monocytogenes actA, aut, bsh, fbpA, gtcA, hlyA, iap, inlA, inlB, mpl, oatA, pgdA, plcA, plcB, prfA, svpA, vip
- Staphylococcus aureus coa etaA
- naked sea, seb, sec, seg, sei, sej, salt, tst
- Yersinia enterocolitica garlic blaA, foxA, myf, naked, rfbB, virF, wbbU, wbcA, yadA, ystA, ystB
- Table 1 Example of pathogens and target genes.
- variants can identify variants of known or unknown sequences from several families of genes of interest.
- variant gene refers to genes showing more or less important sequence similarities.
- the expression of a variant may be modified with respect to that of the gene of interest, the variant may retain the same function as the gene of interest or lead to new functions.
- a variant may have increased expression, reduced expression, a different expression spectrum (for example, for an insecticidal toxin gene), or any other modification of the expression relative to the targeted gene of interest.
- variant is meant substantially similar sequences.
- a variant comprises deletion and / or insertion of one or more nucleotides at one or more sites in the native polynucleotide, or substitution of one or more nucleotides at one or more sites in the native polynucleotide or even chemical methylation or other modifications.
- “native polynucleotide” or “wild-type polynucleotide” is meant a polynucleotide which comprises a natural nucleotide sequence.
- the variants may be so-called "conservative" variants which, because of the degeneracy of the genetic code, encode the native amino acid sequence of the product of the gene of interest; natural allelic variants, such as those which can be identified by techniques well known to those skilled in the art, such as, for example, by polymerase chain reaction amplification (PCR) or hybridization or direct sequencing techniques without priori; artificially obtained variants, such as those generated by random or directed mutagenesis but still coding for the gene product of interest or showing sequence and structure similarity.
- PCR polymerase chain reaction amplification
- the variant has at least about 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or 100% identity with the nucleotide sequence of the gene of interest. probes
- the method utilizes capture probes specific for the genes of interest or known or unknown variants thereof.
- the term "probe” is intended to mean a polynucleotide capable of hybridizing with the sequence of the gene of interest or a known or unknown variant thereof.
- the probes can be RNA or DNA sequences, overlapping, contiguous or sequential.
- the probes are single-stranded RNA sequences capable of hybridizing to the sequence of the gene of interest by complementarity of the nucleotides.
- the RNA sequence of the probe is complementary to the DNA, cDNA or RNA sequence of the fragment of the gene of interest.
- the probes according to the invention are non-overlapping single-stranded RNA sequences.
- the probes are exploratory, that is to say capable of specifically targeting a set of known and unknown sequences of genes of interest, the known and unknown sequences of genes of interest being sequences DNA or RNA or cDNA.
- the probes are non-overlapping and exploratory single-stranded RNA sequences.
- the probes have a length of at least 20 contiguous nucleotides, advantageously at least 30 contiguous nucleotides, advantageously at least 40 contiguous nucleotides, advantageously at least 50 contiguous nucleotides , advantageously at least 60 contiguous nucleotides, advantageously at least 70 contiguous nucleotides, advantageously at least 80 contiguous nucleotides, advantageously at least 90 contiguous nucleotides, advantageously at least 100 contiguous nucleotides, advantageously at least 1 10 contiguous nucleotides, advantageously at least 120 contiguous nucleotides, advantageously at least 130 contiguous nucleotides, advantageously at least 140 contiguous nucleotides, advantageously at least 150 contiguous nucleotides or more.
- the sequence of the probes may comprise from 20 to 150 contiguous nucleotides, advantageously from 70 to 150 contiguous nucleotides, advantageously from 100 to 140 contiguous nucleotides, advantageously from 1 to 120 contiguous nucleotides, advantageously from 70 to 90 contiguous nucleotides.
- the probes have a length of 80 contiguous nucleotides.
- the interval between two probes is between 10 base pairs (bp) and 1000 bp, advantageously between 50 bp and 500 bp, advantageously between 100 bp and 450 bp, advantageously between 100 bp and 400 bp, advantageously between 100 bp and 350 bp, advantageously between 100 and 300 bp, advantageously between 100 bp and 250 bp, advantageously between 100 bp and 200 bp.
- the interval between two probes is between 100 bp and 200 bp.
- the probes can be complemented with a detectable marker to allow capture of the hybridization complex comprising the probe hybridized to the DNA or RNA fragment or cDNA of the gene of the invention. interest or known or unknown variant of it.
- the probes are labeled with biotin, a hapten or an affinity tag, or are generated by polymerization or transcription using oligonucleotides.
- the RNA probes are biotinylated.
- the probes are biotinylated single-stranded RNA probes having a length of 80 nucleotides.
- the single-stranded RNA probes are biotinylated randomly over their entire sequence.
- Oligonucleotide probes may include adapters necessary for their PCR amplification.
- the probes comprise an adapter A of sequence SEQ ID No. 1 and an adapter B of sequence SEQ ID No. 2, the adapter A being placed at the 5 'end of the sequence of the probe and the adapter B being placed at the end 3 'of the sequence of the probe.
- the sequences of the adapters A (SEQ ID No.1), and B (SEQ ID No.2) are added to each end of the probes leading to probes whose sequence is of the "adapter A-adapter-B adapter" type.
- the probe may also include a promoter, in position 5 'of the adapter A, or in 3' of the adapter B, for example the T7 promoter, of sequence SEQ ID No.3.
- the oligonucleotide probes are amplified using adapters A and B to add the T7 promoter, and then purified.
- the probes can be amplified using the Platinium Taq DNA Polymerase High Fidelity kit marketed by Invitrogen and can be purified using the MinElute PCR purification kit marketed by Qiagen.
- the probes are then transcribed in vitro using the T7 promoter in the presence of biotinylated dNTPs to obtain the biotinylated RNA probes.
- the in vitro transcription can be carried out using the MEGAScript kit sold by the company Ambion and biotinylated dUTPs marketed by the company Tebu-Bio.
- the biotinylated RNA probes can then be purified using the RNeasy kit sold by the company Qiagen.
- probes specific for different genes and / or pathogens can be used simultaneously to hybridize with DNA or RNA or cDNA fragments prepared from the sample. organic.
- probes designed for each gene of interest can be combined to form a probe mixture, upstream or at the time of contact of the probes with the fragment library. DNA obtained from the biological sample.
- a "probe mixture” refers to a set of probes designed to be specific for one or more genes of interest and its known or unknown variants belonging to a particular target pathogen and / or set of probes designed to be specific for one or more genes of interest belonging to different target pathogens.
- the mixture of probes comprises between 1 and 5000 different probes, advantageously between 100 and 4500 different probes, advantageously between 500 and 4000 different probes, advantageously between 1000 and 4000 different probes, advantageously between 1500 and 3000 different probes, advantageously between 1600 and 2500 different probes, advantageously between 1900 and 2100 different probes.
- the probe mixture may be specific of at least 1, advantageously at least 2, advantageously at least 10, advantageously at least 50, advantageously at least 100, advantageously at least 150, preferably at least 200, advantageously at least 250, advantageously at least 300, advantageously at least 500, at least 750, advantageously at least 800, advantageously at least 900, advantageously at least 1000, or any other number of genes of interest.
- the probe mixture is specific for at least 100 genes of interest.
- the probe mixture is specific for at least 200 genes of interest.
- the number of genes of interest targeted by the probe mixture is between 1 and 1000, advantageously between 10 and 500 genes of interest, advantageously between 50 and 4500 genes.
- interest advantageously between 100 and 400 genes of interest, preferably between 200 and 300 genes of interest.
- a probe specific for a gene and all of its known or unknown variants is designed to hybridize all the genes and known or unknown variants of this gene present in the sample. organic.
- a probe is therefore specific for all the variants of a gene of interest.
- the sequences of the probes are designed to target the genes of interest and their known or unknown variants using software tools such as KASpOD, HiSpOD or ExSpOD.
- the probe is capable of hybridizing with a fragment of DNA or RNA or cDNA of the gene of interest and its known or unknown variants of a length of d at least 6,000 nucleotides, advantageously 20,000 nucleotides more preferably 50,000 nucleotides, up to the total length of the nucleotide sequence of the genome of interest.
- the biological sample containing the pathogenic DNAs must be prepared for the hybridization step.
- Extraction of the DNA from the biological sample can be carried out by any technique well known to those skilled in the art, making it possible to extract DNA of size compatible with the size of the fragments to be captured. for the hybridization step.
- the extraction of the DNA from the biological sample can be carried out using commercially available DNA extraction kits, for example the QIAamp DNA Blood or DNeasy Blood & Tissue kits marketed by QIAGEN. , and UltraClean Tissue & Cells or UltraClean BloodSpin marketed by MoBio.
- the extracted DNA is then fragmented into DNA fragments of specific length.
- the DNA is fragmented into fragments having a length of at least 6,000 base pairs, advantageously at least 20,000 base pairs, advantageously at least 50,000 base pairs.
- the fragmentation of the DNA can be carried out by any technique known to those skilled in the art to obtain DNA fragments having the desired length.
- the DNA fragments according to the invention are obtained using the g-TUBE kit marketed by Covaris.
- the DNA fragments have either a length of 6000 base pairs, a length of 20 000 base pairs of DNA, or a length of 50 000 base pairs.
- DNA DNA.
- "DNA fragment library” or “library” means a set of DNA fragments having the same length, said DNA fragments being obtained from the biological sample. .
- the DNA fragments constituting the library have a homogeneous size.
- three libraries of DNA fragments can be obtained from the biological sample: a so-called "6kb" library comprising DNA fragments having an average length of 6,000 pairs of DNAs.
- the library of DNA fragments comprises DNA fragments having a length of at least 6,000 base pairs, advantageously at least 20,000 base pairs, advantageously at least 50,000 base pairs.
- this selection step makes it possible to retain only the DNA fragments having an average length of 6,000 base pairs, an average length of 20,000 base pairs, or an average length of 50,000 base pairs.
- DNA DNA.
- the libraries of DNA fragments can be enriched by amplification, in particular by isothermal amplification by strand displacement, making it possible to enrich at least 1.5 times, advantageously at least 2 times. advantageously at least 5 times, advantageously at least 10 times, advantageously at least 20 times, advantageously at least 50 times, advantageously at least 100 times, advantageously at least 1000 times the target population of fragmented DNA.
- the amplification of the library can be carried out with the IHustraGenomPhi V2 DNA Amplification kit marketed by GE Healthcare.
- the method according to the invention may further, after the amplification step, comprise a step of selecting the size of the libraries of amplified DNA fragments.
- the step of selecting the size of the libraries of amplified DNA fragments can be carried out with the BluePippin system using the 0.75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets Kit, 0.75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets or 0.75% Agarose Gel Cassette 50kb marketed by the company SageScience.
- this step of selecting the size of the libraries of amplified DNA fragments makes it possible to preserve only the amplified DNA fragments having an average length of 6,000 base pairs, or an average length of 20,000 base pairs, an average length of 50,000 base pairs of DNA. Hybridization and capture of DNA fragments
- the probes may be mixed with the DNA fragment library prior to the hybridization step by any means known to those skilled in the art.
- the amount of probes added to the DNA fragment library must be sufficient to allow hybridization of all DNA fragments carrying the genes of interest or its known or unknown variants.
- the number of probes introduced into the mixture is greater than or equal to the number of DNA fragments contained in the bank.
- the probe / DNA fragment ratio for hybridization is about 1: 1, preferably about 250: 1, preferably about 1000: 1, preferably about 20,000: 1 or greater.
- the hybridization step c) is carried out in solution or on a solid support.
- the hybridization step is carried out in solution.
- the hybridization step is carried out under stringent conditions.
- the library of DNA, cDNA or RNA fragments is hybridized with the probes for a duration of at least 16 hours, advantageously at least 20 hours, even more advantageously of at least 24 hours, and at a temperature of at least 45 ° C, preferably at least 50 ° C, preferably at least 55 ° C, preferably at least 60 ° C, still more preferably at least minus 65 ° C.
- the DNA fragment library is hybridized with the probes for 24 hours at a temperature of 65 ° C.
- the hybridization buffer may comprise a buffer based on a mixture of sodium chloride, EDTA and phosphate, sold under the name SSPE ("Saline-Sodium Phosphate-EDTA Hybridization Buffer") buffer, a solution Denhardt's, EDTA, SDS buffer, EDTA and water.
- SSPE Seline-Sodium Phosphate-EDTA Hybridization Buffer
- the hybridization buffer used in the present invention for the hybridization step comprises 20X SSPE at a concentration of 10X, Denhardt's 50X at a concentration of 10X, 0.5mM EDTA pH 8 at a concentration of 10mM, 10% SDS at a concentration of 0.2% and water.
- the biotinylated probes can be separated according to the presence of the detectable label, and the unbound probes and DNA fragments are removed in appropriate washing conditions. Only those DNA fragments that hybridize specifically with the biotinylated probes are retained.
- the hybridization complexes can be captured and purified from the mixture of unbound probes and unbound DNA fragments of the library.
- the hybridization complexes can be captured using a streptavidin molecule attached to a solid phase, such as a magnetic bead.
- the hybridization complexes are captured using streptavidin-coated magnetic beads, advantageously using 500 ng of Dynabeads M-280 beads (Life Technologies).
- the step d) of capture is followed by three washing steps to eliminate the probes and unbound DNA fragments, these three washing steps using three wash buffers different.
- the first washing is carried out using a washing buffer comprising sodium chloride, advantageously at a concentration of between 0.5M and 1.5M, advantageously at a concentration of 1M, of Tris-HCl, advantageously at a concentration of between 5 mM and 15 mM, advantageously at a concentration of 10 mM, and EDTA, advantageously at a concentration of between 0.5 mM and 1.5 mM, advantageously at a concentration of 1 mM.
- the first washing is carried out at ambient temperature, advantageously at a temperature of between 25 ° C. and 30 ° C.
- the first washing is carried out at a pH of between 7.0 and 8.0, advantageously at a pH of 7.5.
- the second washing is carried out at ambient temperature, advantageously at a temperature of between 25 ° C. and 30 ° C.
- the third washing is carried out using a third elution buffer comprising 20X SSC, advantageously at a concentration of between 0.05X and 0.15X, advantageously at a concentration of 0.1% and 10% SDS, advantageously at a concentration of between 0.05% and 0.15%, advantageously at a concentration of 0.1%.
- the third washing is carried out at a temperature of between 30 ° C. and 80 ° C., advantageously at a temperature of between 40 ° C. and 75 ° C. advantageously at a temperature of between 50 ° C. and 70 ° C., advantageously at a temperature of 65 ° C.
- the washing steps may be followed by an elution step by chemical denaturation with sodium hydroxide, making it possible to separate the hybridization complexes and thus release the captured DNA fragments.
- this step makes it possible to separate the probes from the captured DNA fragments by sedimenting the streptavidin-coated magnetic beads on which the probes are fixed. The captured DNA fragments are then recovered in the supernatant.
- the elution step can be carried out by incubating the streptavidin-coated magnetic beads on which the hybridization complexes are fixed in the presence of sodium hydroxide at a concentration of between 0.01 M and 1 M, advantageously between 0.05M and 0.5M, advantageously 0.1M, for at least 5 minutes, advantageously 10 minutes, at room temperature.
- the magnetic beads coated with streptavidin sediment and the supernatant is then recovered.
- a Tris-HCl buffer advantageously at a concentration of between 0.5M and 1.5M, advantageously at a concentration of 1M, at pH 7.5 is then added to the supernatant.
- the elution step may be followed by a purification step of the captured DNA fragments.
- the purification step can be carried out with the Microcon DNA fast flow PCR grade kit, centrifugal filters, ETO treated dual cycle, marketed by Merck Millipore.
- the method according to the invention may further comprise a step of amplification of the DNA fragments resulting from step d) capture.
- the amplification of the library can be carried out with the IHustraGenomPhi V2 DNA Amplification kit marketed by GE Healthcare.
- the method according to the invention may further comprise a step of selecting the DNA fragments captured according to their size. resulting from step d) capture.
- the selection step can be carried out with the BluePippin system using the 0.75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets kit, 0.75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets or 0.75% Agarose Gel Cassette 50kb marketed by the company SageScience.
- this selection step makes it possible to retain only the DNA fragments having an average length of 6,000 base pairs, an average length of 20,000 base pairs, or an average length of 50,000 base pairs. DNA or RNA or cDNA.
- the size distribution of the captured DNAs can then be evaluated using the Agilent DNA 12000 kit marketed by Agilent.
- sequences of the different DNA fragments of the genes of interest can be assembled by any means known to those skilled in the art.
- the sequences of the different DNA fragments of the genes of interest can be assembled to reconstruct the total sequence of the gene of interest, or a known or unknown variant thereof.
- the sequences of the different DNA fragments of the genes of interest can be assembled to reconstruct the total sequence of the gene of interest, or a known or unknown variant thereof and the flanking regions associated with the targeted sequences or even the entire genome in which is located the gene of interest, thus allowing its identification.
- the sequences are assembled using bioinformatic tools, such as IDBA-UD, Spades, MetaVelvet.
- sequences of the genes of interest, or known or unknown variants thereof are confirmed by comparison of the sequences against databases of known sequences, such as the GenBank NCBI or ENA database.
- EMBL in order to characterize the levels of similarity with the known sequences of the gene of interest, or a variant thereof.
- the method for the detection and in vitro identification of one or more target pathogens present in a biological sample comprises the following steps: a) the preparation of a mixture of probes non-overlapping and exploratory methods capable of specifically targeting a set of gene sequences of interest belonging to the target pathogens, b) preparing a library of DNA fragments from the biological sample, said DNA fragments contained in the library having a length of at least 6,000 base pairs, c) hybridization of the DNA fragments obtained in step b) by contacting said DNA fragments with the probe mixture of the step a), d) capturing the hybridization complexes of step c), e) sequencing the DNA fragments captured in step d), and f) bioinformatic reconstruction of the genes of interest and / or of the genome of the micro-gold mechanisms from the captured DNA fragments sequenced from step e), and g) identifying the target pathogen (s) present in the biological sample.
- Example 1 Identification of pathogens involved in acts of bioterrorism in a biological sample
- a / Determination of the probes A set of 1685 degenerate probes of 80 nucleotides targeting virulence genes or functional genes enabling the identification of priority bacterial pathogens (Table 2) for bioterrorism was determined using KASpOD software (K -mer based Algorithm for High-Specific Oligonucleotide Design (Parisot N. et al., 2012, vol 28, pages 3161-3162) and HiSpOD (High Specifies Oligo Design) (Dugat-Bony E et al., 201 1, vol. 27, 641-648).
- a set of 15 probes having a length of 28 to 50 nucleotides was determined to allow enrichment of the 16S rDNA or rRNA of all prokaryotes, including the pathogens listed in Table 2.
- the pepO gene encoding an endopeptidase involved in regulating the expression and secretion of virulence factors of Flavobacterium psychrophilum, the bacterial agent responsible for flavobacteriosis in fish of the salmonid family, was targeted by probes.
- a set of 1 1 probes specific for 80 nucleotides targeting the gene of interest was determined, using KASpOD software (K-mer based Algorithm for high-specific oligonucleotide design) (Parisot N et al., 2012, vol. 28, pages 3161-3162) and HiSpOD (High Specifies Oligo Design) (Dugat-Bony E et al., Bioinformatics, 201 1, vol 27, pp. 641-648) (SEQ ID NO: 1704-1714).
- Table 7 Sequences of capture probes targeting the pepO gene of Flavobacterium psychrophilum.
- AACTGCTAATGAACCAGCAGTTATAATTTTTTTTTTCAT The sequences of adapters A (SEQ ID No.1), and B (SEQ ID No.2) were added to each end of the probes for PCR amplification, leading to probes whose sequence is of the type " ATCGCACCAGCGTGT-N80-CACTGCGGCTCCTCA ", where N80 corresponds to the specific sequence of each of the 4 probes. Probes with a total length of 1 10 nucleotides were synthesized as single-stranded DNA.
- the T7 promoter (SEQ ID No.3) was added upstream of adapter A by PCR with the Platinium Taq DNA High Fidelity Polymerase Kit (Invitrogen) using primers T7-A and B (SEQ ID No. 1715 and 1716) respectively hybridizing to Adapters A and B (SEQ ID Nos. 1 and 2).
- the PCR products obtained were purified with the MinElute PCR purfication kit (Qiagen).
- Biotinylated single-stranded RNA probes were synthesized by in vitro transcription using the MEGAScript kit (Ambion) and biotinylated dUTPs (Tebu- Bio), and were purified with the RNeasy plus kit (Qiagen).
- PI Hybridization and Capture To carry out the hybridization, 3 ⁇ g of the library were mixed with 2.5 ⁇ g of salmon sperm DNA (Salmonsperm DNA, sheared (ref AM9680, Ambion)) and denatured for 5 minutes at 95 ° C. ° C and then incubated for 5 minutes at 65 ° C. At the end of the incubation, 13 ⁇ l of hybridization buffer (10 mol / L SSPE, Denhardt's 10 mol / L, 10 mM EDTA, pH 8 and 0.2% SDS) and then 500 ng of biotinylated RNA probes preheated to 65 ° C. C were added to the mixture.
- hybridization buffer (10 mol / L SSPE, Denhardt's 10 mol / L, 10 mM EDTA, pH 8 and 0.2% SDS
- probe / library hybridization complexes were captured using 500 ng of streptavidin-coated magnetic beads (Dynabeads M-280 Streptavidin (ref 1205D, Life Technologies)) previously washed three times. once with 200 L of 1 M NaCl / 10 mM TE. The beads were washed three times at room temperature with 500 ⁇ l of 1 ⁇ SSC / 0.1% SDS, then three times at 65 ° C. with 500 ⁇ l of 0.1 ⁇ SSC / 0.1% preheated SDS. The captured DNA fragments were then eluted with 50 ⁇ l of 0.1 M NaOH.
- the supernatant containing the enriched DNAs was transferred to a tube containing 70 ⁇ l of 1 M Tris-HCl, pH 7. 5.
- the captured DNA fragments were then purified using the Microcon DNA Fast Flow PCR Grade Kit, Centrifugal Filters, Dual Cycle ⁇ 0 Treated (ref MRCF0R100ET, Merck Millipore) and amplified using the Illustra GenomPhi V2 DNA Amplification Kit (ref. 6600-32, GE Healthcare). Finally, the amplified fragments of a size of 20 kb (+/- 4 kb) were selected with the BluePippin system (Sage Science). Sequencing of the captured DNA fragments
- the captured DNA fragments were sequenced on 1/4 of Illumina's MiSeq 2x300 bp sequencing run, after a prior step of constructing the Nextera (Illumina) sequencing library in accordance with the manufacturer's instructions. .
- the present method allowed the complete reconstruction of the targeted 2061 bp gene encoding the F. psychrophilum pepO gene but also its flanking regions. Indeed, a contig 7.1 kb corresponding to a portion of the genome of F. psychrophilum carrying the gene of interest could be reconstructed. This was made possible by the targeted enrichment of the gene and adjacent regions which account for 10% of the sequences whereas the genome of F. psychrophilum initially represented only 0.01% of the community and the reconstructed DNA region represented than 0.00005% of all sequences in the microbial community. The enrichment of the target sequence allowing the characterization of the micro-organism is therefore of the order of 200 000 times.
- this pathogenic microorganism causing massive mortality in these salmonid species could be highlighted in the community studied.
- this method can be used to detect the pathogen in a controlled manner even if the pathogen is present in very small quantities.
- this strategy can detect and identify precisely F. psychrophilum among the bacterial communities present to implement appropriate prevention strategies, and thus reduce the occurrence of flavobacteriosis resulting in losses. important economic factors in fish farming.
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Abstract
Description
METHODE DE DETECTION ET D'IDENTIFICATION IN VITRO D'UN OU PLUSIEURS PATHOGENES CIBLES PRESENTS DANS UN ECHANTILLON BIOLOGIQUE. METHOD OF IN VITRO DETECTION AND IDENTIFICATION OF ONE OR MORE TARGET PATHOGENS PRESENT IN A BIOLOGICAL SAMPLE
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une méthode à haut débit de détection et d'identification in vitro d'un ou plusieurs pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-throughput method of detection and in vitro identification of one or more target pathogens present in a biological sample.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE BACKGROUND
Depuis l'identification au XIXe siècle des micro-organismes comme l'une des principales sources de morbidité et de mortalité, des efforts ont été réalisés pour surveiller et contrôler la propagation des maladies infectieuses. Au XXe siècle, l'avènement des antibiotiques, la vaccination de masse et les traitements antiviraux ont offert un niveau de contrôle sans précédent sur la propagation de ces maladies. Néanmoins, les maladies infectieuses restent l'une des principales causes de décès dans le monde, avec une succession incessante de «nouveaux» tueurs microbiens qui apparaissent chaque année. Actuellement les systèmes disponibles pour le dépistage de la présence de microorganismes dans un échantillon prélevé chez un hôte (par exemple un patient ou un animal) sont des systèmes à faible débit. Généralement un seul micro-organisme est testé pour chaque échantillon, à moins que des indications médicales montrent que l'hôte pourrait souffrir de plusieurs maladies microbiennes. Cela signifie qu'une seule infection ne peut être détectée par test, ce qui a un impact significatif sur le prix et le temps d'essai. En outre, chez un hôte asymptomatique, il est souvent difficile de décider pour quel micro-organisme le patient doit être testé. Les résultats négatifs pour deux ou trois organismes infectieux peuvent donner un faux sentiment de sécurité. Les approches culturales présentent un certain nombre de limites avec notamment des milieux de cultures différents adaptés pour l'isolement de divers micro-organismes, voire l'absence de milieu d'isolement. En outre, pour certains micro-organismes, les phases de croissance peuvent être fastidieuses conduisant à des étapes d'isolements de plusieurs jours. Les systèmes de détection modernes utilisent des tests basés sur l'ADN pour détecter une infection due à des microorganismes pathogènes. Les méthodes les plus courantes sont basées sur la réaction de polymérisation en chaîne (PCR) appliquée directement après extraction des acides nucléiques ou suite à un isolement ou un enrichissement des micro-organismes. Ainsi, ces approches moléculaires et culturales permettent difficilement de détecter simultanément plusieurs agents pathogènes en utilisant un seul échantillon prélevé dans l'organisme hôte. Ces problèmes d'identification fiables subsistent pour d'autres approches, telles que les biopuces ADN, le séquençage direct et les approches de diagnostic, telles que les tests immunologiques, les observations microscopiques ou la spectrométrie de masse. Since the identification of microorganisms in the nineteenth century as one of the major sources of morbidity and mortality, efforts have been made to monitor and control the spread of infectious diseases. In the twentieth century, the advent of antibiotics, mass vaccination and antiviral treatments offered an unprecedented level of control over the spread of these diseases. Nevertheless, infectious diseases remain one of the leading causes of death in the world, with an endless succession of "new" microbial killers emerging every year. Currently available systems for detecting the presence of microorganisms in a sample taken from a host (eg a patient or an animal) are low flow systems. Generally only one microorganism is tested for each sample, unless medical evidence indicates that the host may be suffering from several microbial diseases. This means that only one infection can be detected per test, which has a significant impact on the price and the test time. In addition, in an asymptomatic host, it is often difficult to decide for which microorganism the patient should be tested. Negative results for two or three infectious organisms can give a false sense of security. Cultural approaches have a number of limitations including different culture media suitable for the isolation of various microorganisms, or even the absence of isolation medium. In addition, for certain microorganisms, the growth phases can be tedious leading to isolation steps of several days. Modern detection systems use DNA-based tests to detect infection with pathogenic microorganisms. The most common methods are based on the polymerase chain reaction (PCR) applied directly after nucleic acid extraction or following isolation or enrichment of microorganisms. Thus, these molecular and cultural approaches make it difficult to simultaneously detect several pathogens using a single sample taken from the host organism. These reliable identification problems remain for other approaches, such as DNA microarrays, direct sequencing, and diagnostic approaches, such as immunoassays, microscopic observations, or mass spectrometry.
Par conséquent, il apparaît nécessaire de disposer d'une méthode fiable, automatisable et peu coûteuse permettant la détection et l'identification in vitro d'un ou plusieurs pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique, même si ce ou ces pathogènes cibles sont présents en faibles quantités dans l'échantillon biologique. Therefore, it appears necessary to have a reliable, automatable and inexpensive method allowing the detection and in vitro identification of one or more target pathogens present in a biological sample, even if this or these target pathogens are present in low amounts in the biological sample.
La demande internationale WO2015/105993 (AgBiome Inc) décrit une méthode d'identification de gènes d'intérêts mettant en œuvre une étape de capture de gènes par hybridation suivie d'une étape de séquençage pour identifier lesdits gènes d'intérêts. Toutefois, la méthode décrite dans la demande internationale WO2015/105993 nécessite l'utilisation de sondes chevauchantes complémentaires de séquences de gènes de référence pour procéder à la capture de fragments d'ADN et est limitée à la capture de courts fragments d'ADN ayant une longueur maximale de 1800 paires de bases. De plus, l'approche ne permet pas forcément d'identifier des gènes complets et encore moins des séquences nucléiques comprenant plusieurs gènes, voire de nouveaux gènes ou des génomes complets. La méthode décrite dans la demande internationale WO2015/105993 ne permet que d'identifier des gènes dont la séquence nucléique est proche des gènes ciblés, et ne permet pas d'identifier des gènes divergents, voire de nouveaux gènes. Le document Silke Grumaz et al. (Silke Grumaz et al., Génome Medicine, 2016, vol 8, pages 1-13) décrit un procédé de détection de pathogènes dans un échantillon de plasma provenant de patients atteints de scepticémie par séquençage à haut débit. La méthode décrite dans Silke Grumaz et al. consiste à isoler l'ADN de l'échantillon en utilisant le kit « Circulating Nucleic Acid Kit » de Qiagen, puis à le séquencer et analyser les résultats obtenus en utilisant des méthodes bio-informatiques. Toutefois, la méthode décrite dans Silke Grumaz et al. ne consiste pas à enrichir l'ADN de pathogènes à partir des échantillons biologiques complexes. Elle ne comprend pas d'étapes de préparation des fragments d'ADN ni de capture par hybridation. Ainsi, l'ADN des pathogènes ne correspond qu'à une très faible proportion des séquences obtenues (93 à 99% des séquences correspondent à de l'ADN humain). Il est alors difficile voire impossible selon l'abondance d'identifier des gènes complets et encore moins des séquences nucléiques comprenant plusieurs gènes, voire de nouveaux gènes ou des génomes complets. International application WO2015 / 105993 (AgBiome Inc) describes a method for identifying genes of interest implementing a step of gene capture by hybridization followed by a sequencing step to identify said genes of interest. However, the method described in International Application WO2015 / 105993 requires the use of overlapping probes complementary to reference gene sequences to capture DNA fragments and is limited to the capture of short DNA fragments having a maximum length of 1800 base pairs. In addition, the approach does not necessarily allow to identify complete genes let alone nucleic sequences comprising several genes, or even new genes or complete genomes. The method described in international application WO2015 / 105993 only makes it possible to identify genes whose nucleic sequence is close to the targeted genes, and does not make it possible to identify divergent genes, or even new genes. Silke Grumaz et al. (Silke Grumaz et al., Genome Medicine, 2016, Vol 8, pages 1-13) describes a method for detecting pathogens in a plasma sample from skepticemia patients using high throughput sequencing. The method described in Silke Grumaz et al. is to isolate the DNA from the sample using the Qiagen Circulating Nucleic Acid Kit, then sequence and analyze the results using bioinformatic methods. However, the method described in Silke Grumaz et al. is not to enrich the DNA of pathogens from complex biological samples. It does not include steps of preparation of DNA fragments or capture by hybridization. Thus, the pathogen DNA only corresponds to a very small proportion of the sequences obtained (93 to 99% of the sequences correspond to human DNA). It is then difficult or impossible, depending on the abundance to identify complete genes, let alone nucleic sequences comprising several genes, or even new genes or complete genomes.
La demande de brevet US2014/0274741 (The Translational Genomics Research) concerne une méthode de diagnostic de maladies neuromusculaires chez l'Homme, comprenant la détection d'une ou plusieurs mutations dans les gènes SCML2, CHRND, IFD1 , DYNC1 H1 , COL6A3, EMD, ARHGAP4, FLNA, MID1 IP1 , MID1 et CFP. La méthode de diagnostic présentée consiste à isoler l'ADN génomique de l'échantillon biologique, l'hybrider avec un ensemble de sondes spécifiques des cibles obtenues à partir de séquences nucléiques de référence, purifier l'ADN ciblé avec une chromatographie d'affinité, puis fragmenter l'ADN obtenu pour permettre son séquençage par des approches de 2e génération. L'ensemble de sondes utilisé cible à des intervalles réguliers des séquences de référence de 500 à 5000 paires de bases, de préférence environ 2000 paires de bases. Ainsi, de grandes régions d'ADN connues peuvent être enrichies à partir d'ADN obtenus d'organismes isolés. Toutefois, la méthode ne permet pas d'enrichir de grandes régions d'ADN inconnues au- delà des régions couvertes par les sondes. De plus, cette méthode nécessite au préalable une première étape de déplétion visant à éliminer par hybridation à l'aide de sondes des variants tels que des pseudogènes, pour ensuite enrichir de façon spécifique au cours d'une deuxième étape d'hybridation les gènes d'intérêt. Ainsi, les variants des gènes cibles sont éliminés. La méthode ne permet donc pas d'identifier toute la diversité des gènes d'intérêt. The patent application US2014 / 0274741 (The Translational Genomics Research) relates to a method for diagnosing neuromuscular diseases in humans, including the detection of one or more mutations in SCML2, CHRND, IFD1, DYNC1 H1, COL6A3, EMD, ARHGAP4, FLNA, MID1 IP1, MID1 and CFP genes. The diagnostic method presented consists of isolating the genomic DNA from the biological sample, hybridizing it with a set of target-specific probes obtained from reference nucleic sequences, purifying the targeted DNA with affinity chromatography, then fragment the DNA obtained to allow its sequencing approaches 2nd generation. The set of probes used targets at regular intervals reference sequences of 500 to 5000 base pairs, preferably about 2000 base pairs. Thus, large known DNA regions can be enriched from DNA obtained from isolated organisms. However, the method does not make it possible to enrich large regions of unknown DNA beyond the regions covered by the probes. In addition, this method first requires a first depletion step to eliminate by hybridization using probes variants such as pseudogenes, to then specifically enrich during a second hybridization step the genes of the genome. 'interest. Thus, the variants of the target genes are eliminated. The method therefore does not make it possible to identify all the diversity of the genes of interest.
Par conséquent, il apparaît nécessaire de disposer d'une méthode à haut débit de détection et d'identification in vitro plus résolutive d'un ou plusieurs pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique, permettant d'identifier à la fois les variants connus et inconnus des gènes d'intérêts appartenant aux pathogènes cibles responsables de maladies infectieuses chez un organisme hôte, mais également de détecter de nouveaux pathogènes porteurs de gènes de virulences ciblés et ainsi de déterminer avec précision l'absence ou la présence du ou des pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique donné. Therefore, it appears necessary to have a high throughput method of detection and identification in vitro more resolvable of one or more target pathogens present in a biological sample, to identify both known and unknown variants genes of interest belonging to the target pathogens responsible for infectious diseases in a host organism, but also to detect new pathogens carrying targeted virulence genes and thus accurately determine the absence or presence of the target pathogen or pathogens present in a given biological sample.
DESCRIPTION DETAILLEE Les demandeurs proposent donc une nouvelle méthode de détection et d'identification in vitro d'un ou plusieurs pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique. DETAILED DESCRIPTION The applicants therefore propose a new method for detecting and identifying in vitro one or more target pathogens present in a biological sample.
Cette méthode, tout en étant plus sensible que les méthodes existantes, permet d'identifier à la fois les variants connus et inconnus des gènes d'intérêts appartenant aux pathogènes cibles responsables de maladies infectieuses chez un organisme hôte, mais également de détecter de nouveaux pathogènes porteurs de gènes de virulences ciblés et ainsi de déterminer avec précision l'absence ou la présence du ou des pathogènes cibles dans un échantillon biologique donné. Un objet de l'invention est donc une méthode de détection et d'identification in vitro d'un ou plusieurs pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique, la méthode comprenant les étapes suivantes : a) la préparation d'un mélange de sondes capables de cibler spécifiquement un ensemble de séquences de gènes d'intérêts appartenant aux pathogènes cibles, b) la préparation d'une banque de fragments d'ADN à partir de l'échantillon biologique, lesdits fragments d'ADN contenus dans la banque ayant une longueur d'au moins 6 000 paires de bases, c) l'hybridation des fragments d'ADN obtenus à l'étape b) par mise en contact desdits fragments d'ADN avec le mélange de sondes de l'étape a), d) la capture des complexes d'hybridation de l'étape c), e) le séquençage des fragments d'ADN capturés à l'étape d), f) la reconstruction bioinformatique des gènes d'intérêts et/ou du génome du ou des micro-organismes à partir des fragments d'ADN capturés séquencés de l'étape e), et g) l'identification du ou des pathogènes cibles présents dans l'échantillon biologique. This method, while being more sensitive than existing methods, makes it possible to identify both known and unknown variants of the genes of interest belonging to the target pathogens responsible for infectious diseases in a host organism, but also to detect new pathogens. carriers of targeted virulence genes and thus accurately determine the absence or presence of the target pathogen or pathogens in a given biological sample. An object of the invention is therefore a method for detecting and identifying in vitro one or more target pathogens present in a biological sample, the method comprising the following steps: a) the preparation of a mixture of probes capable of specifically targeting a set of gene sequences of interest belonging to the target pathogens, b) preparing a library of DNA fragments from the biological sample, said DNA fragments contained in the library having a length of at least 6,000 base pairs, c) hybridizing the DNA fragments obtained in step b) by contacting said DNA fragments with the probe mixture of step a), d) the capture of the hybridization complexes of step c), e) the sequencing of the DNA fragments captured in step d), f) the bioinformatic reconstruction of the genes of interest and / or the genome of the microorganism (s). organisms from captured DNA fragments sequenced from step e), and g) identifying the target pathogen (s) present in the biological sample.
La méthode selon l'invention permet de capturer des fragments d'ADN ayant une longueur d'au moins 6 000 paires de bases. Grâce à cette nouvelle méthode, les inventeurs sont capables d'identifier à la fois les séquences connues et inconnues des gènes d'intérêts appartenant aux pathogènes cibles responsables de maladies infectieuses chez un organisme hôte. En outre, les inventeurs par le biais de cette méthode mettent en évidence des gènes présents dans les régions adjacentes aux gènes cibles permettant de révéler de nouvelles souches pathogènes et ainsi de déterminer avec précision l'absence ou la présence du ou des pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique donné. Cette méthode, tout en permettant d'explorer de manière exhaustive la diversité génétique de gènes d'intérêts, présente l'avantage d'assurer l'identification des régions flanquantes associées aux séquences ciblées. Il est alors possible, par la caractérisation de grandes régions d'ADN, de mettre en évidence des organisations génomiques connues ou inconnues et donc d'identifier des gènes pouvant avoir un rôle dans le développement, la survie et l'adaptation des pathogènes. Il est également possible de reconstruire les génomes portant les séquences ciblées pouvant contribuer à l'amélioration du diagnostic, mais également d'apporter des informations pouvant faciliter l'isolement de ces pathogènes, tout en mettant en évidence de potentielles nouvelles cibles thérapeutiques. Ainsi, grâce à la reconstruction de grandes régions flanquantes aux gènes ciblés et la détection simultanée de plusieurs séquences, l'identification des pathogènes est possible jusqu'au niveau de l'espèce, voire de la souche ou de l'individu, représentant le niveau d'identification le plus résolutif. Enfin, la présente méthode permet de s'affranchir de l'utilisation de sondes chevauchantes et complémentaires de séquences de référence. De ce fait, il n'est pas nécessaire d'avoir une connaissance initiale exhaustive de la séquence complète des gènes à capturer. L'approche permet de révéler des gènes inconnus grâce au caractère exploratoire des sondes se traduisant par leur dégénérescence à des positions particulières. The method according to the invention makes it possible to capture DNA fragments having a length of at least 6,000 base pairs. With this new method, the inventors are able to identify both known and unknown sequences of interest genes belonging to target pathogens responsible for infectious diseases in a host organism. In addition, the inventors using this method reveal genes present in the regions adjacent to the target genes making it possible to reveal new pathogenic strains and thus to accurately determine the absence or the presence of the target pathogen (s) present in the region. a given biological sample. This method, while making it possible to exhaustively explore the genetic diversity of genes of interest, has the advantage of ensuring the identification of the flanking regions associated with the targeted sequences. It is then possible, through the characterization of large DNA regions, to highlight known or unknown genomic organizations and thus to identify genes that may have a role in the development, survival and adaptation of pathogens. It is also possible to reconstruct the genomes carrying the targeted sequences that can contribute to the improvement of the diagnosis, but also to provide information that can facilitate the isolation of these pathogens, while highlighting potential new therapeutic targets. Thus, by reconstructing large flanking regions with targeted genes and simultaneous detection of multiple sequences, pathogen identification is possible down to the level of the species, or even the strain or individual, representing the level. most resolutive identification. Finally, the present method makes it possible to dispense with the use of overlapping probes and complementary reference sequences. As a result, it is not necessary to have an exhaustive initial knowledge of the complete sequence of genes to be captured. The approach makes it possible to reveal unknown genes thanks to the exploratory character of the probes resulting in their degeneration at particular positions.
La méthode selon l'invention est capable de détecter et d'identifier un ou plusieurs pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique. Par « pathogènes cibles », il est entendu tout agent biologique infectieux capable d'induire une maladie infectieuse chez un organisme hôte. The method according to the invention is capable of detecting and identifying one or more target pathogens present in a biological sample. By "target pathogens" is meant any infectious biological agent capable of inducing infectious disease in a host organism.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les pathogènes cibles peuvent être tous types d'agents infectieux. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les pathogènes cibles peuvent être choisis dans le groupe comprenant: les bactéries, les archées, les virus, les viroïdes, les champignons, en particulier les levures, les unicellulaires eucaryotes (classiquement dénommés protistes) en particulier les protozoaires et les vers. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les pathogènes cibles peuvent être des bactéries. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les bactéries peuvent être des bactéries à paroi de type monoderme (classiquement appelées Gram positif), de type diderme (classiquement appelées Gram négatif), ou montrant des résistances particulières telles que les BAAR (Bactéries Acido Alcoolo Résistantes) comme les mycobactéries voire des bactéries sans paroi comme les mycoplasmes. In an advantageous embodiment of the invention, the target pathogens can be all types of infectious agents. In a particularly advantageous embodiment, the target pathogens may be chosen from the group comprising: bacteria, archaea, viruses, viroids, fungi, in particular yeasts, unicellular eukaryotes (conventionally called protists), in particular the protozoa and worms. In an advantageous embodiment of the invention, the target pathogens may be bacteria. In an advantageous embodiment of the invention, the bacteria may be monoderm-type walled bacteria (classically called Gram-positive), of the diderme type (typically called Gram-negative), or showing particular resistances such as AFB (Bacteria). Acido Alcoholo Resistant) like mycobacteria or even wall-free bacteria like mycoplasma.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les bactéries cibles peuvent être choisies dans le groupe comprenant : Bacillus anthracis, Clostridium botulinum, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Brucella, Burkholderia, Campylobacter jejuni, Chlamydiophila psittaci, Coxiella burnetii, Escherichia coli, Clostridium perfringens, Listeria monocytogenes, Vibrio, Salmonella, Shigella, Staphylococcus aureus, Rickettsia, Yersinia enterocolitica, Mycobacterium tuberculosis, Anaplasma phagocytophilum, Bartonella henselae, Bordetella pertussis, Borrelia miyamotoi, Clostridium difficile, Ehrlichia, Enterococcus, Leptospira, Borrelia burgdorferi, Streptococcus pyogenes, Legionella, Mycoplasma, Nocardia, Pneumocystis, Candida, ou un mélange de deux ou plusieurs de ces bactéries cibles. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the target bacteria may be chosen from the group comprising: Bacillus anthracis, Clostridium botulinum, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Brucella, Burkholderia, Campylobacter jejuni, Chlamydiophila psittaci, Coxiella burnetii, Escherichia coli , Clostridium perfringens, Listeria monocytogenes, Vibrio, Salmonella, Shigella, Staphylococcus aureus, Rickettsia, Yersinia enterocolitica, Mycobacterium tuberculosis, Anaplasma phagocytophilum, Bartonella henselae, Bordetella pertussis, Borrelia miyamotoi, Clostridium difficile, Ehrlichia, Enterococcus, Leptospira, Borrelia burgdorferi, Streptococcus pyogenes, Legionella, Mycoplasma, Nocardia, Pneumocystis, Candida, or a mixture of two or more of these target bacteria.
Par « échantillon biologique », on entend tout échantillon provenant d'un organisme hôte ayant au moins des acides nucléiques d'une autre espèce, les acides nucléiques de l'autre espèce pouvant être des acides nucléiques de type ADN ou ARN pouvant être converti en ADN complémentaire (ADNc), comme par exemple un ADN ou un ARN viral, un ADN ou un ARN bactérien, un ADN ou un ARN d'archée, un ADN ou un ARN fongique, comme un ADN ou un ARN de levure, un ARN de viroïde, un ADN ou ARN d'unicellulaires eucaryotes, un ADN ou un ARN de vers ou un ADN ou un ARN de protozoaires. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'échantillon biologique peut être obtenu à partir d'un fluide corporel ou d'un tissu prélevé chez l'animal ou chez l'Homme ou chez la plante. "Biological sample" means any sample originating from a host organism having at least nucleic acids of another species, the nucleic acids of the other species possibly being nucleic acids of the DNA or RNA type that can be converted into Complementary DNA (cDNA), such as, for example, viral DNA or RNA, bacterial DNA or RNA, archaic DNA or RNA, fungal DNA or RNA, such as yeast DNA or RNA, RNA viroid, eukaryotic unicellular DNA or RNA, worm DNA or RNA, or protozoan DNA or RNA. In an advantageous embodiment of the invention, the biological sample can be obtained from a body fluid or a tissue taken from the animal or from humans or from the plant.
Dans un mode de réalisation encore plus avantageux de l'invention, l'échantillon biologique peut être choisi dans le groupe comprenant: un échantillon de sang total, un échantillon de plasma, un échantillon de sérum, un échantillon de salive, un échantillon de sécrétion nasale, un échantillon d'urine, un échantillon de selles, un échantillon de liquide céphalo- rachidien, un échantillon de sperme, un échantillon de sécrétion vaginale et un échantillon de biopsie. In an even more advantageous embodiment of the invention, the biological sample may be selected from the group consisting of: a whole blood sample, a plasma sample, a serum sample, a saliva sample, a secretion sample nasal, a urine sample, a stool sample, a cerebrospinal fluid sample, a sperm sample, a vaginal secretion sample, and a biopsy specimen.
La méthode mise au point par les inventeurs ne nécessite pas au préalable d'échantillons purifiés en pathogènes, mais est capable d'identifier des séquences homologues aussi bien à partir d'organismes isolés, que directement à partir de mélanges non caractérisés de populations d'organismes comprenant le ou les pathogènes ciblés, prélevés directement à partir d'échantillons biologiques bruts et non soumis à une purification. De cette manière, la méthode selon l'invention est capable d'identifier des séquences de gènes et des variants de ceux-ci, à partir de pathogènes non cultivables ou difficiles à cultiver, mais également faiblement représentés au sein de l'échantillon étudié. The method developed by the inventors does not require prior samples purified pathogens, but is capable of identifying homologous sequences both from isolated organisms, and directly from uncharacterized mixtures of populations. organisms comprising the targeted pathogen (s) taken directly from raw biological samples and not subjected to purification. In this way, the method according to the invention is capable of identifying gene sequences and variants thereof, from pathogens that are not cultivable or difficult to cultivate, but also poorly represented within the sample studied.
Gènes d'intérêts Genes of interest
Des séquences d'ADN connues de gènes d'intérêts ou des variants de celles-ci, mais également des séquences inconnues de gènes d'intérêts ou des variants de celles-ci peuvent être détectées et identifiées par la méthode selon l'invention. Au sens de la présente invention, il est entendu par « séquence d'ADN de gène d'intérêt », la séquence d'ADN de gène connu ou inconnu. Dans un mode de réalisation selon l'invention, les séquences des gènes d'intérêts peuvent être des séquences correspondant aux gènes de virulence des pathogènes, aux gènes de résistance aux antibiotiques, à des gènes de régulation à des marqueurs fonctionnels, ou à des séquences répétées. Known DNA sequences of genes of interest or variants thereof, but also unknown sequences of genes of interest or variants thereof can be detected and identified by the method according to the invention. Within the meaning of the present invention, the term "gene sequence of gene of interest" is understood to mean the known or unknown gene DNA sequence. In one embodiment according to the invention, the sequences of the genes of interest can be sequences corresponding to the virulence genes of the pathogens, to the antibiotic resistance genes, to the regulatory genes to functional markers, or to sequences repeated.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les sondes peuvent être conçues pour reconnaître des séquences d'ADNr 16S, ou toute autre séquence différentielle phylogénétique comme les gènes mcrA, col ou les ITS. De cette manière, la méthode selon l'invention est capable de capturer des portions suffisantes de l'ADNr 16S ou des ADNr 16S complets, ou des portions suffisantes ou complètes des autres marqueurs phylogénétiques, nécessaires à l'estimation de la répartition et l'identification des taxa présents dans l'échantillon biologique. In another embodiment of the invention, the probes may be designed to recognize 16S rDNA sequences, or any other phylogenetic differential sequence such as mcrA, col genes or STIs. In this way, the method according to the invention is capable of capturing sufficient portions of the 16S rDNA or complete 16S rDNAs, or sufficient or complete portions of the other phylogenetic markers, needed to estimate the distribution and the identification of the taxa present in the biological sample.
Le tableau 1 ci-après donne des exemples de pathogènes et de gènes cibles qui peuvent être détectés et identifiés dans la méthode selon l'invention. Il est important de noter que ces pathogènes et gènes cibles sont fournis uniquement à titre d'exemples. Ils ne représentent pas une liste exhaustive de pathogènes et de gènes d'intérêt pouvant être ciblés par la présente méthode. Table 1 below gives examples of pathogens and target genes that can be detected and identified in the method according to the invention. It is important to note that these pathogens and target genes are provided only as examples. They do not represent an exhaustive list of pathogens and genes of interest that can be targeted by this method.
Pathogènes Gènes cibles Pathogens Target genes
Bacillus anthracis acpB, atxA, bsIA, capA, capB, capC, capD, cya, lef, pagA, rpoB, sap, vrrA, vrrB Bacillus anthracis acpB, atxA, bsIA, capA, capB, capC, capD, cya, lef, pagA, rpoB, sap, vrrA, vrrB
Clostridium botulinum bontA, bonB, bonC, bonD, bonE, bonF, bonG, flaA, flaB, ntnH, sigE, sigG, sigK, spoOA Clostridium botulinum bontA, bonB, bonC, bonD, bonE, bonF, bonG, flAa, flaB, ntnH, sigE, sigG, sigK, spoOA
Francisella tularensis acpA, asd, capB, capC, fopA, fsaP, galE, iglC, pdpD, pepO, tu 14 Francisella tularensis acpA, asd, capB, capC, fopA, fsaP, galE, iglC, pdpD, pepO, tu 14
Yersinia pestis ail, caf1, glpD, hmsF, hmsH, hmsR, IcrV, pla, rpoB, yihN, ymt, yopT Yersinia pestis garlic, coffee1, glpD, hmsF, hmsH, hmsR, IcrV, pla, rpoB, yihN, ymt, yopT
Brucella alkB, BCSP31, BMEI1162, bp26, IS711, omp25, omp31, rpsL, wobA Brucella alkB, BCSP31, BMEI1162, bp26, IS711, omp25, omp31, rpsL, wobA
Burkholderia bimA, fliC, fliP, motB, mprA Burkholderia bimA, fliC, fliP, motB, mprA
Campylobacter jejuni cadF, cdtA, cdtB, cdtC, ceuB, ceuC, ceuD, ceuE, ciaB, ciaC, hipO, mapA Chlamydiophila psittaci enoA, envB, incA, ompA Campylobacter jejuni cadF, cdtA, cdtB, cdtC, ceuB, ceuC, ceuD, cEe, ciaB, ciaC, hipO, mapA Chlamydiophila psittaci enoA, envB, incA, ompA
Coxiella burnetii adaA, cbbE, cbhE, coml, htpB, icd Coxiella burnetii adaA, cbbE, cbhE, coml, htpB, icd
Escherichia coli aggR, astA, bfpA, bfpB, cadA, eaeA, ehxA, eltA, eltB, escV, hlyA, rfbE, saa, sta, stxlA, stxlB, stx2A, stx2B, vt1 Escherichia coli aggR, astA, bfpA, bfpB, cadA, eaeA, ehxA, eltA, eltB, escV, hlyA, rfbE, saa, sta, stxlA, stxlB, stx2A, stx2B, vt1
Clostridium perfringens cpa, cpb, cpb2, cpe, etx, iap, netB, tpeL Clostridium perfringens cpa, cpb, cpb2, cpe, etx, iap, netB, tpeL
Listeria monocytogenes actA, aut, bsh, fbpA, gtcA, hlyA, iap, inlA, inlB, mpl, oatA, pgdA, plcA, plcB, prfA, svpA, vip Listeria monocytogenes actA, aut, bsh, fbpA, gtcA, hlyA, iap, inlA, inlB, mpl, oatA, pgdA, plcA, plcB, prfA, svpA, vip
Vibrio ace, ctxA, ctxB, hlyA, tlh, trh, vvhA, zot Vibrio ace, ctxA, ctxB, hlyA, tlh, trh, vvhA, zot
Salmonella cdtB, invA, misL, rck, sipB, sipC, spvC, stn Salmonella cdtB, invA, misL, rck, sipB, sipC, spvC, stn
Shigella ial, ipaB, ipaH, setlA, setlB, stxA, stxB, virA Shigella ial, ipaB, ipaH, setlA, setlB, stxA, stxB, virA
Staphylococcus aureus coa, etaA, nue, sea, seb, sec, seg, she, sei, sej, sel, tst Staphylococcus aureus coa, etaA, naked, sea, seb, sec, seg, sei, sej, salt, tst
Ric etisia prowazekii gtlA, ompB Ric etisia prowazekii gtlA, ompB
Yersinia enterocolitica ail, blaA, foxA, myf, nue, rfbB, virF, wbbU, wbcA, yadA, ystA, ystB Yersinia enterocolitica garlic, blaA, foxA, myf, naked, rfbB, virF, wbbU, wbcA, yadA, ystA, ystB
Rickettsia gtlA, ompA, ompB Rickettsia gtlA, ompA, ompB
Mycobacterium tuberculosis katG, gyrB, erp, hspX, lepB, mtp40, pncA, embB, gyrA Mycobacterium tuberculosis katG, gyrB, erp, hspX, lepB, mtp40, pncA, embB, gyrA
Anaplasma ank, msp2, msp4 Anaplasma ank, msp2, msp4
Bartonella henselae badA, gltA, groEL, htrA, pap31 Bartonella henselae BadA, GltA, GroEL, htrA, pap31
Bordetella pertussis bapC, cyaA, dnt, prn, ptxA, tcfA Bordetella pertussis bapC, cyaA, dnt, prn, ptxA, tcfA
Borrelia miyamotoi flaB, glpQ, ospA, recG Borrelia miyamotoi flaB, glpQ, ospA, recG
Clostridium difficile cdtA, cdtB, gdh, tcdA, tcdB, tcdC Clostridium difficile cdtA, cdtB, gdh, tcdA, tcdB, tcdC
Ehrlichia dsb, groEL, map1, rpoB, sodB Enterococcus faecium ace, asal, cylA, ddl, efaA, esp, gelE, hyl Ehrlichia dsb, groEL, map1, rpoB, sodB Enterococcus faecium ace, asal, cylA, ddl, efaA, esp, freeze, hyl
Leptospira gyrB, Ifb1, lig, HpL32, ompL1, secY Leptospira gyrB, Ifb1, lig, HpL32, ompL1, secY
Borrelia burgdorferi ospA, ospB, p66 Borrelia burgdorferi ospA, ospB, p66
Streptococcus pyogenes sagA, slo, smeZ, spec, speg, speh, spei, spej, spem, ssa Streptococcus pyogenes sagA, slo, smeZ, spec, speg, speh, spei, spej, spem, ssa
Tableau 1 : Exemple de pathogènes et de gènes cibles. Table 1: Example of pathogens and target genes.
La méthode selon l'invention peut identifier des variants de séquences connues ou inconnues provenant de plusieurs familles de gènes d'intérêts. Au sens de la présente invention, le terme « variants » ou « gène variant » se réfère aux gènes montrant des similarités de séquence plus ou moins importantes. Bien que l'expression d'un variant puisse être modifiée par rapport à celui du gène d'intérêt, le variant peut conserver la même fonction que le gène d'intérêt ou aboutir à de nouvelles fonctions. Par exemple, un variant peut avoir une expression accrue, une expression réduite, un spectre d'expression différent (par exemple, pour un gène de toxine insecticide), ou toute autre modification de l'expression par rapport au gène d'intérêt ciblé. De manière générale, par « variant » il est entendu des séquences sensiblement similaires. Pour des polynucléotides, un variant comprend une délétion et/ou une insertion d'un ou plusieurs nucléotides à un ou plusieurs sites dans le polynucléotide natif, ou une substitution d'un ou plusieurs nucléotides à un ou plusieurs sites dans le polynucléotide natif voire des modifications chimiques de type méthylation ou autres. Il est entendu par « polynucléotide natif » ou « polynucléotide de type sauvage », un polynucléotide qui comprend une séquence nucléotidique naturelle. Pour les séquences codant des protéines, les variants peuvent être des variants dits « conservateurs », qui en raison de la dégénérescence du code génétique codent pour la séquence d'acides aminés native du produit du gène d'intérêt ; des variants alléliques naturels, tels que ceux qui peuvent être identifiés par des techniques bien connues de l'homme du métier, comme par exemple par amplification par réaction de polymérisation en chaîne (PCR) ou les techniques d'hybridation ou de séquençage direct sans a priori; des variants obtenus de manière artificielle, comme notamment ceux générés par mutagénèse aléatoire ou dirigée mais codant toujours pour le produit du gène d'intérêt ou montrant des similarité de séquence et de structure. Avantageusement, le variant présente au moins environ 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91 %, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% ou 100% d'identité avec la séquence nucléotidique du gène d'intérêt. Sondes The method according to the invention can identify variants of known or unknown sequences from several families of genes of interest. For the purposes of the present invention, the term "variants" or "variant gene" refers to genes showing more or less important sequence similarities. Although the expression of a variant may be modified with respect to that of the gene of interest, the variant may retain the same function as the gene of interest or lead to new functions. For example, a variant may have increased expression, reduced expression, a different expression spectrum (for example, for an insecticidal toxin gene), or any other modification of the expression relative to the targeted gene of interest. In general, by "variant" is meant substantially similar sequences. For polynucleotides, a variant comprises deletion and / or insertion of one or more nucleotides at one or more sites in the native polynucleotide, or substitution of one or more nucleotides at one or more sites in the native polynucleotide or even chemical methylation or other modifications. By "native polynucleotide" or "wild-type polynucleotide" is meant a polynucleotide which comprises a natural nucleotide sequence. For protein coding sequences, the variants may be so-called "conservative" variants which, because of the degeneracy of the genetic code, encode the native amino acid sequence of the product of the gene of interest; natural allelic variants, such as those which can be identified by techniques well known to those skilled in the art, such as, for example, by polymerase chain reaction amplification (PCR) or hybridization or direct sequencing techniques without priori; artificially obtained variants, such as those generated by random or directed mutagenesis but still coding for the gene product of interest or showing sequence and structure similarity. Advantageously, the variant has at least about 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or 100% identity with the nucleotide sequence of the gene of interest. probes
Dans un mode de réalisation de l'invention, la méthode utilise des sondes de capture spécifiques des gènes d'intérêts ou des variants connus ou inconnus de ceux-ci. Au sens de la présente invention, il est entendu par « sonde », un polynucléotide capable de s'hybrider avec la séquence du gène d'intérêt ou un variant connu ou inconnu de celui-ci. Les sondes peuvent être des séquences d'ARN ou d'ADN, chevauchantes, contiguës ou séquentielles. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les sondes sont des séquences d'ARN simple brin capables de s'hybrider à la séquence du gène d'intérêt par complémentarité des nucléotides. A titre d'exemple, la séquence d'ARN de la sonde est complémentaire de la séquence ADN, ADNc ou ARN du fragment du gène d'intérêt. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les sondes selon l'invention sont des séquences d'ARN simple brin non chevauchantes. Dans un mode de réalisation avantageux, les sondes sont exploratoires, c'est-à-dire capables de cibler spécifiquement un ensemble de séquences connues et inconnues de gènes d'intérêts, les séquences connues et inconnues de gènes d'intérêts pouvant être des séquences d'ADN ou d'ARN ou d'ADNc. Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, les sondes sont des séquences d'ARN simple brin non chevauchantes et exploratoires. In one embodiment of the invention, the method utilizes capture probes specific for the genes of interest or known or unknown variants thereof. Within the meaning of the present invention, the term "probe" is intended to mean a polynucleotide capable of hybridizing with the sequence of the gene of interest or a known or unknown variant thereof. The probes can be RNA or DNA sequences, overlapping, contiguous or sequential. In an advantageous embodiment of the invention, the probes are single-stranded RNA sequences capable of hybridizing to the sequence of the gene of interest by complementarity of the nucleotides. By way of example, the RNA sequence of the probe is complementary to the DNA, cDNA or RNA sequence of the fragment of the gene of interest. In a particularly advantageous embodiment, the probes according to the invention are non-overlapping single-stranded RNA sequences. In an advantageous embodiment, the probes are exploratory, that is to say capable of specifically targeting a set of known and unknown sequences of genes of interest, the known and unknown sequences of genes of interest being sequences DNA or RNA or cDNA. In an advantageous embodiment according to the invention, the probes are non-overlapping and exploratory single-stranded RNA sequences.
Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, les sondes ont une longueur d'au moins 20 nucléotides contigus, avantageusement d'au moins 30 nucléotides contigus, avantageusement d'au moins 40 nucléotides contigus, avantageusement d'au moins 50 nucléotides contigus, avantageusement d'au moins 60 nucléotides contigus, avantageusement d'au moins 70 nucléotides contigus, avantageusement d'au moins 80 nucléotides contigus, avantageusement au moins 90 nucléotides contigus, avantageusement au moins 100 nucléotides contigus, avantageusement au moins 1 10 nucléotides contigus, avantageusement au moins 120 nucléotides contigus, avantageusement au moins 130 nucléotides contigus, avantageusement au moins 140 nucléotides contigus, avantageusement au moins 150 nucléotides contigus ou plus. Avantageusement, la séquence des sondes peut comprendre 20 à 150 nucléotides contigus, avantageusement 70 à 150 nucléotides contigus, avantageusement 100 à 140 nucléotides contigus, avantageusement 1 10 à 120 nucléotides contigus, avantageusement 70 à 90 nucléotides contigus. De manière particulièrement avantageusement, les sondes ont une longueur de 80 nucléotides contigus. In an advantageous embodiment according to the invention, the probes have a length of at least 20 contiguous nucleotides, advantageously at least 30 contiguous nucleotides, advantageously at least 40 contiguous nucleotides, advantageously at least 50 contiguous nucleotides , advantageously at least 60 contiguous nucleotides, advantageously at least 70 contiguous nucleotides, advantageously at least 80 contiguous nucleotides, advantageously at least 90 contiguous nucleotides, advantageously at least 100 contiguous nucleotides, advantageously at least 1 10 contiguous nucleotides, advantageously at least 120 contiguous nucleotides, advantageously at least 130 contiguous nucleotides, advantageously at least 140 contiguous nucleotides, advantageously at least 150 contiguous nucleotides or more. Advantageously, the sequence of the probes may comprise from 20 to 150 contiguous nucleotides, advantageously from 70 to 150 contiguous nucleotides, advantageously from 100 to 140 contiguous nucleotides, advantageously from 1 to 120 contiguous nucleotides, advantageously from 70 to 90 contiguous nucleotides. Particularly advantageously, the probes have a length of 80 contiguous nucleotides.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'intervalle entre deux sondes est compris entre 10 paires de bases (pb) et 1000 pb, avantageusement entre 50 pb et 500 pb, avantageusement entre 100 pb et 450 pb, avantageusement entre 100 pb et 400 pb, avantageusement entre 100 pb et 350 pb, avantageusement entre 100 et 300 pb, avantageusement entre 100 pb et 250 pb, avantageusement entre 100 pb et 200 pb. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, l'intervalle entre deux sondes est compris entre 100 pb et 200 pb. In an advantageous embodiment of the invention, the interval between two probes is between 10 base pairs (bp) and 1000 bp, advantageously between 50 bp and 500 bp, advantageously between 100 bp and 450 bp, advantageously between 100 bp and 400 bp, advantageously between 100 bp and 350 bp, advantageously between 100 and 300 bp, advantageously between 100 bp and 250 bp, advantageously between 100 bp and 200 bp. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the interval between two probes is between 100 bp and 200 bp.
Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, les sondes peuvent être complémentées avec un marqueur détectable pour permettre la capture du complexe d'hybridation comprenant la sonde hybridée au fragment d'ADN ou d'ARN ou d'ADNc du gène d'intérêt ou du variant connu ou inconnu de celui-ci. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les sondes sont marquées avec de la biotine, un haptène ou un marqueur d'affinité, ou sont générées par polymérisation ou transcription en utilisant des oligonucléotides. Dans un mode de réalisation encore plus avantageux, les sondes ARN sont biotinylées. Dans un mode de réalisation encore plus avantageux, les sondes sont des sondes ARN simple brin biotinylées ayant une longueur de 80 nucléotides. Dans un mode de réalisation encore plus avantageux, les sondes ARN simple brin sont biotinylées aléatoirement sur la totalité de leur séquence. Les sondes oligonucléotidiques peuvent inclure des adaptateurs nécessaires pour leur amplification par PCR. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les sondes comprennent un adaptateur A de séquence SEQ ID No.1 et un adaptateur B de séquence SEQ ID No.2, l'adaptateur A étant placé à l'extrémité 5' de la séquence de la sonde et l'adaptateur B étant placé à l'extrémité 3' de la séquence de la sonde. Avantageusement, les séquences des adaptateurs A (SEQ ID No.1 ), et B (SEQ I D No.2) sont ajoutées à chaque extrémité des sondes conduisant à des sondes dont la séquence est du type « adaptateur A -sonde- adaptateur B ». La sonde peut également inclure un promoteur, en position 5' de l'adaptateur A, ou en 3' de l'adaptateur B, comme par exemple le promoteur T7, de séquence SEQ ID No.3. In an advantageous embodiment according to the invention, the probes can be complemented with a detectable marker to allow capture of the hybridization complex comprising the probe hybridized to the DNA or RNA fragment or cDNA of the gene of the invention. interest or known or unknown variant of it. In a particularly advantageous embodiment, the probes are labeled with biotin, a hapten or an affinity tag, or are generated by polymerization or transcription using oligonucleotides. In an even more advantageous embodiment, the RNA probes are biotinylated. In an even more advantageous embodiment, the probes are biotinylated single-stranded RNA probes having a length of 80 nucleotides. In an even more advantageous embodiment, the single-stranded RNA probes are biotinylated randomly over their entire sequence. Oligonucleotide probes may include adapters necessary for their PCR amplification. In a particularly advantageous embodiment, the probes comprise an adapter A of sequence SEQ ID No. 1 and an adapter B of sequence SEQ ID No. 2, the adapter A being placed at the 5 'end of the sequence of the probe and the adapter B being placed at the end 3 'of the sequence of the probe. Advantageously, the sequences of the adapters A (SEQ ID No.1), and B (SEQ ID No.2) are added to each end of the probes leading to probes whose sequence is of the "adapter A-adapter-B adapter" type. . The probe may also include a promoter, in position 5 'of the adapter A, or in 3' of the adapter B, for example the T7 promoter, of sequence SEQ ID No.3.
Dans un mode de réalisation selon l'invention, les sondes oligonucléotidiques, une fois synthétisées, sont amplifiées à l'aide des adaptateurs A et B pour rajouter le promoteur T7, puis purifiées. L'homme du métier saura utiliser toutes les méthodes adéquates pour l'amplification et la purification. Avantageusement, les sondes peuvent être amplifiées en utilisant le kit Platinium Taq DNA Polymerase High Fidelity commercialisé par la société Invitrogen et peuvent être purifiées en utilisant le kit MinElute PCR purification commercialisé par la société Qiagen. Les sondes sont ensuite transcrites in vitro grâce au promoteur T7 en présence de dNTP biotinylés, afin d'obtenir les sondes ARN biotinylées. L'homme du métier saura utiliser toutes les méthodes adéquates pour transcrire les sondes bioyinylées et les purifier. Avantageusement, la transcription in vitro peut être réalisée en utilisant le kit MEGAScript commercialisé par la société Ambion et des dUTP biotinylés commercialisés par la société Tebu-Bio. Les sondes ARN biotinylées peuvent ensuite être purifiées en utilisant le kit RNeasy plus commercialisé par la société Qiagen. Dans un mode de réalisation selon l'invention, des sondes spécifiques de différents gènes et/ou différents pathogènes peuvent être utilisées de manière simultanée pour s'hybrider avec les fragments d'ADN ou ARN ou d'ADNc préparés à partir de l'échantillon biologique. Par exemple, pour l'analyse d'un échantillon biologique, des sondes conçues pour chaque gène d'intérêt peuvent être combinées pour former un mélange de sondes, en amont ou au moment de la mise en contact des sondes avec la banque de fragments d'ADN obtenus à partir de l'échantillon biologique. In one embodiment of the invention, the oligonucleotide probes, once synthesized, are amplified using adapters A and B to add the T7 promoter, and then purified. Those skilled in the art will know how to use all the appropriate methods for amplification and purification. Advantageously, the probes can be amplified using the Platinium Taq DNA Polymerase High Fidelity kit marketed by Invitrogen and can be purified using the MinElute PCR purification kit marketed by Qiagen. The probes are then transcribed in vitro using the T7 promoter in the presence of biotinylated dNTPs to obtain the biotinylated RNA probes. Those skilled in the art will know how to use all the appropriate methods for transcribing the probes bioyinylated and purify them. Advantageously, the in vitro transcription can be carried out using the MEGAScript kit sold by the company Ambion and biotinylated dUTPs marketed by the company Tebu-Bio. The biotinylated RNA probes can then be purified using the RNeasy kit sold by the company Qiagen. In one embodiment of the invention, probes specific for different genes and / or pathogens can be used simultaneously to hybridize with DNA or RNA or cDNA fragments prepared from the sample. organic. For example, for the analysis of a biological sample, probes designed for each gene of interest can be combined to form a probe mixture, upstream or at the time of contact of the probes with the fragment library. DNA obtained from the biological sample.
Au sens de la présente invention, un « mélange de sondes » se réfère à un ensemble de sondes conçues pour être spécifiques d'un ou de différents gènes d'intérêts et ses variants connus ou inconnus appartenant à un pathogène cible particulier et / ou un ensemble de sondes conçues pour être spécifiques d'un ou de différents gènes d'intérêts appartenant à des pathogènes cibles différents. Within the meaning of the present invention, a "probe mixture" refers to a set of probes designed to be specific for one or more genes of interest and its known or unknown variants belonging to a particular target pathogen and / or set of probes designed to be specific for one or more genes of interest belonging to different target pathogens.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le mélange de sondes peut comprendre au moins une sonde, avantageusement au moins 2 sondes, différentes, avantageusement au moins 10 sondes différentes, avantageusement au moins 20 sondes différentes, avantageusement au moins 30 sondes différentes, avantageusement au moins 40 sondes différentes, avantageusement au moins 50 sondes différentes, avantageusement au moins 60 sondes différentes, avantageusement au moins 70 sondes différentes, avantageusement au moins 80 sondes différentes, avantageusement au moins 90 sondes différentes, avantageusement au moins 100 sondes différentes, avantageusement au moins 200 sondes différentes, avantageusement au moins 300 sondes différentes, avantageusement au moins 400 sondes différentes, avantageusement au moins 500 sondes différentes, avantageusement au moins 600 sondes différentes, avantageusement au moins 700 sondes différentes, avantageusement au moins 800 sondes différentes, avantageusement au moins 900 sondes différentes, avantageusement au moins 1000 sondes différentes, avantageusement au moins 1200 sondes différentes, avantageusement au moins 1400 sondes différentes, avantageusement au moins 1500 sondes différentes, avantageusement au moins 1600 sondes différentes, avantageusement au moins 1700 sondes différentes, avantageusement au moins 1800 sondes différentes, avantageusement au moins 1900 sondes différentes, avantageusement au moins 2000 sondes différentes, avantageusement au moins 3000 sondes différentes, avantageusement au moins 5000 sondes différentes ou plus. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the probe mixture may comprise at least one probe, advantageously at least two different probes, advantageously at least 10 different probes, advantageously at least 20 different probes, advantageously at least 30 probes. different, advantageously at least 40 different probes, preferably at least 50 different probes, preferably at least 60 different probes, preferably at least 70 different probes, preferably at least 80 different probes, preferably at least 90 different probes, preferably at least 100 different probes preferably at least 200 different probes, advantageously at least 300 different probes, advantageously at least 400 different probes, advantageously at least 500 different probes, advantageously at least 600 different probes, advantageously at least 700 different probes, advantageously at least 800 different probes, advantageously at least 900 different probes, advantageously at least 1000 different probes, advantageously at least 1200 different probes, advantageously at least 1400 different probes, advantageously at least 1500 different probes, advantageously at least 1600 different probes, advantageously at least 1700 probes different, advantageously at least 1800 different probes, preferably at least 1900 different probes, advantageously at least 2000 different probes, advantageously at least 3000 different probes, advantageously at least 5000 different probes or more.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le mélange de sondes comprend entre 1 et 5000 sondes différentes, avantageusement entre 100 et 4500 sondes différentes, avantageusement entre 500 et 4000 sondes différentes, avantageusement entre 1000 et 4000 sondes différentes, avantageusement entre 1500 et 3000 sondes différentes, avantageusement entre 1600 et 2500 sondes différentes, avantageusement entre 1900 et 2100 sondes différentes. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the mixture of probes comprises between 1 and 5000 different probes, advantageously between 100 and 4500 different probes, advantageously between 500 and 4000 different probes, advantageously between 1000 and 4000 different probes, advantageously between 1500 and 3000 different probes, advantageously between 1600 and 2500 different probes, advantageously between 1900 and 2100 different probes.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le mélange de sondes peut être spécifique d'au moins 1 , avantageusement au moins 2, avantageusement au moins 10, avantageusement au moins 50, avantageusement au moins 100, avantageusement au moins 150, avantageusement au moins 200, avantageusement au moins 250, avantageusement au moins 300, avantageusement au moins 500, au moins 750, avantageusement au moins 800, avantageusement au moins 900, avantageusement au moins 1 000, ou tout autre nombre de gènes d'intérêts. Avantageusement, le mélange de sondes est spécifique d'au moins 100 gènes d'intérêt. Avantageusement, le mélange de sondes est spécifique d'au moins 200 gènes d'intérêt. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the probe mixture may be specific of at least 1, advantageously at least 2, advantageously at least 10, advantageously at least 50, advantageously at least 100, advantageously at least 150, preferably at least 200, advantageously at least 250, advantageously at least 300, advantageously at least 500, at least 750, advantageously at least 800, advantageously at least 900, advantageously at least 1000, or any other number of genes of interest. Advantageously, the probe mixture is specific for at least 100 genes of interest. Advantageously, the probe mixture is specific for at least 200 genes of interest.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le nombre de gènes d'intérêt ciblés par le mélange de sondes est compris entre 1 et 1000, avantageusement entre 10 et 500 gènes d'intérêt, avantageusement entre 50 et 4500 gènes d'intérêt, avantageusement entre 100 et 400 gènes d'intérêt, avantageusement entre 200 et 300 gènes d'intérêt. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the number of genes of interest targeted by the probe mixture is between 1 and 1000, advantageously between 10 and 500 genes of interest, advantageously between 50 and 4500 genes. interest, advantageously between 100 and 400 genes of interest, preferably between 200 and 300 genes of interest.
Au sens de la présente invention, une sonde spécifique d'un gène et de l'ensemble de ses variants connus ou inconnus est conçue pour hybrider l'ensemble des gènes et des variants connus ou inconnus de ce gène présents au sein de l'échantillon biologique. Une sonde est donc spécifique de l'ensemble des variants d'un gène d'intérêt. Dans un mode de réalisation avantageux, les séquences des sondes sont conçues pour cibler les gènes d'intérêts et leurs variants connus ou inconnus en utilisant des outils logiciels tels que KASpOD, HiSpOD ou ExSpOD. Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, la sonde est capable de s'hybrider avec un fragment d'ADN ou d'ARN ou d'ADNc du gène d'intérêt et de ses variants connus ou inconnus d'une longueur d'au moins 6 000 nucléotides, avantageusement 20 000 nucléotides encore plus avantageusement 50 000 nucléotides, jusqu'à la longueur totale de la séquence nucléotidique du génome d'intérêt. Within the meaning of the present invention, a probe specific for a gene and all of its known or unknown variants is designed to hybridize all the genes and known or unknown variants of this gene present in the sample. organic. A probe is therefore specific for all the variants of a gene of interest. In an advantageous embodiment, the sequences of the probes are designed to target the genes of interest and their known or unknown variants using software tools such as KASpOD, HiSpOD or ExSpOD. In an advantageous embodiment according to the invention, the probe is capable of hybridizing with a fragment of DNA or RNA or cDNA of the gene of interest and its known or unknown variants of a length of d at least 6,000 nucleotides, advantageously 20,000 nucleotides more preferably 50,000 nucleotides, up to the total length of the nucleotide sequence of the genome of interest.
Préparation d'une banque de fragments d'ADN à partir de l'échantillon biologique Pour obtenir la banque de fragments d'ADN capable d'être hybridée par les sondes telles que décrites ci-dessus, l'échantillon biologique contenant les ADNs pathogènes doit être préparé en vue de l'étape d'hybridation. L'extraction de l'ADN à partir de l'échantillon biologique peut être réalisée par n'importe quelle technique bien connue de l'homme du métier, permettant d'extraire de l'ADN de taille compatible avec la taille des fragments à capturer en vue de l'étape d'hybridation. Avantageusement, l'extraction de l'ADN à partir de l'échantillon biologique peut être réalisée en utilisant des kits d'extraction d'ADN disponibles dans le commerce, comme par exemple les kits QIAamp DNA Blood ou DNeasy Blood & Tissu commercialisé par QIAGEN, et UltraClean Tissue & Cells ou UltraClean BloodSpin commercialisés par MoBio. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'ADN extrait est ensuite fragmenté en fragments d'ADN de longueur spécifique. Avantageusement l'ADN est fragmenté en fragments ayant une longueur d'au moins 6 000 paires de bases, avantageusement d'au moins 20 000 paires de bases, avantageusement d'au moins 50 000 paires de bases. La fragmentation de l'ADN peut être réalisée par n'importe quelle technique connue de l'homme du métier permettant d'obtenir des fragments d'ADN ayant la longueur désirée. Avantageusement, les fragments d'ADN selon l'invention sont obtenus en utilisant le kit g- TUBE commercialisé par la société Covaris. Preparation of a library of DNA fragments from the biological sample To obtain the library of DNA fragments capable of being hybridized by the probes as described above, the biological sample containing the pathogenic DNAs must be prepared for the hybridization step. Extraction of the DNA from the biological sample can be carried out by any technique well known to those skilled in the art, making it possible to extract DNA of size compatible with the size of the fragments to be captured. for the hybridization step. Advantageously, the extraction of the DNA from the biological sample can be carried out using commercially available DNA extraction kits, for example the QIAamp DNA Blood or DNeasy Blood & Tissue kits marketed by QIAGEN. , and UltraClean Tissue & Cells or UltraClean BloodSpin marketed by MoBio. In an advantageous embodiment of the invention, the extracted DNA is then fragmented into DNA fragments of specific length. Advantageously, the DNA is fragmented into fragments having a length of at least 6,000 base pairs, advantageously at least 20,000 base pairs, advantageously at least 50,000 base pairs. The fragmentation of the DNA can be carried out by any technique known to those skilled in the art to obtain DNA fragments having the desired length. Advantageously, the DNA fragments according to the invention are obtained using the g-TUBE kit marketed by Covaris.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, les fragments d'ADN ont soit une longueur de 6 000 paires de bases, soit une longueur de 20 000 paires de bases d'ADN, soit une longueur de 50 000 paires de bases d'ADN. Au sens de la présente invention, il est entendu par « banque dé fragmente d'ADN » ou « banque », un ensemble de fragments d'ADN ayant la même longueur, lesdits fragments d'ADN étant obtenus à partir de l'échantillon biologique. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les fragments d'ADN constituants la banque ont une taille homogène. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, trois banques de fragments d'ADN peuvent être obtenues à partir de l'échantillon biologique : une banque dite « 6kb » comprenant des fragments d'ADN ayant une longueur moyenne de 6 000 paires de bases, une banque dite « 20kb » comprenant des fragments d'ADN ayant une longueur moyenne de 20 000 paires de bases et une banque dite « 50kb » comprenant des fragments d'ADN ayant une longueur moyenne de 50 000 paires de bases. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la banque de fragments d'ADN comprend des fragments d'ADN ayant une longueur d'au moins 6 000 paires de bases, avantageusement au moins 20 000 paires de bases, avantageusement au moins 50 000 paires de bases. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the DNA fragments have either a length of 6000 base pairs, a length of 20 000 base pairs of DNA, or a length of 50 000 base pairs. DNA. For the purposes of the present invention, "DNA fragment library" or "library" means a set of DNA fragments having the same length, said DNA fragments being obtained from the biological sample. . In an advantageous embodiment of the invention, the DNA fragments constituting the library have a homogeneous size. In a particular embodiment of the invention, three libraries of DNA fragments can be obtained from the biological sample: a so-called "6kb" library comprising DNA fragments having an average length of 6,000 pairs of DNAs. bases, a so-called "20kb" library comprising DNA fragments having an average length of 20,000 pairs and a so-called "50kb" library comprising DNA fragments having an average length of 50,000 base pairs. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the library of DNA fragments comprises DNA fragments having a length of at least 6,000 base pairs, advantageously at least 20,000 base pairs, advantageously at least 50,000 base pairs.
Dans un mode de réalisation avantageux, la méthode selon l'invention peut en outre comprendre une étape de sélection de taille des ADN fragmentés. Avantageusement, l'étape de sélection peut être réalisée avec le système BluePippin en utilisant les kits 0,75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets, 0,75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets ou 0,75% Agarose Gel Cassette 50kb commercialisés par la société SageScience. In an advantageous embodiment, the method according to the invention may further comprise a size selection step of the fragmented DNAs. Advantageously, the selection step can be carried out with the BluePippin system using the 0.75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets kits, 0.75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets or 0.75% Agarose Gel Cassette 50kb marketed by the company SageScience.
Avantageusement, cette étape de sélection permet de conserver uniquement les fragments d'ADN ayant soit une longueur moyenne de 6 000 paires de bases, soit une longueur moyenne de 20 000 paires de bases, soit une longueur moyenne de 50 000 paires de bases d'ADN. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les banques de fragments d'ADN peuvent être enrichies par amplification, notamment par amplification isotherme par déplacement de brin, permettant d'enrichir d'au moins 1 ,5 fois, avantageusement au moins 2 fois, avantageusement au moins 5 fois, avantageusement au moins 10 fois, avantageusement au moins 20 fois, avantageusement au moins 50 fois, avantageusement au moins 100 fois, avantageusement au moins 1000 fois la population cible dé fragmente d'ADN. Avantageusement, l'amplification de la banque peut être réalisée avec le kit IHustraGenomPhi V2 DNA Amplification commercialisé par la société GE Healthcare. Advantageously, this selection step makes it possible to retain only the DNA fragments having an average length of 6,000 base pairs, an average length of 20,000 base pairs, or an average length of 50,000 base pairs. DNA. In an advantageous embodiment of the invention, the libraries of DNA fragments can be enriched by amplification, in particular by isothermal amplification by strand displacement, making it possible to enrich at least 1.5 times, advantageously at least 2 times. advantageously at least 5 times, advantageously at least 10 times, advantageously at least 20 times, advantageously at least 50 times, advantageously at least 100 times, advantageously at least 1000 times the target population of fragmented DNA. Advantageously, the amplification of the library can be carried out with the IHustraGenomPhi V2 DNA Amplification kit marketed by GE Healthcare.
Dans un mode de réalisation avantageux, la méthode selon l'invention peut en outre après l'étape d'amplification, comprendre une étape sélection de la taille des banques de fragments d'ADNs amplifiées. Avantageusement, l'étape de sélection de la taille des banques de fragments d'ADNs amplifiées peut être réalisée avec le système BluePippin en utilisant les kits 0,75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets, 0,75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets ou 0,75% Agarose Gel Cassette 50kb commercialisés par la société SageScience. Avantageusement, cette étape de sélection de la taille des banques de fragments d'ADNs amplifiées permet de conserver uniquement les fragments d'ADN amplifiés ayant soit une longueur moyenne de 6 000 paires de bases, soit une longueur moyenne de 20 000 paires de bases, soit une longueur moyenne de 50 000 paires de bases d'ADN. Hybridation et capture des fragments d'ADN In an advantageous embodiment, the method according to the invention may further, after the amplification step, comprise a step of selecting the size of the libraries of amplified DNA fragments. Advantageously, the step of selecting the size of the libraries of amplified DNA fragments can be carried out with the BluePippin system using the 0.75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets Kit, 0.75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets or 0.75% Agarose Gel Cassette 50kb marketed by the company SageScience. Advantageously, this step of selecting the size of the libraries of amplified DNA fragments makes it possible to preserve only the amplified DNA fragments having an average length of 6,000 base pairs, or an average length of 20,000 base pairs, an average length of 50,000 base pairs of DNA. Hybridization and capture of DNA fragments
Hybridation Hybridization
Les sondes peuvent être mélangées à la banque de fragments d'ADN préalablement à l'étape d'hybridation par n'importe quel moyen connu de l'homme du métier. La quantité de sondes ajoutées à la banque de fragments d'ADN doit être suffisante pour permettre l'hybridation de tous les fragments d'ADN portant les gènes d'intérêts ou ses variants connus ou inconnus. Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, le nombre de sondes introduites dans le mélange est supérieur ou égal au nombre de fragments d'ADN contenus dans la banque. Le rapport sondes/fragments d'ADN pour l'hybridation est d'environ 1 :1 , avantageusement d'environ 250 :1 , avantageusement d'environ 1 000 :1 , avantageusement d'environ 20 000 :1 ou supérieur. The probes may be mixed with the DNA fragment library prior to the hybridization step by any means known to those skilled in the art. The amount of probes added to the DNA fragment library must be sufficient to allow hybridization of all DNA fragments carrying the genes of interest or its known or unknown variants. In an advantageous embodiment according to the invention, the number of probes introduced into the mixture is greater than or equal to the number of DNA fragments contained in the bank. The probe / DNA fragment ratio for hybridization is about 1: 1, preferably about 250: 1, preferably about 1000: 1, preferably about 20,000: 1 or greater.
Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, l'étape c) d'hybridation est réalisée en solution ou sur support solide. Avantageusement, l'étape d'hybridation est réalisée en solution. Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, l'étape d'hybridation est réalisée dans des conditions stringentes. In an advantageous embodiment according to the invention, the hybridization step c) is carried out in solution or on a solid support. Advantageously, the hybridization step is carried out in solution. In an advantageous embodiment according to the invention, the hybridization step is carried out under stringent conditions.
Dans un mode de réalisation particulier, la banque de fragments d'ADN, d'ADNc ou d'ARN est hybridée avec les sondes pendant une durée d'au moins 16 heures, avantageusement d'au moins 20 heures, encore plus avantageusement d'au moins 24 heures, et à une température d'au moins 45°C, avantageusement d'au moins 50°C, avantageusement d'au moins 55°C, avantageusement d'au moins 60°C, encore plus avantageusement d'au moins 65°C. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, la banque dé fragmente d'ADN est hybridée avec les sondes pendant 24 heures à une température de 65°C. Avantageusement, le tampon d'hybridation peut comprendre un tampon à base d'un mélange de chlorure de sodium, d'EDTA et de phosphate, commercialisé sous le nom tampon SSPE (« Saline-Sodium Phosphate-EDTA Hybridization Buffer »), une solution Denhardt's, de l'EDTA, un tampon SDS, de l'EDTA et de l'eau. Avantageusement, le tampon d'hybridation utilisé dans la présente invention pour l'étape d'hybridation comprend du SSPE 20X à une concentration de 10X, du Denhardt's 50X à une concentration de 10X, de l'EDTA 0,5mM pH 8 à une concentration de 10mM, du SDS 10% à une concentration de 0,2% et de l'eau. In a particular embodiment, the library of DNA, cDNA or RNA fragments is hybridized with the probes for a duration of at least 16 hours, advantageously at least 20 hours, even more advantageously of at least 24 hours, and at a temperature of at least 45 ° C, preferably at least 50 ° C, preferably at least 55 ° C, preferably at least 60 ° C, still more preferably at least minus 65 ° C. In a particularly advantageous embodiment, the DNA fragment library is hybridized with the probes for 24 hours at a temperature of 65 ° C. Advantageously, the hybridization buffer may comprise a buffer based on a mixture of sodium chloride, EDTA and phosphate, sold under the name SSPE ("Saline-Sodium Phosphate-EDTA Hybridization Buffer") buffer, a solution Denhardt's, EDTA, SDS buffer, EDTA and water. Advantageously, the hybridization buffer used in the present invention for the hybridization step comprises 20X SSPE at a concentration of 10X, Denhardt's 50X at a concentration of 10X, 0.5mM EDTA pH 8 at a concentration of 10mM, 10% SDS at a concentration of 0.2% and water.
Capture Capture
Après l'hybridation, les sondes biotinylées peuvent être séparées en fonction de la présence du marqueur détectable, et les sondes et les fragments d'ADN non liés sont éliminés dans des conditions de lavage appropriées. Seuls sont conservés les fragments d'ADN qui se sont hybridés spécifiquement avec les sondes biotinylées. Les complexes d'hybridation peuvent être capturés et purifiés à partir du mélange de sondes non liées et des fragments d'ADN non liés de la banque. Par exemple, les complexes d'hybridation peuvent être capturés à l'aide d'une molécule de streptavidine fixée à une phase solide, telle qu'une bille magnétique. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux selon l'invention, les complexes d'hybridation sont capturés au moyen de billes magnétiques recouvertes de streptavidine, avantageusement en utilisant 500 ng de billes Dynabeads M-280 (Life technologies). Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, l'étape d) de capture est suivie de trois étapes de lavage pour éliminer les sondes et les fragments d'ADN non liés, ces trois étapes de lavage mettant en œuvre trois tampons de lavage différents. After hybridization, the biotinylated probes can be separated according to the presence of the detectable label, and the unbound probes and DNA fragments are removed in appropriate washing conditions. Only those DNA fragments that hybridize specifically with the biotinylated probes are retained. The hybridization complexes can be captured and purified from the mixture of unbound probes and unbound DNA fragments of the library. For example, the hybridization complexes can be captured using a streptavidin molecule attached to a solid phase, such as a magnetic bead. In a particularly advantageous embodiment according to the invention, the hybridization complexes are captured using streptavidin-coated magnetic beads, advantageously using 500 ng of Dynabeads M-280 beads (Life Technologies). In an advantageous embodiment according to the invention, the step d) of capture is followed by three washing steps to eliminate the probes and unbound DNA fragments, these three washing steps using three wash buffers different.
Avantageusement, le premier lavage est réalisé en utilisant un tampon de lavage comprenant du chlorure de sodium, avantageusement à une concentration comprise entre 0,5M et 1 ,5M, avantageusement à une concentration de 1 M, du Tris-HCI, avantageusement à une concentration comprise entre 5mM et 15mM, avantageusement à une concentration de 10mM, et de l'EDTA, avantageusement à une concentration comprise entre 0,5mM et 1 ,5mM, avantageusement à une concentration de 1 mM. Avantageusement, le premier lavage est réalisé à température ambiante, avantageusement à une température comprise entre 25°C et 30°C. Avantageusement, le premier lavage est réalisé à un pH compris entre 7,0 et 8,0, avantageusement à un pH de 7,5. Advantageously, the first washing is carried out using a washing buffer comprising sodium chloride, advantageously at a concentration of between 0.5M and 1.5M, advantageously at a concentration of 1M, of Tris-HCl, advantageously at a concentration of between 5 mM and 15 mM, advantageously at a concentration of 10 mM, and EDTA, advantageously at a concentration of between 0.5 mM and 1.5 mM, advantageously at a concentration of 1 mM. Advantageously, the first washing is carried out at ambient temperature, advantageously at a temperature of between 25 ° C. and 30 ° C. Advantageously, the first washing is carried out at a pH of between 7.0 and 8.0, advantageously at a pH of 7.5.
Avantageusement, le deuxième lavage est réalisé en utilisant un second tampon d'élution comprenant du SSC 20X (SSC 20X = 3M NaCI, 0,3M citrate de sodium), avantageusement à une concentration comprise entre 0,5X et 1 ,5X, avantageusement à une concentration de 1 X et du SDS 10%, avantageusement à une concentration comprise entre 0,05% et 0,15%, avantageusement à une concentration de 0,1 %. Avantageusement, le second lavage est réalisé à température ambiante, avantageusement à une température comprise entre 25°C et 30°C. Advantageously, the second washing is carried out using a second elution buffer comprising 20X SSC (SSC 20X = 3M NaCl, 0.3M sodium citrate), advantageously at a concentration of between 0.5X and 1.5X, advantageously at a concentration of 1 X and 10% SDS, advantageously at a concentration of between 0.05% and 0.15%, advantageously at a concentration of 0.1%. Advantageously, the second washing is carried out at ambient temperature, advantageously at a temperature of between 25 ° C. and 30 ° C.
Avantageusement, le troisième lavage est réalisé en utilisant un troisième tampon d'élution comprenant du SSC 20X, avantageusement à une concentration comprise entre 0,05X et 0,15X, avantageusement à une concentration de 0,1 X et du SDS 10%, avantageusement à une concentration comprise entre 0,05% et 0,15%, avantageusement à une concentration de 0, 1 %. Avantageusement, le troisième lavage est réalisé à une température comprise entre 30°C et 80°C, avantageusement à une température comprise entre 40°C et 75°C, avantageusement à une température comprise entre 50 °C et 70°C, avantageusement à une température de 65°C. Advantageously, the third washing is carried out using a third elution buffer comprising 20X SSC, advantageously at a concentration of between 0.05X and 0.15X, advantageously at a concentration of 0.1% and 10% SDS, advantageously at a concentration of between 0.05% and 0.15%, advantageously at a concentration of 0.1%. Advantageously, the third washing is carried out at a temperature of between 30 ° C. and 80 ° C., advantageously at a temperature of between 40 ° C. and 75 ° C. advantageously at a temperature of between 50 ° C. and 70 ° C., advantageously at a temperature of 65 ° C.
Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, les étapes de lavage peuvent être suivies d'une étape d'élution par dénaturation chimique à la soude, permettant de séparer les complexes d'hybridation et ainsi libérer les fragments d'ADN capturés. Avantageusement, cette étape permet de séparer les sondes des fragments d'ADN capturés, en sédimentant les billes magnétiques recouvertes de streptavidine sur lesquelles sont fixées les sondes. Les fragments d'ADN capturés sont ensuite récupérés dans le surnageant. Dans un mode de réalisation avantageux, l'étape d'élution peut être réalisée en incubant les billes magnétiques recouvertes de streptavidine sur lesquelles sont fixés les complexes d'hybridation en présence de soude à une concentration comprise entre 0,01 M et 1 M, avantageusement entre 0,05M et 0,5 M, avantageusement 0,1 M, pendant au moins 5 minutes, avantageusement 10 minutes, à température ambiante. Les billes magnétiques recouvertes de streptavidine sédimentent et le surnageant est ensuite récupéré. Un tampon Tris-HCI, avantageusement à une concentration comprise entre 0,5 M et 1 ,5M, avantageusement à une concentration de 1 M, à pH 7,5 est ensuite ajouté au surnageant. In an advantageous embodiment according to the invention, the washing steps may be followed by an elution step by chemical denaturation with sodium hydroxide, making it possible to separate the hybridization complexes and thus release the captured DNA fragments. Advantageously, this step makes it possible to separate the probes from the captured DNA fragments by sedimenting the streptavidin-coated magnetic beads on which the probes are fixed. The captured DNA fragments are then recovered in the supernatant. In an advantageous embodiment, the elution step can be carried out by incubating the streptavidin-coated magnetic beads on which the hybridization complexes are fixed in the presence of sodium hydroxide at a concentration of between 0.01 M and 1 M, advantageously between 0.05M and 0.5M, advantageously 0.1M, for at least 5 minutes, advantageously 10 minutes, at room temperature. The magnetic beads coated with streptavidin sediment and the supernatant is then recovered. A Tris-HCl buffer, advantageously at a concentration of between 0.5M and 1.5M, advantageously at a concentration of 1M, at pH 7.5 is then added to the supernatant.
Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, l'étape d'élution peut être suivie d'une étape de purification des fragments d'ADN capturés. Avantageusement, l'étape de purification peut être réalisée avec le kit Microcon DNA fast flow PCR grade, centrifugal filters, dual cycle ETO treated, commercialisé par la société Merck Millipore. In an advantageous embodiment according to the invention, the elution step may be followed by a purification step of the captured DNA fragments. Advantageously, the purification step can be carried out with the Microcon DNA fast flow PCR grade kit, centrifugal filters, ETO treated dual cycle, marketed by Merck Millipore.
Amplification des fragments d'ADN capturés Amplification of captured DNA fragments
Dans un mode de réalisation avantageux, la méthode selon l'invention peut en outre comprendre une étape d'amplification des fragments d'ADN résultant de l'étape d) de capture. Avantageusement, l'amplification de la banque peut être réalisée avec le kit IHustraGenomPhi V2 DNA Amplification commercialisé par la société GE Healthcare. In an advantageous embodiment, the method according to the invention may further comprise a step of amplification of the DNA fragments resulting from step d) capture. Advantageously, the amplification of the library can be carried out with the IHustraGenomPhi V2 DNA Amplification kit marketed by GE Healthcare.
Sélection des fragments d'ADN capturés en fonction de leur taille Dans un mode de réalisation avantageux, la méthode selon l'invention peut en outre comprendre une étape de sélection des fragments d'ADN capturés en fonction de leur taille résultant de l'étape d) de capture. Avantageusement, l'étape de sélection peut être réalisée avec avec le système BluePippin utilisant les kits 0,75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets, 0,75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets ou 0,75% Agarose Gel Cassette 50kb commercialisés par la société SageScience. Avantageusement, cette étape de sélection permet de conserver uniquement les fragments d'ADN ayant soit une longueur moyenne de 6 000 paires de bases, soit une longueur moyenne de 20 000 paires de bases, soit une longueur moyenne de 50 000 paires de bases d'ADN ou d'ARN ou d'ADNc. Selection of DNA fragments captured according to their size In an advantageous embodiment, the method according to the invention may further comprise a step of selecting the DNA fragments captured according to their size. resulting from step d) capture. Advantageously, the selection step can be carried out with the BluePippin system using the 0.75% Agarose Gel Cassette Mid Range Targets kit, 0.75% Agarose Gel Cassette Low Range Targets or 0.75% Agarose Gel Cassette 50kb marketed by the company SageScience. Advantageously, this selection step makes it possible to retain only the DNA fragments having an average length of 6,000 base pairs, an average length of 20,000 base pairs, or an average length of 50,000 base pairs. DNA or RNA or cDNA.
La distribution de la taille des ADNs capturés peut ensuite être évaluée en utilisant le kit Agilent DNA 12000 commercialisé par la société Agilent. The size distribution of the captured DNAs can then be evaluated using the Agilent DNA 12000 kit marketed by Agilent.
Séquençage des fragments d'ADN capturés Sequencing of captured DNA fragments
Les fragments d'ADN capturés peuvent ensuite être séquencés par n'importe quelle technique bien connue de l'homme du métier. Le séquençage des fragments d'ADN capturés peut être réalisé en utilisant les systèmes de séquençage à haut débit commercialisé par la société Illumina Inc., par exemple le système MiSeq ou HiSeq. Toutes les plates-formes connues de l'homme du métier, telles que les plates-formes de première génération telle que Sanger, de deuxième génération telle que Illumina (MiniSeq, MiSeq, NextSeq, HiSeq, Synthetic Long Read, 10X Genomics) ou 454 (Roche) ou SOLiD (Thermo Fisher) ou Ion Torrent (Thermo Fisher) ou Gene Reader (Qiagen) ou Complète Genomics (GGI) et de troisième génération telles que Pacific BioSciences (RSII ou Sequel) ou Oxford Nanopore (MinlON, GridION ou PromethlON) tout comme les nouvelles plates-formes en développement (GenapSys, Genia, Firefly, NanoString Technologies, GnuBio, Electron Optica) peuvent être utilisées pour séquencer les fragments d'ADN capturés. Selon la méthode de séquençage utilisée, l'homme du métier sera en mesure de construire les banques adaptées à partir des fragments d'ADN capturés. The captured DNA fragments can then be sequenced by any technique well known to those skilled in the art. Sequencing of the captured DNA fragments can be performed using the high throughput sequencing systems marketed by Illumina Inc., for example the MiSeq or HiSeq system. All platforms known to those skilled in the art, such as first generation platforms such as Sanger, second generation such as Illumina (MiniSeq, MiSeq, NextSeq, HiSeq, Synthetic Long Read, 10X Genomics) or 454 (Roche) or SOLiD (Thermo Fisher) or Ion Torrent (Thermo Fisher) or Gene Reader (Qiagen) or Complete Genomics (GGI) and third generation such as Pacific BioSciences (RSII or Sequel) or Oxford Nanopore (MinlON, GridION or PromethlON ) as well as new platforms under development (GenapSys, Genia, Firefly, NanoString Technologies, GnuBio, Electron Optica) can be used to sequence captured DNA fragments. Depending on the sequencing method used, those skilled in the art will be able to construct the adapted libraries from the captured DNA fragments.
Reconstruction de grands fragments de génomes Reconstruction of large fragments of genomes
Les séquences des différents fragments d'ADN des gènes d'intérêt peuvent être assemblées par tout moyen connu de l'homme du métier. Les séquences des différents fragments d'ADN des gènes d'intérêt peuvent être assemblées pour reconstruire la séquence totale du gène d'intérêt, ou un variant connu ou inconnu de celui-ci. Les séquences des différents fragments d'ADN des gènes d'intérêt peuvent être assemblées pour reconstruire la séquence totale du gène d'intérêt, ou un variant connu ou inconnu de celui-ci et les régions flanquantes associées aux séquences ciblées voire la totalité du génome dans lequel est localisé le gène d'intérêt, permettant ainsi son identification. Dans certains modes de réalisation, les séquences sont assemblées à l'aide des outils de bio- informatiques, comme par exemple IDBA-UD, Spades, MetaVelvet. Après l'assemblage, les séquences des gènes d'intérêts, ou des variants connus ou inconnus de ceux-ci, sont confirmées par comparaison des séquences contre des bases de données de séquences connues, telle que la base GenBank du NCBI ou ENA de l'EMBL, afin de caractériser les niveaux de similarité avec les séquences connues du gène d'intérêt, ou un variant de celui- ci. The sequences of the different DNA fragments of the genes of interest can be assembled by any means known to those skilled in the art. The sequences of the different DNA fragments of the genes of interest can be assembled to reconstruct the total sequence of the gene of interest, or a known or unknown variant thereof. The sequences of the different DNA fragments of the genes of interest can be assembled to reconstruct the total sequence of the gene of interest, or a known or unknown variant thereof and the flanking regions associated with the targeted sequences or even the entire genome in which is located the gene of interest, thus allowing its identification. In some embodiments, the sequences are assembled using bioinformatic tools, such as IDBA-UD, Spades, MetaVelvet. After assembly, the sequences of the genes of interest, or known or unknown variants thereof, are confirmed by comparison of the sequences against databases of known sequences, such as the GenBank NCBI or ENA database. EMBL, in order to characterize the levels of similarity with the known sequences of the gene of interest, or a variant thereof.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la méthode de détection et d'identification in vitro d'un ou plusieurs pathogènes cibles présents dans un échantillon biologique, comprend les étapes suivantes : a) la préparation d'un mélange de sondes non chevauchantes et exploratoires capables de cibler spécifiquement un ensemble de séquences de gènes d'intérêts appartenant aux pathogènes cibles, b) la préparation d'une banque de fragments d'ADN à partir de l'échantillon biologique, lesdits fragments d'ADN contenus dans la banque ayant une longueur d'au moins 6 000 paires de bases, c) l'hybridation des fragments d'ADN obtenu à l'étape b) par mise en contact desdits fragments d'ADN avec le mélange de sondes de l'étape a), d) la capture des complexes d'hybridation de l'étape c), e) le séquençage des fragments d'ADN capturés à l'étape d), et f) la reconstruction bioinformatique des gènes d'intérêts et/ou du génome du ou des micro-organismes à partir des fragments d'ADN capturés séquencés de l'étape e), et g) l'identification du ou des pathogènes cibles présents dans l'échantillon biologique. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the method for the detection and in vitro identification of one or more target pathogens present in a biological sample comprises the following steps: a) the preparation of a mixture of probes non-overlapping and exploratory methods capable of specifically targeting a set of gene sequences of interest belonging to the target pathogens, b) preparing a library of DNA fragments from the biological sample, said DNA fragments contained in the library having a length of at least 6,000 base pairs, c) hybridization of the DNA fragments obtained in step b) by contacting said DNA fragments with the probe mixture of the step a), d) capturing the hybridization complexes of step c), e) sequencing the DNA fragments captured in step d), and f) bioinformatic reconstruction of the genes of interest and / or of the genome of the micro-gold mechanisms from the captured DNA fragments sequenced from step e), and g) identifying the target pathogen (s) present in the biological sample.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention. EXEMPLES The following examples illustrate the invention. EXAMPLES
Exemple 1 : Identification de pathogènes impliqués dans des actes de bioterrorisme dans un échantillon biologique Example 1 Identification of pathogens involved in acts of bioterrorism in a biological sample
A/ Détermination des sondes : Un jeu de 1685 sondes dégénérées de 80 nucléotides ciblant des gènes de virulence ou des gènes fonctionnels permettant l'identification de 30 pathogènes (Tableau 2) bactériens prioritaires pour le bioterrorisme a été déterminé en utilisant les logiciels KASpOD (K-mer based Algorithm for high-Specific Oligonucleotide Design) (Parisot N. et al., 2012, vol 28, pages 3161 -3162) et HiSpOD (High Spécifie Oligo Design) (Dugat-Bony E et al., 201 1 , vol 27, pages 641 -648). A / Determination of the probes: A set of 1685 degenerate probes of 80 nucleotides targeting virulence genes or functional genes enabling the identification of priority bacterial pathogens (Table 2) for bioterrorism was determined using KASpOD software (K -mer based Algorithm for High-Specific Oligonucleotide Design (Parisot N. et al., 2012, vol 28, pages 3161-3162) and HiSpOD (High Specifies Oligo Design) (Dugat-Bony E et al., 201 1, vol. 27, 641-648).
Un jeu de 15 sondes ayant une longueur de 28 à 50 nucléotides a été déterminé afin de permettre l'enrichissement des ADNr ou ARNr 16S de tous les procaryotes, dont les pathogènes listés dans le Tableau 2. A set of 15 probes having a length of 28 to 50 nucleotides was determined to allow enrichment of the 16S rDNA or rRNA of all prokaryotes, including the pathogens listed in Table 2.
B/ Résultats obtenus B / Results obtained
Grâce à la détermination de ce jeu de sondes de capture exploratoires ciblant les gènes de virulence ou autres gènes fonctionnels des pathogènes bactériens du bioterrorisme et les gènes codant l'ARNr 16S de l'ensemble des procaryotes, il est possible de détecter et d'identifier avec précision l'ensemble des pathogènes ciblés au sein de tout type d'échantillon biologique. Le jeu de sondes peut être utilisé dans son intégralité pour fournir un outil de diagnostic exhaustif des pathogènes du bioterrorisme, ou seules les sondes ciblant un microorganisme ou un gène codant des fonctions particulières (par exemple tous les gènes codant pour des toxines) peuvent être ciblés pour fournir des outils de diagnostic plus spécifiques. Grâce à la reconstruction de larges régions génomiques autour des biomarqueurs et à la détection simultanée de plusieurs d'entre eux pour chaque pathogène, la méthode de capture utilisant ce jeu de sondes peut permettre une identification résolutive et simultanée des agents pathogènes présents au sein de l'échantillon. De plus, grâce au caractère exploratoire des sondes, des variants de gènes ainsi que de nouveaux pathogènes peuvent être identifiés. EXEMPLE 2 : Identification et détection d'une bactérie pathogène au sein d'une communauté microbienne. Through the determination of this set of exploratory capture probes targeting virulence genes or other functional genes of bioterrorism bacterial pathogens and the 16S rRNA genes of all prokaryotes, it is possible to detect and identify accurately all pathogens targeted within any type of biological sample. The probe set can be used in its entirety to provide a comprehensive diagnostic tool for bioterrorism pathogens, or only probes targeting a microorganism or a gene encoding particular functions (eg all genes coding for toxins) can be targeted. to provide more specific diagnostic tools. Thanks to the reconstruction of large genomic regions around biomarkers and the simultaneous detection of several of them for each pathogen, the capture method using this set of probes can allow a simultaneous and resolutive identification of the pathogens present within the biomarker. 'sample. In addition, thanks to the exploratory nature of the probes, gene variants as well as new pathogens can be identified. EXAMPLE 2 Identification and Detection of a Pathogenic Bacteria Within a Microbial Community
A/ Préparation d'une communauté microbienne artificielle : A / Preparation of an artificial microbial community:
Un mélange artificiel de 21 espèces bactériennes et 7 espèces archées (représentant 6 phyla, 13 classes, 19 ordres, 23 familles et 26 genres) dont les génomes sont séquencés, a été réalisé à partir d'ADN génomique extrait de cultures pures des différentes espèces (DSMZ) (Tableau 6). Les abondances des différentes espèces (basées sur le nombre de génomes dans le mélange) ont été définies de sorte à ce que le profil final de la communauté reflète les variabilités d'abondance des espèces dans une communauté microbienne environnementale. An artificial mixture of 21 bacterial species and 7 archaeal species (representing 6 phyla, 13 classes, 19 orders, 23 families and 26 genera) whose genomes are sequenced, was made from genomic DNA extracted from pure cultures of different species. (DSMZ) (Table 6). Abundances of different species (based on the number of genomes in the mixture) were defined so that the final community profile reflects species abundance variability in an environmental microbial community.
Tableau 6 : Structure de la communauté microbienne artificielle Table 6: Structure of the Artificial Microbial Community
Espèces N° DSMZ Abondances (%) Species N ° DSMZ Abundances (%)
Halomicrobium mukohataei 12286 25 Halomicrobium mukohataei 12286 25
Saccharophagus degradans 17024 25 Saccharophagus degradans 17024 25
Tsukamurella paurometabola 20162 15 Tsukamurella paurometabola 20162 15
Clostridium acetobutylicum 792 10 Clostridium acetobutylicum 792 10
Roseobacter denitrificans 7001 5Roseobacter denitrificans 7001 5
Novosphingobium pentaromativorans 17173 5 Novosphingobium pentaromativorans 17173 5
Geobacter lovleyi 17278 3 Geobacter lovleyi 17278 3
Ruegeria pomeroyi 15171 3Ruegeria Pomeroyi 15171 3
Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris 644 2 Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris 644 2
Pedobacter heparinus 2366 2 Pedobacter heparinus 2366 2
Corynebacterium glutamicum Corynebacterium glutamicum
20300 1 20300 1
(organisme cible) (target organism)
Cellulomonas flavigena 20109 1 Cellulomonas flavigena 20109 1
Pseudomonas putida 6125 1Pseudomonas putida 6125 1
Methanoculleus marisnigri 1498 0.5Methanoculleus marisnigri 1498 0.5
Saccharopolyspora erythraea 40517 0.5 Saccharopolyspora erythraea 40517 0.5
Halogeometricum borinquense 1 1551 0.3 Halogeometricum borinquense 1 1551 0.3
Planctomyces limnophilus 3776 0.3 Planctomyces limnophilus 3776 0.3
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 20081 0.2 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 20081 0.2
Methanospirillum hungateii 864 0.1 Methanospirillum hungateii 864 0.1
Lactobacillus brevis 20054 0.07Lactobacillus brevis 20054 0.07
Methanocorpusculum labreanum 4855 0.01 Flavobacterium psychrophilum 21280 0.01 Methanocorpusculum labreanum 4855 0.01 Flavobacterium psychrophilum 21280 0.01
Streptomyces avermitilis 46492 0.006 Streptomyces avermitilis 46492 0.006
Listeria welshimeri 20650 0.002 Listeria welshimeri 20650 0.002
Sphingobium indicum 16412 0.001 Sphingobium indicum 16412 0.001
Clostridium leptum 753 0.0008 Clostridium leptum 753 0.0008
Methanobrevibacter smithii 861 0.0001 Methanobrevibacter smithii 861 0.0001
Methanococcus aeolicus 17508 0.0001 Methanococcus aeolicus 17508 0.0001
B/ Détermination et synthèse des sondes : B / Determination and synthesis of the probes:
Le gène pepO, codant une endopeptidase impliquée dans la régulation de l'expression et de la sécrétion de facteurs de virulence de Flavobacterium psychrophilum, agent bactérien responsable de flavobacteriose chez les poissons de la famille des salmonidés, a été ciblé par des sondes. Ainsi, un jeu de 1 1 sondes spécifiques de 80 nucléotides ciblant le gène d'intérêt a été déterminé, en utilisant les logiciels KASpOD (K-mer based Algorithm for high-Specific Oligonucleotide Design) (Parisot N et al., 2012, vol 28, pages 3161 -3162) et HiSpOD (High Spécifie Oligo Design) (Dugat-Bony E et al. , Bioinformatics, 201 1 , vol 27, pages 641 -648) (SEQ ID No.1704 à 1714). The pepO gene, encoding an endopeptidase involved in regulating the expression and secretion of virulence factors of Flavobacterium psychrophilum, the bacterial agent responsible for flavobacteriosis in fish of the salmonid family, was targeted by probes. Thus, a set of 1 1 probes specific for 80 nucleotides targeting the gene of interest was determined, using KASpOD software (K-mer based Algorithm for high-specific oligonucleotide design) (Parisot N et al., 2012, vol. 28, pages 3161-3162) and HiSpOD (High Specifies Oligo Design) (Dugat-Bony E et al., Bioinformatics, 201 1, vol 27, pp. 641-648) (SEQ ID NO: 1704-1714).
Tableau 7 : Séquences des sondes de capture ciblant le gène pepO de Flavobacterium psychrophilum. Table 7: Sequences of capture probes targeting the pepO gene of Flavobacterium psychrophilum.
SEQ ID No. Séquences des sondes SEQ ID No. Probe Sequences
TTACGAATAGTTTGTCTCCTTCTTTTATATCAAAAGCTTTGTA TTACGAATAGTTTGTCTCCTTCTTTTATATCAAAAGCTTTGTA
1704 1704
AAAAGCATCGAGA I I I GTAAGTGGCACATAGGCTCTG AAAAGCATCGAGA I I I GTAAGTGGCACATAGGCTCTG
AATAATCTTTGTTCTGGGGTGTATCCATCTATAAGACCTGGA AATAATCTTTGTTCTGGGGTGTATCCATCTATAAGACCTGGA
1705 1705
TTTCCGTTTTGTTTTAAATACAATTGAAGGCCATCGTA TTTCCGTTTTGTTTTAAATACAATTGAAGGCCATCGTA
TGTAAATTGTTTTAAATCATCTGCTGTCCACCAGTCTACTAA TGTAAATTGTTTTAAATCATCTGCTGTCCACCAGTCTACTAA
1706 1706
A I I I CCGTCGGCATTGTATCGTGCTCCAGAATCATCGA A I I I CCGTCGGCATTGTATCGTGCTCCAGAATCATCGA
ATGCAGGATTGTAGTAAGCGTTTACTGTTTGTGGCGACATT ATGCAGGATTGTAGTAAGCGTTTACTGTTTGTGGCGACATT
1707 1707
CCCCATGTTGTTTTGTCGACTGGTTTTTTTAGTTCTGCG CCCCATGTTGTTTTGTCGACTGGTTTTTTTAGTTCTGCG
TTGATGGTTACTTTGTGTAGTTTTTCGACAGCCTTAATTTTAG TTGATGGTTACTTTGTGTAGTTTTTCGACAGCCTTAATTTTAG
1708 1708
TTTCGACAGACATCCATGTTAAATTATTTATTCTGTT TTTCGACAGACATCCATGTTAAATTATTTATTCTGTT
CAGTGCTTTTTCGTTTCTAGGGCGTTGTTTTTTTGCTCCTTG CAGTGCTTTTTCGTTTCTAGGGCGTTGTTTTTTTGCTCCTTG
1709 1709
TAATGTTTTGCTGTAAAATTCCCAGTTTGCGGTTTCTA TAATGTTTTGCTGTAAAATTCCCAGTTTGCGGTTTCTA
AAACTACAATTGATTGTAAATTAGTAATCCCAACGGCATCTA AAACTACAATTGATTGTAAATTAGTAATCCCAACGGCATCTA
1710 1710
AATAATTTTTCCAGTGTATAGATGGTGTTAGTTTTTGT AATAATTTTTCCAGTGTATAGATGGTGTTAGTTTTTGT
TCTG CTG GTTTTGTTCCTAAAAACTGTAG CATTCTCG CTACA TCTG CTG GTTTTGTTCCTAAAAACTGTAG CATTCTCG CTACA
171 1 171 1
TGAAGTACATATTTCTCACGTTTTTCTTTCGAATCCTT TGAAGTACATATTTCTCACGTTTTTCTTTCGAATCCTT
GCCAAGAGGTTCCATTTCTATTATTAGATTGTTTATATCTTGA GCCAAGAGGTTCCATTTCTATTATTAGATTGTTTATATCTTGA
1712 1712
ATGGTTTTTATGGCATCTATTTTTGTTAGATAGGGTT ATGGTTTTTATGGCATCTATTTTTGTTAGATAGGGTT
AGATTG CTAG G GC ATCTTTATCG GTATTTTG AC GCAATTCAT AGATTG CTAG GC ATCTTTATCG GTATTTTG AC GCAATTCAT
1713 1713
CAAAACTTCCCCAACGTGTTTTGTCTGCTGGAATTTCT CAAAACTTCCCCAACGTGTTTTGTCTGCTGGAATTTCT
ACACCTTCTTGTGCATTAACAGCCAAGCTTGCTAGCGAAAA ACACCTTCTTGTGCATTAACAGCCAAGCTTGCTAGCGAAAA
1714 1714
AACTGCTAATGAACCAGCAGTTATAATTTTTTTTTTCAT Les séquences des adaptateurs A (SEQ ID No.1 ), et B (SEQ ID No.2) ont été ajoutées à chaque extrémité des sondes en vue de l'amplification par PCR, conduisant à des sondes dont la séquence est du type « ATCGCACCAGCGTGT-N80-CACTGCGGCTCCTCA », où N80 correspond à la séquence spécifique de chacune des 4 sondes. Les sondes d'une longueur totale de 1 10 nucléotides ont été synthétisées sous forme d'ADN simple brin. Le promoteur T7 (SEQ ID No.3) a été ajouté en amont de l'adaptateur A par PCR avec le kit Platinium Taq DNA Polymerase High Fidelity (Invitrogen) en utilisant des amorces T7-A et B (SEQ ID No. 1715 et 1716) s'hybridant respectivement sur les Adaptateurs A et B (SEQ ID No. 1 et 2). Les produits PCR obtenus ont été purifiés avec le kit MinElute PCR purfication (Qiagen). Les sondes ARN simple brin biotinylées ont été synthétisées par transcription in vitro en utilisant le kit MEGAScript (Ambion) et des dUTP biotinylés (Tebu- Bio), et ont été purifiées avec le kit RNeasy plus (Qiagen). AACTGCTAATGAACCAGCAGTTATAATTTTTTTTTTCAT The sequences of adapters A (SEQ ID No.1), and B (SEQ ID No.2) were added to each end of the probes for PCR amplification, leading to probes whose sequence is of the type " ATCGCACCAGCGTGT-N80-CACTGCGGCTCCTCA ", where N80 corresponds to the specific sequence of each of the 4 probes. Probes with a total length of 1 10 nucleotides were synthesized as single-stranded DNA. The T7 promoter (SEQ ID No.3) was added upstream of adapter A by PCR with the Platinium Taq DNA High Fidelity Polymerase Kit (Invitrogen) using primers T7-A and B (SEQ ID No. 1715 and 1716) respectively hybridizing to Adapters A and B (SEQ ID Nos. 1 and 2). The PCR products obtained were purified with the MinElute PCR purfication kit (Qiagen). Biotinylated single-stranded RNA probes were synthesized by in vitro transcription using the MEGAScript kit (Ambion) and biotinylated dUTPs (Tebu- Bio), and were purified with the RNeasy plus kit (Qiagen).
Cl Préparation des banques de grands fragments d'ADN : Pour la construction de la banque, 4 μg d'ADN du mélange d'ADN de la communauté artificielle ont été fragmentés à une taille de 20 kb en utilisant le kit g-TUBE (Covaris). Les fragments d'une taille de 20 kb (+/- 4kb) ont été sélectionnés avec le système BluePippin (Sage Science) puis amplifiés en utilisant le Kit Illustra GenomPhi V2 DNA Amplification (ref 25-6600-32, GE Healthcare). Les fragments amplifiés d'une taille de 20 kb (+/- 4kb) ont à nouveau été sélectionnés avec le système BluePippin (Sage Science) pour obtenir une banque d'ADN de grands fragments de taille homogène. La qualité de la banque a enfin été évaluée par dosage de l'ADN au Qubit (Life Technologies) et migration sur puce Agilent DNA 12000 (Agilent Technologies). Cl Preparation of large DNA fragment libraries: For the construction of the library, 4 μg DNA of the DNA mixture of the artificial community was fragmented to a size of 20 kb using the kit g-TUBE (Covaris ). Fragments of a size of 20 kb (+/- 4kb) were selected with the BluePippin system (Sage Science) and then amplified using the Illustra GenomPhi V2 DNA Amplification Kit (ref 25-6600-32, GE Healthcare). Amplified fragments of 20 kb (+/- 4kb) size were again selected with the BluePippin (Sage Science) system to obtain a DNA library of large fragments of homogeneous size. The quality of the library was finally assessed by Qubit DNA assay (Life Technologies) and Agilent DNA 12000 Agile Migration (Agilent Technologies).
PI Hybridation et Capture : Pour réaliser l'hybridation, 3 μg de banque ont été mélangés à 2,5 μg d'ADN de sperme de saumon (Salmon Sperm DNA, sheared (ref AM9680, Ambion)) et dénaturés pendant 5 minutes à 95°C puis incubés pendant 5 minutes à 65°C. Au terme de l'incubation, 13μί de tampon d'hybridation (SSPE 10 mol/L, Denhardt's 10 mol/L, EDTA 10 m M, pH8 et SDS 0,2 %) puis 500 ng de sondes ARN biotinylées préchauffés à 65°C ont été ajoutés au mélange. Après 24 heures d'hybridation à 65°C, les complexes d'hybridation sonde/banque ont été capturés en utilisant 500 ng de billes magnétiques recouvertes de streptavidine (Dynabeads M-280 Streptavidin (ref 1 1205D, Life Technologies)) préalablement lavées trois fois avec 200 L de NaCI 1 M / TE 10mM. Les billes ont été lavées trois fois à température ambiante avec 500 μΙ_ de SSC 1X / SDS 0,1 %, puis trois fois à 65°C avec 500μΙ_ de SSC 0,1X / 0,1 % SDS préchauffé. Les fragments d'ADN capturés ont ensuite été élués avec 50μί de NaOH à 0,1 M. Après la sédimentation des billes, le surnageant contenant les ADN enrichis a été transféré dans un tube contenant 70μί de Tris-HCI à 1 M, pH 7,5. Les fragments d'ADN capturés ont ensuite été purifiés en utilisant le Kit Microcon DNA Fast Flow PCR Grade, Centrifugal Filters, Dual Cycle ΕΤ0 Treated (ref MRCF0R100ET, Merck Millipore) puis amplifiés en utilisant le Kit Illustra GenomPhi V2 DNA Amplification (ref 25-6600-32, GE Healthcare). Enfin, les fragments amplifiés d'une taille de 20 kb (+/- 4 kb) ont été sélectionnés avec le système BluePippin (Sage Science). El Séquençage des fragments d'ADN capturés PI Hybridization and Capture: To carry out the hybridization, 3 μg of the library were mixed with 2.5 μg of salmon sperm DNA (Salmon Sperm DNA, sheared (ref AM9680, Ambion)) and denatured for 5 minutes at 95 ° C. ° C and then incubated for 5 minutes at 65 ° C. At the end of the incubation, 13 μl of hybridization buffer (10 mol / L SSPE, Denhardt's 10 mol / L, 10 mM EDTA, pH 8 and 0.2% SDS) and then 500 ng of biotinylated RNA probes preheated to 65 ° C. C were added to the mixture. After 24 hours of hybridization at 65 ° C, probe / library hybridization complexes were captured using 500 ng of streptavidin-coated magnetic beads (Dynabeads M-280 Streptavidin (ref 1205D, Life Technologies)) previously washed three times. once with 200 L of 1 M NaCl / 10 mM TE. The beads were washed three times at room temperature with 500 μl of 1 × SSC / 0.1% SDS, then three times at 65 ° C. with 500 μl of 0.1 × SSC / 0.1% preheated SDS. The captured DNA fragments were then eluted with 50 μl of 0.1 M NaOH. After the sedimentation of the beads, the supernatant containing the enriched DNAs was transferred to a tube containing 70 μl of 1 M Tris-HCl, pH 7. 5. The captured DNA fragments were then purified using the Microcon DNA Fast Flow PCR Grade Kit, Centrifugal Filters, Dual Cycle ΕΤ0 Treated (ref MRCF0R100ET, Merck Millipore) and amplified using the Illustra GenomPhi V2 DNA Amplification Kit (ref. 6600-32, GE Healthcare). Finally, the amplified fragments of a size of 20 kb (+/- 4 kb) were selected with the BluePippin system (Sage Science). Sequencing of the captured DNA fragments
Les fragments d'ADN capturés ont été séquencés sur 1/4 de « run » de séquençage MiSeq 2x300 bp d'Illumina, après une étape préalable de construction de librairie de séquençage selon le protocole Nextera (Illumina) en accord avec les instructions du fabricant. The captured DNA fragments were sequenced on 1/4 of Illumina's MiSeq 2x300 bp sequencing run, after a prior step of constructing the Nextera (Illumina) sequencing library in accordance with the manufacturer's instructions. .
FI Traitement des données de séquençage Les lectures obtenues suite au séquençage des ADN enrichis ont été filtrées selon leur qualité en utilisant le script PRINSEQ-lite (Schmeider, Bioinformatics, 201 1 ). Ainsi, 5 166 235 paires de séquences ont été obtenues. Les lectures ont été assemblées de novo avec IDBA-UD v1 .1.2 (Peng, Bioinformatics, 2012). Les contigs obtenus ont ensuite été soumis à un deuxième assemblage en utilisant l'outil CAP3 (Huang, Génome Research, 1999). Les contigs portant le gène cible ont été identifiés par BLASTN (AltschuI, Journal of Molecular Biology, 1990) puis affiliés en utilisant BLASTN contre la base de génomes de référence (06/10/14) du NCBI. Enfin, les lectures ont été alignées avec Bowtie2 v2.1.0 (Langmead, Nature Methods, 2012) contre le génome de référence de C. glutamicum. FI Processing of the Sequencing Data The readings obtained following the sequencing of the enriched DNAs were filtered according to their quality using the PRINSEQ-lite script (Schmeider, Bioinformatics, 201 1). Thus 5 166 235 pairs of sequences were obtained. Readings were de novo with IDBA-UD v1.1.2 (Peng, Bioinformatics, 2012). The contigs obtained were then subjected to a second assembly using the CAP3 tool (Huang, Genome Research, 1999). Contigs carrying the target gene were identified by BLASTN (AltschuI, Journal of Molecular Biology, 1990) and then affiliated using BLASTN against the reference genome base (06/10/14) of NCBI. Finally, the readings were aligned with Bowtie2 v2.1.0 (Langmead, Nature Methods, 2012) against the reference genome of C. glutamicum.
Gl Résultats obtenus Gl Results obtained
La présente méthode a permis la reconstruction complète du gène ciblé de 2061 pb codant le gène pepO de F. psychrophilum mais aussi de ses régions flanquantes. En effet, un contig de 7,1 kb correspondant à une portion du génome de F. psychrophilum portant le gène d'intérêt a pu être reconstruit. Ceci a été rendu possible grâce à l'enrichissement ciblé du gène et des régions adjacentes qui représentent 10% des séquences alors que le génome de F. psychrophilum ne représentait initialement que 0.01 % de la communauté et que la région d'ADN reconstruite ne représentait que 0,00005% de toutes les séquences de la communauté microbienne. L'enrichissement de la séquence cible permettant la caractérisation du micro-organisme est donc de l'ordre de 200 000 fois. Ainsi, ce microorganisme pathogène à l'origine d'une mortalité massive chez ces espèces de salmonidés a pu être mis en évidence au sein de la communauté étudiée. Appliquée à des tissus de poisson contaminés, cette méthode pourra permettre la détection du pathogène de façon résolutive même si celui-ci est présent en de très faibles quantités. Appliquée à des échantillons d'eau douce, cette stratégie pourra permettre de détecter et identifier précisément F. psychrophilum parmi les communautés bactériennes présentes pour mettre en œuvre des stratégies de prévention adaptées, et ainsi diminuer l'occurrence de la flavobactériose ayant pour conséquence des pertes économiques importantes en pisciculture. The present method allowed the complete reconstruction of the targeted 2061 bp gene encoding the F. psychrophilum pepO gene but also its flanking regions. Indeed, a contig 7.1 kb corresponding to a portion of the genome of F. psychrophilum carrying the gene of interest could be reconstructed. This was made possible by the targeted enrichment of the gene and adjacent regions which account for 10% of the sequences whereas the genome of F. psychrophilum initially represented only 0.01% of the community and the reconstructed DNA region represented than 0.00005% of all sequences in the microbial community. The enrichment of the target sequence allowing the characterization of the micro-organism is therefore of the order of 200 000 times. Thus, this pathogenic microorganism causing massive mortality in these salmonid species could be highlighted in the community studied. When applied to contaminated fish tissue, this method can be used to detect the pathogen in a controlled manner even if the pathogen is present in very small quantities. Applied to freshwater samples, this strategy can detect and identify precisely F. psychrophilum among the bacterial communities present to implement appropriate prevention strategies, and thus reduce the occurrence of flavobacteriosis resulting in losses. important economic factors in fish farming.
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