INTRODUCCIÓN
El virus de la diarrea epidémica porcina (VDEP) está clasificado dentro del subgénero Pedacovirus del género Alphacoronavirus, familia Coronaviridae, Orden Nidovirales, es un virus envuelto, de genoma ARN de cadena simple y polaridad positiva (1). Este virus produce diarrea, vómitos y pérdida de peso en cerdos de todas las edades, pero en los cerditos neonatos alcanza una morbilidad y mortalidad de hasta el 100% (2). Hasta el año 2012 no se tenían registros de brotes de VDEP en el hemisferio occidental, ni en Australia. Hasta que en el 2013 se confirmaron numerosos brotes de cepas de este virus en Estados Unidos (EE.UU), las cuales tenían una similitud mayor al 99,5% con aislados de China (2, 3). Entre 2013 y 2014 fue diseminada por casi todos los estados y hacia Canadá y México, causando pérdidas millonarias en estos países (4).
El primer brote del VPED en Ecuador se diagnosticó mediante PCR en punto final (5) en el 2014 y fue notificado a la OMSA. Se determinó la alta identidad genética del aislado ecuatoriano con los aislados de EE. UU. y China (6). La enfermedad está controlada, pero se realiza el seguimiento epidemiológico de los brotes de diarrea porcina.
Existen otros virus que producen diarrea en el cerdo y dentro de la familia Coronaviridae se encuentran los virus del género Deltacoronavirus y otro del género Alphacorononavirus, como el virus de la gastroenteritis transmisible (GET), y es imposible realizar el diagnóstico etiológico de un brote de diarrea en cerdos mediante métodos clínico-epidemiológicos. Estos coronavirus porcinos comparten algunos epítopes antigénicos, por lo que los inmunoensayos deben diseñarse utilizando anticuerpos monoclonales específicos, de forma que eliminen las reacciones cruzadas. Los ensayos basados en la PCR detectan el ARN viral en las muestras clínicas rápidamente y con alta sensibilidad y especificidad, pues se pueden diseñar cebadores que tengan como diana zonas específicas del gen N dado que es conservado dentro de cada especie (7).
Como está documentado, el tipo salvaje cepas del VDEP aisladas de diferentes regiones/países alrededor del mundo han mostrado una considerable variación genética y en virulencia, lo que ha dificultado el diagnóstico correcto y retrasado la intervención para el control el brote (7, 8).
Por lo tanto, es de gran importancia desarrollar nuevos ensayos de diagnóstico con un amplio espectro de detección de las variantes genéticas del VDEP responsables de los brotes de diarrea.
El objetivo del presente trabajo fue desarrollar un ensayo ultrasensible, específico, rápido y que permita el procesamiento de un mayor número de muestras que el PCR en punto final, para detectar el ARN del VDEP en muestras de heces de cerdos.
MATERIALES Y MÉTODOS
Cebadores para PCR en tiempo real y PCR en gel del VDEP
Se diseñaron parejas de cebadores mediante el programa Primer 3Plus (9) a partir de la secuencia del gen N de la cepa OH851 del VDEP (No. de acceso a GenBank: KJ399978.1). Se diseñaron dos parejas de cebadores para el diagnóstico por PCR en tiempo real con SYBR Green y una pareja para la generación del estándar de ARN utilizado en la determinación del límite de detección. Los oligonuleótidos fueron sintetizados por MACROGEN en Seúl, Corea. La lista de cebadores utilizados en este estudio se describe en la Tabla 1 y el esquema de la posición en el gen N de los amplicones generados en la Figura 1.
Nombre | Secuencia 5´-3´ | Tamaño del amplicón (pb) |
---|---|---|
DEPNF397 | AGATTGTTGAACCTAACACA | 169 |
DEPNR565 | ATTATTATTGCCTCCTCTGT | |
DEPNF219 | GCATTTCTACTACCTCGGAACA | 338 |
DEPNR557 | CTCCACGACCCTGGTTATTT | |
DEPNF32 | GCAAACGGGTGCCATTATCC | 1201 |
DEPN1-1232R | TCAGATGGCACACCCACATC | |
DEPNF32 | GCAAACGGGTGCCATTATCC | 1230 |
DEPNR1232 T7 |
* Marcado en negrita la secuencia mínima del promotor de transcripción del fago T7
Generación del estándar de ARN
Para la generación del estándar de ARN se utilizó como molde, el aislado ecuatoriano Cotopaxi, 2014 (5). En la figura 1, se observa la posición nucleotídica del estándar en el gen N de la cepa OH851. La reacción de transcripción in vitro se llevó a cabo con el Kit MegaScript (Ambion), en un volumen de reacción de 20 µL a partir de 210 ng de DNA molde, incubando a 37°C durante 6 horas. El ARN obtenido fue purificado con el Kit RNeasy Mini (Qiagen) y almacenado a -70°C. La concentración del estándar de ARN fue determinada mediante Nanodrop 2000 (Thermo Scientific).
PCR en tiempo real basado en SYBR Green (qPCR-SYBR) y PCR en punto final
Tanto en el protocolo de la qPCR-SYBR Green en evaluación como en la PCR en punto final (10) se realizó la reacción de reverso transcripción separada de la de PCR, con la enzima M-MLV (Invitrogen) y siguiendo las indicaciones del fabricante. Se estandarizó el protocolo de la PCR en tiempo real utilizando el SYBR Green PCR Master Mix (Promega) siguiendo el protocolo del fabricante. Se determinó la concentración de los cebadores y el perfil térmico óptimos, seleccionando las condiciones en que no se formaban dímeros de cebadores y no aumentaba el valor del Ct. Se utilizó el equipo LightCycler 480 II Software 1.2 (Roche Applied Science, Mannheim, Alemania).
Para la PCR en punto final, se utilizó el Kit GoTaq Hot Start Polymerase (Promega) y los cebadores DEPNF219 y DEPNR557 (10) en concentración de 0,4 M. El producto de PCR fue visualizado en un gel de agarosa al 1.5 % teñido con SYBR Safe (Invitrogen) al 0,01 %.
Validación del ensayo PCR en tiempo real basado en SYBR Green
Para la evaluación de la sensibilidad analítica y la repetibilidad intra e inter ensayos se utilizaron diluciones del ARN estándar obtenido en diluciones seriadas 1: 10 que van desde 4x108 copias hasta 4x10-1copias de ARN. Las mismas diluciones del estándar se utilizaron para determinar el límite de detección de la RT-qPCR-SYBR y del PCR en punto final.
La especificidad del ensayo de RT-qPCR-SYBR establecido se evaluó utilizando el ARN de tres virus porcinos como el virus de la GET, peste porcina clásica (PPC) y del síndrome respiratorio reproductivo porcino (PRRS), los cuales se sometieron al análisis mediante el ensayo desarrollado. La evaluación de la especificidad se determinó a través de la temperatura de disociación determinando el pico de la curva disociación.
La repetibilidad intra y entre ensayos se evaluó realizando el ensayo de RT-qPCR-SYBR a cuatro diluciones del estándar, seleccionadas por sus valores de Cp bajos (19-22) y altos (28-33). Cada dilución se sometió a tres pruebas paralelas bajo las condiciones de amplificación optimizadas, y se calculó el coeficiente de variación de tres réplicas de la misma corrida y entre corridas efectuadas en tres días diferentes. por el mismo operador. La Desviación Estándar y el Coeficiente de Variación fueron calculados con el programa Microsoft Excel 2013.
Eficiencia diagnóstica
Se prepararon muestras de homogenado de raspado de la mucosa intestinal y el contenido intestinal de 49 porcinos enfermos con diarrea, preparados al 10% en solución salina tamponada con fosfato (PBS). El ARN de cada muestra fue extraído a partir de 200 µL de cada muestra, utilizando 500 µL del TRIzol (LIFE Technologies) y siguiendo las indicaciones del fabricante. El ARN precipitado se disolvió en 50 µL de H2O libre de nucleasa (Promega). El ARN de cada muestra fue evaluado por el ensayo de RT-qPCR-SYBR estandarizado. De estas muestras intestinales 18 eran positivas por PCR en punto final, considerándolas verdaderas positivas y el resto habían sido negativas.
RESULTADOS
Protocolo de PCR en tiempo real -SYBR Green optimizado
Las condiciones del protocolo del ensayo RT-qPCR-SYBR estandarizado fueron las siguientes:
La mezcla del PCR final contenía 0,4 µM de cada cebador, 2 µL de FastStart DNA Master SYBR Green I (3,2 µL de MgCl2, 25 mM) (concentración final de 5 mM), 5 µL del c-ADN molde; la temperatura óptima de alineamiento seleccionada fue de 58° C. El volumen de reacción fue de 20µL.
El perfil de temperatura optimizado fue: 95°C, 10:00; 45 ciclos (95°C, 0:15; 60°C, 1:00) y la generación de la curva de disociación 60°C a 95°C.
Sensibilidad analítica del ensayo de RT- PCR en tiempo real basado en SYBR Green
Se generó el estándar de ARN a partir de la cepa Cotopaxi 2014, con una concentración de 526 ng / µL (8.52 x 1011 copias de ARN / µL), con el cual se prepararon las diluciones de estándar para determinar la cantidad mínima de ARN que detecta el ensayo en evaluación.
Se obtuvieron las curvas de fluorescencia típica hasta la dilución 9 que corresponde a 4 copias de ARN (Figura 2 A). Por lo que el límite de detección del ensayo es de 4 copias de RNA por cada 5 µL de ARN añadidos en el paso de la reverso transcripción. Se obtuvo una línea recta en la curva estándar de Cp contra concentración (Figura 2 B), por lo que hay un aumento de la fluorescencia inversamente proporcional al número de copias de ARN en la muestra. El ensayo muestra que en todas las diluciones del estándar, el pico de la curva de disociación del producto de PCR se encuentra a una temperatura de 83°C (Figura 2 C).
Comparando con el límite de detección de la PCR en punto final se obtuvo que el producto de la PCR se podía visualizar (Figura 3) hasta el carril 4, que corresponde con el producto obtenido con la dilución de 4000 copias de ARN.
Especificidad analítica
La temperatura de disociación (Tm) de los productos generados en la PCR en tiempo real basado en SYBR Green, con los ARN de los virus PPC, PRRS y GET fue diferente a 83°C que es la Tm del producto de PCR de los primers DEPNF397 y DEPNR565 (Figura 4), por lo que el ensayo resultó ser específico para la detección del VDEP.
Repetibilidad intra e interensayo
En el experimento de repetibilidad intra ensayo el coeficiente de variación (CV) osciló entre 0,64% % y 1,06 % (Tabla 2) y en la evaluación inter ensayo estuvo entre 0,79 % y 1,07% (Tabla 3). Se observó una variación un poco mayor cuando las muestras tenían poco ARN. Estos datos indicaron que el ensayo fue repetible con baja variabilidad.
Los valores del coeficiente de varianza (CV) mostrados en el análisis intra ensayo son aceptables y dentro de un rango estimado. Se estima valores de CV menores a 1 % cuando la cantidad de DNA inicial está entre 100 y 100 000 copias, y valores mayores a 1 % para menos de 100 copias. Además, se conoce que los CV aumentan en pruebas inter ensayo (11).
Cp* | ||||
---|---|---|---|---|
Copias ARN | Réplica 1 | Réplica 2 | Réplica 3 | CV (%) |
(4. 1002) | 31.89 | 32.32 | 32.48 | 0.93 |
(4. 1003) | 28.97 | 29.58 | 29.20 | 1.06 |
(4. 1005) | 21.76 | 21.97 | 22.03 | 0.64 |
(4. 1006) | 20.01 | 19.68 | 19.99 | 0.96 |
Cp= Ciclo umbral (Crossing point)
Eficiencia Diagnóstica
Los resultados del ensayo de RT- PCR en tiempo real-SYBR Green coincidieron al 100%, con la RT - PCR en punto final. Se detectó el ARN de DEP mediante el ensayo estandarizado en las 18 muestras verdaderas positivas de animales enfermos de diarrea epidémica porcina del total de 52 muestras analizadas. El resto (34 muestras) fueron negativas por ambas técnicas.
DISCUSIÓN
La variabilidad genética del gen S entre cepas de virus DEP de diferentes países, origen y año de aislado (12, 13), hacen que no sea una diana recomendable para el diseño de cebadores para el diagnóstico directo del VDEP en muestras clínicas. Se seleccionó como diana de la PCR en tiempo real al gen N, pues esta región genómica es relativamente más conservada dentro de la misma especie viral que los genes de las otras proteínas estructurales del virus a pesar de que se conoce que los virus ARN de cadena simple tienen una alta tasa de mutación (14). Además, el ARNm que codifica para la proteína N del virus es más abundante en las células infectadas (15). Los cebadores se diseñaron a partir de la secuencia del gen N de la cepa OH851 del VDEP de EE.UU. (16), debido a la similitud genética del gen S de esta cepa con el aislado ecuatoriano Cotopaxi 2014 (6).
Se conoce que la principal ventaja de la PCR en tiempo real, en cualquiera de sus formatos, es su mayor sensibilidad frente al PCR en punto final, el ensayo de PCR en tiempo real estandarizado detecta hasta 4 copias del ARN del VDEP, 1000 veces menor que la PCR convencional. Esto se traduce en una mayor posibilidad de hacer un diagnóstico temprano de la enfermedad. Otra ventaja es que posibilita la cuantificación de la carga viral a través del número de copias de ARN del virus que se encuentran presentes en la muestra (7). Otros ensayos de PCR en tiempo real basados en SYBR Green precedentes, tuvieron un límite de detección más alto:103 copias (17), 3.46×101 (18) y 10 copias (19) de ADN plasmídico utilizado como estándar. Estos resultados no son comparables con los del presente estudio, donde en la determinación de la sensibilidad de la prueba, está incluida la reacción de reverso-transcripción, lo que es un requisito para determinar la sensibilidad de la PCR de diagnóstico de un virus de genoma ARN, pues la reacción de transcripción reversa influye en la sensibilidad (20). El estándar de ARN obtenido, posibilitó determinar la mínima cantidad de ARN del VDEP en la muestra que el ensayo es capaz de detectar.
Los ensayos de PCR en tiempo real que se han documentado para el diagnóstico del VDEP están basados en sondas TaqMan principalmente (7), pero también se ha usado SYBR Green (17-19). La ventaja principal de estos ensayos de PCR en tiempo real, es que puede detectar el ARN del VDEP con alta sensibilidad y especificidad en cualquier muestra de origen fecal. Las células diana de la infección del VDEP son los enterocitos del intestino delgado y del colon del cerdo, por lo que el ARN viral está presente en los tejidos intestinales y las heces durante 2 a 15 días, aunque puede extenderse por 49 días (8). Aunque cada método tiene claras ventajas en la presentación de resultados, las sondas TaqMan tienen una alta especificidad, pero esto a pesar de ser una ventaja, también resulta una desventaja pues, en el caso que haya una variación genética en la zona diana de la sonda, da lugar a falsos negativos.
Se eligió un ensayo de PCR en tiempo real con SYBR Green debido a su sencillez y que no conlleva la utilización de una sonda, por lo que tiene la capacidad de detectar diferentes variantes genéticas, además porque brinda la posibilidad de utilizar el análisis de las curvas de disociación, lo que le proporciona un mayor nivel de especificidad, al poder determinar que la fluorescencia es emitida por el amplicón específico (21), como se comprobó durante la validación del ensayo desarrollado.
Se estandarizó el ensayo realizando la reacción de transcripción reversa y la PCR en tiempo real en dos reacciones separadas, aunque se alarga en 1 hora el tiempo de obtener los resultados, tiene la ventaja de que si el resultado de la prueba es negativo, el ADN complementario obtenido usando random hexámeros, puede ser utilizado para el diagnóstico de otros coronavirus que producen diarrea en el cerdo como el virus de la GET (1), Delta coronavirus (22) y del virus del síndrome de la diarrea aguda porcina (SADCoV) que pertenece al subgénero Sarbecovirus (23). Este ADN complementario se podría utilizar incluso para el diagnóstico de estos virus por PCR en punto final.
Hay que señalar que en general se busca aumentar la rapidez en la emisión de los resultados y la tendencia a nivel internacional es desarrollar sistemas de diagnóstico por PCR en tiempo real y en formato multiplex, pero también son más costosos y en el diagnóstico veterinario en los países en vías de desarrollo, solo se justifica su uso en una enfermedad de alto impacto económico y bajo programa de vigilancia (24, 25).
En la determinación de la eficacia diagnóstica la prueba desarrollada detectó el VDEP en todas las muestras verdaderas positivas.
CONCLUSIONES
Se desarrolló un protocolo de PCR en tiempo real basado en SYBR Green para la detección del VDEP, que además permite la cuantificación del número de copias genómicas. Este ensayo puede detectar de forma sensible la presencia del VDEP en muestras intestinales de cerdos, lo que apoya su uso como un método de vigilancia rápido y fiable para diagnosticar la diarrea epidémica porcina.