동시 정량을위한 이중 디지털 PCR 분석<em> 엔테로 종.</em>과 바다에서 인간 방패 관련 HF183 마커
Summary
이 원고를 동시에 엔테로 종을 정량화하는 데 사용할 수있는 이중 디지털 PCR 분석. 레크리에이션 바다에서 일반과 인간의 관련 분변 오염의 지표로 HF183 유전자 마커를 설명합니다.
Abstract
이 원고는 엔테로 종의 동시 정량. 인간 배설물 관련 HF183 마커에 대한 이중 디지털 PCR 분석 (EntHF183 dPCR)에 대해 설명합니다. EntHF183 이중 dPCR (EntHF183 dPCR로 함 이에 관해서) 분석은 공개 된 개별 정량 PCR (qPCR에) 대응과 같은 프라이머 및 프로브 시퀀스를 사용합니다. 마찬가지로, 이전 qPCR에 대해 수행과 같은 물 여과 및 DNA 추출 절차는 dPCR를 실행하기 전에 다음에 있습니다. 그러나, 이중 dPCR 분석은 qPCR에 분석을 통해 몇 가지 장점이 있습니다. 가장 중요한 dPCR 분석은 대상의 직접 정량화하여, 따라서 표준 곡선을 실행에 대한 필요성, 관련 바이어스 및 가변성을 제거합니다. qPCR에있는 (즉, 동시 정량) 엔테로 및 HF183를 양면 인쇄하는 동안뿐만 아니라, 종종 샘플 덜 풍부한 대상의 심각한 과소 평가로 연결, dPCR 두 목표의 일관성 정량을 제공하며, 자극그녀는 동일한 반응을 개별적으로 또는 동시에 정량. dPCR 분석도 qPCR에 의해 용인보다 높은 크기 1 ~ 2 오더이다 PCR 억제제의 농도를 허용 할 수있다. 그것은 동시에 두 개의 별도 qPCR에 분석을 실행할 필요없이 환경 바다에서 모두 일반과 인간의 관련 분변 오염에 대한 정확하고 반복 가능한 정보를 제공하기 때문에 이러한 장점은 EntHF183 dPCR 분석이 특히 매력적. qPCR에 이상 장점에도 불구하고, 현재 사용 가능한 장비와 dPCR 분석의 상부 정량 한계는 약 qPCR에 의한 달성보다 낮은 크기의 네 주문이다. 따라서, 희석 등의 일반적으로 하수 유출이 관찰 된 것과 대상 생물의 높은 농도의 측정을 위해 요구된다.
Introduction
들이보다 빠르고 유연하고 전통 문화 기반 방법에 비해 특정한 때문에 정량적 PCR (qPCR에) 방법이 널리 오락 수질 모니터링 및 미생물 소스 추적 애플리케이션에 사용되어왔다. 따라서, qPCR에이 같은 엔테로 종으로 일반 배설물 지표에 대한 신속한 물 모니터링 결과를 달성하는 것이 좋습니다. 개정 USEPA 레크리에이션 수질 기준 1. 대부분의 qPCR 분석은 개발 환경이 물에 분변 오염의 소스를 식별하기위한 검증되었다. 이들 중에서도 HF183 마커 분석은 가장 자주 인간 분변 오염 연관된 3 식별하는데 사용들이다.
그들이 정량 표준 곡선에 의존하기 때문에, qPCR의 결과는 종종 편향 될 수있다. qPCR에는 스탠에서 자신의 정량주기 (Cq와)를 보간하여 샘플 대상의 알 수없는 농도를 정량화Cq와와 직렬로 희석 된 표준 세트의 로그 양 사이에 선형 관계를 설명 바 닥 곡선. 안정적이고 일관된 표준 참조 물질의 부족 때문에 크게 qPCR에 결과를 바이어스 할 수 있습니다. 연구 qPCR의 결과가 서로 다른 공급 업체의 4에서 약 절반 로그 사용 기준에 차이와 같은 공급 업체 5 표준의 다른 배치를 사용하여 2 배에 의해 것으로 나타났다.
디지털 PCR (dPCR) 기술은 균일 한 나노 리터 또는 피코 리터 반응 6 수천 또는 수백만 벌크 qPCR의 분할에 의해 생성 된 소형 PCR들의 다수의 긍정의 빈도를 카운트하여 미지 시료를 정량화한다. 파티션이 물 유 방울 (즉,이 문서) 또는 칩에 작은 챔버 경우 그것은 각각 (즉,이 문서) 방울 디지털 PCR 또는 챔버 디지털 PCR로 언급된다. 높은 샘플 농도는 대상 DNA의 존재를 야기 할파티션의 높은 비율 (따라서 긍정적 인 PCR), 포아송 분포로 근사 관계. 이와 같이, 이진 결과 (양 또는 음 PCR)이 기록되어 포지티브 액적 주파수 qPCR에 같이 표준 곡선에 대한 필요성을 제거 직접 포아송 근사 통해 미지의 샘플 농도를 계산하는데 사용된다.
디지털 PCR 정량이 진 본성은 qPCR에 7 위에 추가 이점을 제공한다. 지연 증폭 여전히 양성 PCR을 수득 할 수 있기 때문에, dPCR 정량화는 증폭 효율을 감소 억제에 대해 더 강력하다. qPCR에 8 ~ 10에 비해 dPCR 높은 정밀도로 이어지는, qPCR에있다 마찬가지로, dPCR 정량이 된 CQ 값의 변동에 의해 영향을받지 않습니다.
또한, 분할 프로세스는 효과적으로 amplificatio 동안 (기판의 경쟁을 최소화하는 각 방울에 타겟 DNA에 존재하는 매우 소량 보장qPCR에에 (즉, 분석이 동시에 두 개의 DNA 목표를 측정) 양면 인쇄를 달성하기위한 일반적인 장애물 서로 다른 DNA 대상)의 n은. 따라서, 양면 또는 단면에 실행 (즉 하나의 대상이 하나의 분석에서 측정) 여부를 dPCR 모두 대상 7,11의 거의 구별 정량을 생산하고 있습니다.
이 문서에서 설명하는 디지털 PCR 분석 (EntHF183 dPCR)의 목표는 일반 배설물 표시 엔테로 종의 동시 직접 정량화를 얻을 수 있습니다. 향상된 정밀도, 재현성 및 억제에 대한 견고성과 인간 배설물 관련 HF183 마커는 qPCR에 비교 대응. 이 분석은 성공적 환경 담수, 해수 및 각종 분뇨 7 분변 오염의 정량을 위해 사용되었지만, 또한 물 및 폐수의 다른 유형에도 적용될 수있다. 이 분석은 때문에 그것을 퇴적물 또는 토양 분석을위한 큰 약속을 보유하고억제에 높은 내성을이야,하지만 억제제는 샘플의 이러한 종류의 혼합의 추가 시험 때문에 복잡성 요구된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜에서 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 마스터 믹스 종래 qPCR의 마스터 믹스보다 점성이기 때문에 먼저, 분석 혼합물의 혼합은 어렵다. 간단한 텍싱 차례로 분석 혼합물에이어서 방울에 DNA 템플릿의 비 균일 한 분포로 연결 불충분 한 혼합, 발생할 수 있습니다. 프로토콜에 설명 된 혼합 별 피펫 팅 기술은 정확한 dPCR 정량을 보장하기 위해 따라야합니다. 둘째, 물방울이 균일 한 형태와 크…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| Low Bind Microtubes | Costar | 3207 | For storage of reagents, samples/production of master mixes |
| Nuclease Free Water | FisherSci | BP2484-50 | |
| TE pH 8 buffer | FisherSci | BP2473-100 | |
| Hardshell 96 Well Plate | BioRad | HSP-9601 | For initial master mix and sample inoculation |
| Aluminum Sealing Film | BioRad | 359-0133 | To seal sample plate |
| Droplet Generator | BioRad | 186-3002 | |
| Droplet Generation Oil | BioRad | 186-3005 | |
| Cartridge | BioRad | 186-4008 | |
| DG8 Cartridge Holder | BioRad | 186-3051 | |
| Gasket | BioRad | 186-3009 | |
| 20uL pipet tips | Rainin | GP-L10F | For tansferring sample/master mix to cartidge |
| 200uL pipet tips | Rainin | GP-L200F | For transferring droplets to final Twin.Tec Plate |
| Twin.Tec 96 Well Plate | Eppendorf | 951020320 | For final droplets thermal cycling and reading |
| Pierceable Heat Seal Foil | BioRad | 181-4040 | To seal Twin.Tec plate before thermalcycling |
| PX1 PCR Plate Sealer | BioRad | 181-4000 | Only the thermal cycler is needed, no optics |
| CFX96 Thermalcycler | BioRad | CFX96 and C1000 | |
| QX100 Droplet Reader | BioRad | 186-3001 | |
| Droplet Reader Oil | BioRad | 186-3004 | |
| Droplet PCR Supermix | BioRad | 186-3024 | i.e. the digital PCR mix in manuscript |
| QuantaSoft software (v1.3.2) | Quantasoft | QX100 | For viewing, analyzing, and exporting ddPCR data |
| Entero Forward Primer (Ent F1A) | Operon | GAGAAATTCCAAACGAACTTG | Alternative vendor can be used |
| Entero Reverse Primer (Ent R1) | Operon | CAGTGCTCTACCTCCATCATT | Alternative vendor can be used |
| Entero Probe (GPL813TQ) | Operon | [6-FAM]-TGG TTC TCT CCG AAA TAG CTT TAG GGC TA-[BHQ1] | Alternative vendor can be used, but the florophore has to be FAM |
| HF183 Forward Primer (HF183-1) | Operon | ATCATGAGTTCACATGTCCG | Alternative vendor can be used |
| HF183 Reverse Primer (BthetR1) | Operon | CGTAGGAGTTTGGACCGTGT | Alternative vendor can be used |
| HF183 Probe (BthetP1) | Operon | [6-HEX]-CTGAGAGGAAGGTCCCCC ACATTGGA-[BHQ1] |
Alternative vendor can be used, but the florophore has to be HEX (if using VIC, then the appropriate matric compensation must be chosen. |
| Positive control | Mixture of E.faecalius genomic DNA and HF183 standard plasmid (ordered from IDT). For detailed methods in culturing E. faecalius and sequences of the ordered HF183 plasmid, please see Cao et al 2015 (doi:10.1016/j.watres.2014.12.008). Commercilaly available Enterococcus DNA standards (ATCC 29212Q-FZ) can also be used in the positive control in place of lab-prepared E. faecalis genomic DNA. |
References
- Boehm, A. B., et al. Performance of forty-one microbial source tracking methods: A twenty-seven lab evaluation study. Water Res. 47 (18), 6812-6828 (2013).
- Layton, B. A., et al. Performance of human fecal anaerobe-associated PCR-based assays in a multi-laboratory method evaluation study. Water Res. 47 (18), 6897-6908 (2013).
- Cao, Y., et al. Effect of platform, reference material, and quantification model on enumeration of Enterococcus by quantitative PCR methods. Water Res. 47 (1), 233-241 (2013).
- Sivaganesan, M., Siefring, S., Varma, M., Haugland, R. A. MPN estimation of qPCR target sequence recoveries from whole cell calibrator samples. J. Microbiol. Methods. 87 (3), 343-349 (2011).
- Huggett, J. F., et al. The Digital MIQE Guidelines: Minimum Information for Publication of Quantitative Digital PCR Experiments. Clin. Chem. 59 (6), 892-902 (2013).
- Cao, Y., Raith, M. R., Griffith, J. F. Droplet digital PCR for simultaneous quantification of general and human-associated fecal indicators for water quality assessment. Water Res. 70, 337-349 (2015).
- Sanders, R., Huggett, J. F., Bushell, C. A., Cowen, S., Scott, D. J., Foy, C. A. Evaluation of Digital PCR for Absolute DNA Quantification. Anal. Chem. 83 (17), 6474-6484 (2011).
- Whale, A. S., et al. Comparison of microfluidic digital PCR and conventional quantitative PCR for measuring copy number variation. Nucleic Acid Res. 40 (11), 82-89 (2012).
- Hindson, C. M., et al. Absolute quantification by droplet digital PCR versus analog real-time PCR. Nature Methods. 10 (10), 1003-1005 (2013).
- Morisset, D., Štebih, D., Milavec, M., Gruden, K., Žel, J. Quantitative analysis of food and feed aamples with droplet digital PCR. PLoS One. 8 (5), e62583 (2013).
- Cao, Y., et al. Evaluation of molecular community analysis methods for discerning fecal sources and human waste. Water Res. 47 (18), 6862-6872 (2013).
