肉眼直接观察法
Lamp反应能产生大量的扩增产物即焦磷酸镁白色沉淀,这些沉淀可以通过肉眼直接观察。
1-6分别是1.5× 1010 copies/tube,
1.5× 108 copies/tube,1.5× 106 copies/tube,
1.5× 104 copies/tube,
1.5× 102 copies/tube,1.5copies/tube。
7-8为阴性对照
受颜色的影响,肉眼观察太主观,后面产生了用浊度仪检测浊度的方法,同时还有电泳法、比色法及实时定量的方法。
浊度仪实时定量法
通过浊度仪检测,能实时监控反应过程。浊度仪检测是通过检测沉淀物的生成,从而达到实时检测的目的,但是非特异性扩增及二聚体产生也会导致沉淀物的变化,最终导致浊度检测出现偏差[1]。
比色法
比色法是通过添加荧光染料(例如SYBR Green I、EvaGreen和小檗碱等)或者一些荧光指示剂(例如钙黄绿素、羟基萘酚蓝等)来判断。
荧光染料(如SYBR Green I)遇到DNA 双链,就会与DNA 双链的小沟相结合,从而发出强烈荧光。在Lamp 反应过程中,不断有产物生成,荧光强度随着产物增加而增加。在自然光下,有扩增一般由橙色变为黄绿色,在UV条件下,能看到强烈荧光。也可以用能记录荧光的仪器(例如荧光定量仪)来进行这个实验,仪器会把荧光增量记录下来,从而实现实时检测。
荧光染料检测原理图
荧光染料检测结果图
反应管在自然光下由橙色变成黄绿色,对照管不变;在紫外下,能看到强烈荧光,对照管有微弱荧光。
钙黄绿素本身是一个能发荧光的物质,当Mn2+存在时,会抑制钙黄绿素发出的荧光,因而初始体系中,是不发荧光或者微弱荧光。而当Lamp 反应时,会产生焦磷酸根离子,焦磷酸根离子就会和钙黄绿素竞争Mn2+,从而产生焦磷酸锰沉淀。钙黄绿素脱离Mn2+抑制后,便与体系中Mg2+ 结合,从而发出荧光。
钙黄绿素检测原理图(doi:10.1017/S1466252315000018)
钙黄绿素检测结果图
扩增结束后,反应管呈现黄绿色,阴性对照呈现橘黄色,在紫外条件下反应管能看到明显的荧光,对照管比较微弱(上图1-3为反应管,4-6为阴性对照)
HNB与镁离子结合使得反应体系初始颜色为紫罗兰色,随着反应的进行,Mg2+与析出的焦磷酸根离子反应生成焦磷酸镁沉淀,羟基萘酚蓝失去了镁离子,使得体系颜色变为天蓝色,而未反应的体系则仍保持着紫罗兰色。
HNB检测原理图[2]
HNB检测结果图
从左至右依次浓度是10ng、1ng、100pg、10pg、1pg、100fg、10fg、1fg及阴性(10.3389/fmicb.2021.720485)
利用荧光定量的仪器来实时检测荧光信号的变化,跟实时荧光定量PCR一样,分为染料法和探针法,染料法检测原理与实时荧光定量PCR一样,利用荧光染料嵌合在DNA双链发光的性质来达到目的。
探针法原理跟实时荧光定量PCR完全不同,这里主要讲探针法LAMP原理。
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QProbes(淬灭探针)
众所周知,G碱基对荧光有淬灭作用,该探针就是利用这个特性,设计时使得3端最后一个碱基为C,然后在这个C碱基上修饰一个荧光集团,当探针与模板结合时,荧光集团与G碱基距离拉近,从而达到淬灭效果(如下图)。
KazuyaShirato[3]等利用这个特性设计淬灭探针,然后开发了一种用于检测MERS-CoV的逆转录环介导等温扩增(RT-LAMP)测定,在该过程中设计了两组引物及探针分别针对该病毒的靶向核衣壳(N基因)和ORF1a序列,数据表明这两个引物组都能够检测到与现有基因诊断方法相同水平的MERS-CoVRNA,并且两者都具有高度特异性,没有观察到与其他呼吸道病毒的交叉反应。这些引物组在扩增源自不同MERS-CoV毒株(包括骆驼MERS-CoV)的靶序列方面非常有效。此外,QProbeRT-LAMP 的检测效果与使用沙特阿拉伯患者临床标本的实时RT-PCR检测的检测效果相当。总之,这些结果表明,此处描述的QProbeRT-LAMP 检测可用作快速检测和监测MERS-CoV感染的强大诊断工具。
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释放淬灭探针
DARQLAMP利用分子拉链设计,该方法利用与一个淬灭内引物杂交形成双链体的探针,一旦聚合酶遇到双链体,探针就会被置换并产生荧光信号。利用这种双链体靶向内引物代替环引物,该方法可用于四引物和六引物LAMP系统[4]。
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参考文献
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Kazuya Shirato. Detecting amplicons of loop‐mediated isothermal amplification. Microbiol Immunol. 2019 Oct; 63(10): 407–412.
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Karanth Padyana Anupama. Rapid visual detection of Vibrio parahaemolyticus in seafood samples by loop-mediated isothermal amplification with hydroxynaphthol blue dye. World J Microbiol Biotechnol. 2020 May 10;36(5):76. doi: 10.1007/s11274-020-02851-0.
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Kazuya Shirato ect. Development of fluorescent reverse transcription loop-mediated isothermal amplification (RT-LAMP) using quenching probes for the detection of the Middle East respiratory syndrome coronavirus, J Virol Methods. 2018 Aug;258:41-48. doi:10.1016/j.jviromet.2018.05.006.
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Imaly A Nanayakkara. Demonstration of a quantitative triplex LAMP assay with an improved probe-based readout for the detection of MRSA. Analyst . 2019 Jun 21;144(12):3878-3885.
doi: 10.1039/c9an00671k.Epub 2019 May 22.