WO2001007648A1 - Method for the species-specific detection of organisms - Google Patents

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WO2001007648A1
WO2001007648A1 PCT/EP1999/005234 EP9905234W WO0107648A1 WO 2001007648 A1 WO2001007648 A1 WO 2001007648A1 EP 9905234 W EP9905234 W EP 9905234W WO 0107648 A1 WO0107648 A1 WO 0107648A1
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eukaryotes
prokaryotes
kit
primers
seq
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Guido Krupp
Peter Scheinert
Rainer SÖLLER
Ulrich Spengler
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Artus Gesellschaft für molekularbiologische Diagnostik und Entwicklung mbH
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    • C12Q1/689Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for bacteria
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    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/156Polymorphic or mutational markers

Definitions

  • the present invention relates to methods for the species-specific detection of prokaryotes and eukaryotes and to kits for carrying out these methods.
  • the invention relates to a method for the species-specific detection of sepsis pathogens.
  • Prokaryotes - ribosomal DNA includes sequences for:
  • Eukaryotes - ribosomal DNA includes sequences for:
  • the lengths of the rRNA spacers are extremely variable and within a well-defined group of microorganisms, e.g. Mycoplasmas, length alone is a suitable means of classifying microorganisms in this group (e.g. mycoplasmas) and can also be used in part to identify individual species within this group.
  • a secondary length differentiation is generally necessary after a defined restriction enzyme treatment of the amplified spacers. After gel electrophoretic separation and hybridization with species-specific oligonucleotide probes, the individual species within a group of microorganisms result in a characteristic band pattern.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for the detection of organisms (prokaryotes and eukaryotes), e.g. in selected biological samples, which is easy to use and suitable for routine use in medical laboratories.
  • the method should also have a high degree of specificity in relation to a very large number of excitation groups, it being possible to distinguish between individual species within these groups in a simple, experimentally uncomplicated and inexpensive manner.
  • the invention thus relates to a method for the species-specific detection of prokaryotes or eukaryotes with the aid of nucleic acid amplification techniques, in which, first of all, the prokaryotes or eukaryotes to be detected are enriched, concentrated and / or increased in a biological sample / or the DNA present in the biological sample is isolated and / or enriched.
  • the DNA is amplified using a nucleic acid amplification technique (NAT), in which a region of the DNA is amplified using amplification primers which contain the sequences conserved for the organisms in question. fected, which is flanked by the conserved sequences.
  • NAT nucleic acid amplification technique
  • NAT nucleic acid amplification techniques
  • a sequencing primer is added to the (isolated) amplificates, which hybridizes with a region within the amplified sequences which is conserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected.
  • the sequencing primer of this process stage referred to as "mini-sequencing" is chosen so that different elongates are obtained for the prokaryotes or eukaryotes to be detected if chain termination polymerization is carried out in which 1, 2 or 3 of the four possible deoxyribonucleoside triphosphates are carried out (dNTPs) or one of the four possible dNTPs is replaced by a chain termination deoxyribonucleoside triphosphate (chain termination NTP).
  • dNTPs deoxyribonucleoside triphosphates
  • chain termination NTP chain termination deoxyribonucleoside triphosphate
  • one or more further sequencing primers are then used which hybridize / hybridize with a region / regions within the amplified sequences which are / are conserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected, the further / further sequencing primer (s) being selected such that different elongates are obtained for the prokaryotes or eukaryotes to be detected if chain termination polymerization is carried out using 1, 2 or 3 of the four possible dNTPs or of the four possible dNTPS one replaced by a chain termination NTP.
  • the sequencing primers used in chain termination polymerization are preferably 15 to 30 nucleotides in length.
  • chain termination NTPs chain terminators
  • chain terminators come e.g. Dideoxy-ribonucleoside triphosphates (ddNTPs), 3 'O-methyl-NTPs, 3' -A ino-NTPs and the like in question.
  • the method can be carried out using several sequencing primers by replacing one of the four possible dNTPs with a chain terminating NTP (for example ddA) in the chain termination reaction, the polymerization being carried out in the simultaneous presence All sequencing primers are carried out, the sequencing primers each bearing different markings in order to make it possible to differentiate the elongates.
  • ddA chain terminating NTP
  • the length of the elongates can be determined by methods known to those skilled in the art, e.g. using electrophoretic methods, by mass spectrometric detection or e.g. by fluorescence correlation spectroscopy (FCS) or comparable methods.
  • FCS fluorescence correlation spectroscopy
  • Suitable markings e.g. Fluorescence labels or labels differing in their mass are well known to the person skilled in the art.
  • the primer elongates are detected by mass spectroscopy, using MALDI-TOF spectrometry (Matrix-assisted laser desorption ipnization time of flight spectrometry (MALDI-TOF spectrometry), cf. for example Fu et al., Nature Biotechnol .16 (1998) 381-384)) has proven to be particularly advantageous, which allows detection of up to 2000 nucleotides or more.
  • MALDI-TOF spectrometry Microx-assisted laser desorption ipnization time of flight spectrometry
  • multiplex analysis is advantageous, ie the simultaneous analysis of the elongation products of several sequencing primers with different target sequences.
  • the elongation reactions with differently labeled sequencing primers are carried out either in one reaction vessel using a single terminator (alternative A) or in different reaction vessels using different terminators (alternative B), alternative B combining the products of the (parallel) elongation reactions for the analysis become.
  • the necessary differentiation of the elongation products is possible by marking the oligonucleotides dress with:
  • the method according to the invention is not subject to any methodological restrictions on a specific group of organisms.
  • the only prerequisite for reliable (re) recognition and organism differentiation is that the target sequences (e.g. rRNA, rDNA) of the organisms to be detected are known.
  • the inventive method of organism determination based on universal, i.e. Sequences that are essential in all organisms (such as ribosomal sequences) are therefore suitable for the differential detection of defined groups of organisms of all types of prokaryotes and eukaryotes (bacteria, fungi, plants and animals).
  • prokaryotes Representatives of the group of Bacteria and Archeae understood and included all species that fall under these groups.
  • eukaryotes includes both unicellular and multicellular organisms, such as, for example, amoebas, trypanosomes, plasmodia, yeasts, single and multicellular parasites, and also plants and animals, all species falling under these groups being included.
  • variable sequences flanked by conserved regions that are essential in all (to be detected) organisms can be considered as target sequences in the context of the present invention.
  • variable rDNA sequences including rRNA spacers as target sequences.
  • other species-specific genes or gene segments can also be assumed, e.g. of the cytochrome b gene from mitochondria (cf. Irwin et al., J. Mol. Evol. 32 (1991) 128-144), which can serve for the species-specific detection of eukaryotes.
  • the method according to the invention can be used in a wide variety of areas.
  • Fisheries e.g. spot checks when checking fishing quotas
  • food controls e.g. spot checks when checking fishing quotas
  • the method of the present invention can be used universally, e.g. to clarify the question of which pathogens (groups) are present when a specific disease symptom is observed.
  • the causes of the following medically relevant disease symptoms can be determined using the method according to the invention:
  • Fever as a result of bacterial (sepsis), parasitic (eg malaria) or fungal pathogens (eg candida) in the blood; Inflammation of the brain or meninges, ie headache, stiff neck, loss of consciousness due to bacterial (meningococcal, Haemophilus influenza, pneumococcal, tubercle bacilli, E. coli, Listeria monocytogenes), parasitic (e.g. toxoplasmosis) or fungal infections (e.g. cryptocansoc) infections c ;
  • Respiratory tract infections i.e. Cough, expectoration, shortness of breath etc. due to bacterial (e.g. pneumococcal, chlamydia, mycoplasma), parasitic or fungal infections (e.g. Pneumocystis carinii);
  • bacterial e.g. pneumococcal, chlamydia, mycoplasma
  • parasitic or fungal infections e.g. Pneumocystis carinii
  • Infections of the eye i.e. watery eye, possibly pus, cloudy vision, etc.
  • a number of bacterial e.g. chlamydia, gonorrhea, Staphylococcus aureus
  • parasitic pathogens e.g. Toxoplasma gondii, Onchocerca volvulus etc.
  • bacterial e.g. Salmonella, Yersinia, Campylobacter, E.coli, vibrions, clostridia, Bacillus
  • parasitic e.g. amoeba, Giardia, Cryptosporidia
  • fungal infections Candida
  • Pain during micturition, hematuria etc. as a sign of a urinary tract infection e.g. caused by E. coli, staphylococci, other Enterobacteriaces such as Proteus mirabilis as bacterial pathogen, Candida as fungus representative, or schistosomes as parasitic pathogen.
  • This group also includes primarily sexually transmitted agents, e.g. Chlamydia, gonorrhea, syphilis, mycoplasmas etc .;
  • Skin infections ie reddening of the skin, itching of the skin, blistering etc. attributable to fungal infections with dermatophytes such as Trichophyton, Epidermophyton and Microsporon, bacterial infections (eg Staphylococcus aureus or Steptococcus pyogenes) or parasitic diseases, e.g. Leishmania.
  • dermatophytes such as Trichophyton, Epidermophyton and Microsporon
  • bacterial infections eg Staphylococcus aureus or Steptococcus pyogenes
  • parasitic diseases e.g. Leishmania.
  • pathogens can be detected in a species-specific manner, as a result of which more targeted and thus often fewer side effects treatments are made possible than in the case of broader therapies.
  • biological samples are understood to mean all types of samples in which a limited, well-defined group of procarotes or eukaryotes to be detected can be present.
  • the biological sample may e.g. blood, stool, smears etc. (e.g. detection of sepsis pathogens in blood, detection of protozoa in blood or faeces, etc.).
  • animal or plant tissues or liquids such as e.g. Meat or meat juice, serve as a sample (e.g. detection of Salmonella in meat, detection of plant pests in seeds).
  • Environmental samples such as Soil or water samples into consideration.
  • fish stock analysis or e.g. fish spawning or a plankton sample can also serve as a biological sample for specifying species in fish farming and fishing biology.
  • a method for the detection of sepsis pathogens is thus provided, in which the biological sample is blood and the organisms from the group consisting of Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus faecalis, Neisseria meningitidis, Escherichia coli, Enterobacter spec, Proteus spec, Pseudomon
  • the method is preferably carried out by taking blood from the patient in buffer and subjecting the human cells to lysis, for example using 1 to 20% by weight of Tween (polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters), Triton or 3- [N- ( 3-Cholanamido-propyl) -dimethylammonio] -l-propanesulfonate (CHAPS).
  • Tween polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters
  • the blood is particularly preferably taken up in lysis buffer by mixing 1 volume of blood with 4 volumes of lysis buffer, the lysis buffer consisting of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1% ) Triton X-100, 1.016 g (5 mM) MgCl 2 ad 1000 ml distilled water (pH 7.5), then incubated for 5 minutes at room temperature and then the mixture in a centrifuge tube with a suitable amount of a cushion liquid of a density of Layer 1.07 g / ml and centrifuge at 1500 g for 30 minutes at room temperature, whereby the bacteria in the pellet are obtained (enriched).
  • the lysis buffer consisting of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1% ) Triton X-100, 1.016 g (5 mM) MgCl 2 ad 1000
  • a pillow liquid is used, of which 100 ml from 10 ml (1.5 M) NaCl solution (87.6 g NaCl per 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 ⁇ 0.005 g / ml and 40.8 ml distilled water.
  • the pellet is then preferably washed twice with 0.15 M NaCl solution at room temperature, pelleted at 1500 g, and the bacterial pellet resuspended in TE buffer (10 mM Tris-HCl (pH 8), 1 mM Na 2 EDTA) is digested subsequently for 2 hours at 56 ° C. with Proteinase K, and the Proteinase K is inactivated then at 95 ° C. for 15 minutes, the lysate obtained, which contains the bacterial DNA, either being used directly in a nucleic acid amplification technique, or prior to further purification using, for example, a purification system based on glass matrix (glass milk) Digestion of bacteria and / or to eliminate inhibitors of amplification.
  • TE buffer 10 mM Tris-HCl (pH 8), 1 mM Na 2 EDTA
  • Sucrose or Ficoll can also be used instead of Percoll for the pillow fluid.
  • the density of the pillow should in any case be 1.07 g / ml.
  • the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 or the primer pair according to SEQ ID NO 3 and 4 is used as the amplification primer when detecting sepsis pathogens, the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 being particularly preferred.
  • the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 being particularly preferred.
  • Three chain termination polymerizations are particularly preferably carried out, a reaction in the presence of the sequencing primers according to SEQ ID NO 5 and 6 (preferably with ddA as terminator), a reaction with the primers according to SEQ ID NO 7, 8 and 9 (preferably with ddG as terminator), and a reaction in the presence of the primers according to SEQ ID NO 10 and 11 (preferably with ddA as terminator).
  • NAT e.g. PCR
  • chain termination polymerization of the method according to the invention as for a conventional method with PCR and subsequent enzyme treatment (see e.g. Gürtler, cited above).
  • the detection or length determination of the elongates can be automated (e.g. by using MALDI-TOF spectrometry), the final analysis can be carried out in the seconds to minutes range.
  • a conventional gel analysis is naturally difficult to automate and therefore more expensive than the solution provided according to the invention.
  • the particular advantage of the method according to the invention is that, surprisingly, a simple and generally applicable method is made available, in which a species-specific detection of organisms is possible which - depending on the type of (biological) sample - a limited, well-defined group of Prokaryotes or eukaryotes.
  • the method for isolating and / or enriching bacterial DNA (including the preparation or concentration of bacteria) developed according to a partial aspect of the present invention can also be used as an isolated enrichment method in other areas of application - in particular of biological samples from the group consisting of blood or blood products , Meat juice, milk, (waste) water or any other liquid that may be contaminated with bacteria.
  • the method is characterized in that the biological sample is optionally taken up in buffer and the non-bacterial cells are subjected to lysis, for example using 1 to 20% by weight of tween (polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters), triton or 3- [N- (3-Cholanamidopropyl) dimethylammonio] 1-propanesulfonate (CHAPS).
  • tween polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters
  • CHAPS 3- [N- (3-Cholanamidopropyl) dimethylammonio] 1-propanesulfonate
  • the preferred lysis buffer mentioned above can also be used in the same or similar volume fractions. After incubation for 5 minutes at room temperature, the mixture is then overlaid in a centrifuge tube with a suitable amount of a pillow liquid (see above).
  • the procedure is preferably as described above using the example of the sepsis pathogen.
  • the lysate obtained in this way can, for example, either be used directly in a nucleic acid amplification technique; if appropriate, a further purification can be carried out by using a purification system based, for example, on a glass matrix for disrupting bacteria and / or for eliminating amplification inhibitors.
  • the advantages of the enrichment process according to the invention are that the separation of a large, e.g. amount of DNA derived from blood cells is made possible. Furthermore, the removal of e.g. substances derived from blood (heme etc.) that can inhibit the feasibility of nucleic acid amplification techniques.
  • kits for carrying out the above-mentioned methods are also provided.
  • the lysis buffer of the kit particularly preferably consists of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1.016 g (5 mM) MgCl 2 ad 1000 ml of distilled water (pH 7.5).
  • the pillow fluid of the kit preferably consists of 10 ml 1.5 M NaCl solution (87.6 g NaCl per 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 + 0.005 g / ml, 40.8 ml distilled Water (100 ml pillow liquid).
  • kits for carrying out the method for isolating and / or enriching bacterial DNA can optionally contain further constituents which are required or are expedient for (further) sample preparation.
  • the kits additionally contain components for disrupting the bacteria and, if appropriate, for DNA purification (in particular for eliminating amplification inhibitors) or the like, e.g. Components of glass matrix-based commercial purification systems (e.g. QIAamp DNA Kit).
  • Such a kit preferably also contains proteinase K for disrupting the bacteria.
  • a kit for performing the method for species-specific detection of prokaryotes or eukaryotes from biological or environmental samples contains - if necessary in addition to Components of an above-mentioned kit for carrying out the DNA processing or enrichment process - the following components:
  • sequencing primers preferably with a length of 15 to 30 nucleotides
  • the kit contains either 1, 2 or 3 of the four possible deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs) or all four possible dNTPs, a dNTP being replaced by a chain termination deoxyribonucleoside triphosphate (such as, for example, a ddNTP, 3'O-methyl -NTP, 3 '-amino-NTP or the like) is replaced.
  • dNTPs deoxyribonucleoside triphosphates
  • a chain termination deoxyribonucleoside triphosphate such as, for example, a ddNTP, 3'O-methyl -NTP, 3 '-amino-NTP or the like
  • the kit optionally also includes components for determining the elongate length (for example for performing electrophoresis) or corresponding components which are necessary or useful in order to prepare the samples for corresponding methods with which the elongate length can be determined.
  • components for determining the elongate length for example for performing electrophoresis
  • corresponding components which are necessary or useful in order to prepare the samples for corresponding methods with which the elongate length can be determined.
  • the kit is, for example, a kit for the detection of prokaryotes, in particular of sepsis pathogens, which as amplification primer contains two highly conserved sequences from the rRNA region, preferably the amplification primers according to SEQ ID NO 1 and 2 or according to SEQ ID NO 3 and 4 (the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 being particularly preferred), and / or at least one sequencing primer which hybridizes with a conserved region of the rRNA region, preferably at least one sequencing primer from the group consisting of SEQ ID NO 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 (mixtures or mixtures of the sequencing primers according to SEQ ID NO 5 and 6, 7 to 9 and 10 and 11 in a single or separate container are particularly preferred ) contains.
  • amplification primer contains two highly conserved sequences from the rRNA region, preferably the amplification primers according to SEQ ID NO 1 and 2 or according to SEQ ID NO 3 and 4 (the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 being particularly preferred), and /
  • bacteria from blood were prepared or enriched.
  • blood was first taken up in lysis buffer, which consisted of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1.016 g (5 M) MgCl 2 to 1000 ml of distilled water (pH 7.5) consisted of one part of blood mixed with four parts of lysis buffer (eg 3 ml of blood with 12 ml of lysis buffer) and incubated for 5 minutes at room temperature.
  • the blood-lysis buffer mixture was then placed on a cushion (5 ml) and the entire solution at 1500 g for 30 minutes centrifuged at room temperature (RT).
  • 100 ml of the pillow liquid is composed as follows: 10 ml (1.5 M) NaCl solution (87.6 g NaCl per 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 g / ml (+ / - 0.005 g / ml), 40.8 ml distilled water. Sucrose or Ficoll can also be used instead of Percoll.
  • the density of the pillow should in any case be 1.07 g / ml.
  • the pellet in which the bacteria were found was washed twice at RT with 0.15 M NaCl and pelleted at 1500 g.
  • proteinase K digestion of the bacterial pellet resuspended in TE buffer (10 M Tris-HCl (pH 8), 1 mM Na 2 EDTA) took place at 56 ° C. for two hours, and the proteinase K was subsequently at 95 ° C. for Disabled for 15 minutes.
  • the lysate obtained was then used in the amplification.
  • commercial purification systems based on glass matrix eg QIAamp DNA Kit
  • Example 1 The bacterial DNA obtained in Example 1 was subjected to PCR amplification, and the amplificates obtained were then used in a chain termination polymerization.
  • PCR amplification The bacterial DNA obtained in Example 1 was subjected to PCR amplification, and the amplificates obtained were then used in a chain termination polymerization.
  • These methods and the conditions under which these methods are carried out are well known to the person skilled in the art (cf., for example, Garcia-Pichel et al., Arch. Microbiol. 169 (1998) 469-482; Cha et al., PCR Methods and Application 3 (1993) S18-29 (Manual Supplement); Tracy et al., Bio Techniques 11 (1) (1991) 68-75).
  • A. Nucleic acid amplification A. Nucleic acid amplification:
  • the 16S rRNA region was amplified with the aid of PCR using two highly conserved primers.
  • a 16S-5 'terminal (SEQ ID NO 1) and a 16S-3' terminal primer (SEQ ID NO 2) were combined, one of the two PCR primers (here the 16S- 5 'terminal primer) being used for immobilization suitable derivative, e.g. Biotin contained.
  • the 16S-23S rRNA spacer can also be amplified, optionally with the primers according to SEQ ID NO 3 (16S proximal primer) and SEQ ID NO 4 (23S proximal primer).
  • the aplified rRNA areas were subsequently subjected to an elongation.
  • oligonucleotides were used as sequencing primers, which are universally preserved or at least are present in all target organisms within the group to be detected. After elongation with a polymerase - leaving out one of the four natural nucleoside triphosphates or in the presence of a terminator nucleoside triphosphate (e.g. ddNTP) - products with different, characteristic lengths were created.
  • a polymerase e.g. ddNTP
  • sequencing primers which are complementary to 16S rRNA sequences which are universal in all bacteria (Bacteria and Archaea), were used for elongation in the present case (see also DJ Lane, loc. Cit.): 109r: SEQ ID NO 5 (109rl) and SEQ ID NO 6 (109r2) 685r: SEQ ID NO 7 (685rl), SEQ ID NO 8 (685r2), SEQ ID NO 9 (685r3).
  • 1475r s is - within the sepsis pathogen - specific for the group of gram-positive cocci. 1475r is - within the sepsis pathogen - specific for the group Haemophilus.
  • the corresponding 16S rRNA sequences were selected because there are very divergent sequences directly adjacent, i.e. Sequences that can be used for a species-specific differentiation of microorganisms (bacteria).
  • nucleoside triphosphates dGTP, dCTP, dTTP were used either alone or with the addition of ddATP (as indicated in Table 1).
  • dGTP, dCTP and dTTP alone, the values given in Table 1 must be reduced by one nucleotide unit.
  • nucleoside triphosphates dATP, dCTP, dTTP were used either alone or with the addition of ddGTP (as indicated in Table 1).
  • dGTP, dCTP and dTTP alone, the values given in Table 1 must be reduced by one nucleotide unit.
  • nucleoside triphosphates dGTP, dCTP, dTTP were used either alone or with the addition of ddATP (as indicated in Table 1).
  • dGTP, dCTP and dTTP alone, the values given in Table 1 must be reduced by one nucleotide unit.
  • the oligonucleotide elongates obtained with the above-mentioned primers are shown in Table 1 below.
  • the elongates were detected by fluorescence detection or mass spectrometry.
  • Primer 1475r can be used (see Table 1).

Abstract

The invention relates to a method for the species-specific detection of prokaryotes and eucaryotes, and to kits for implementing said method. The invention also relates to a method for species-specific detection of sepsis inducers.

Description

Verfahren zum speziesspezifischen Nachweis von Organismen Procedure for the species-specific detection of organisms
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum speziesspezifischen Nachweis von Prokaryonten und Eukaryonten sowie Kits zur Durchführung dieser Verfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum speziesspezifischen Nachweis von Sepsiserregern .The present invention relates to methods for the species-specific detection of prokaryotes and eukaryotes and to kits for carrying out these methods. In particular, the invention relates to a method for the species-specific detection of sepsis pathogens.
Der zuverlässige Nachweis verschiedenster Organismen, insbesondere von Mikroorganismen wie Bakterien, spielt eine zunehmende Rolle in der medizinischen Mikrobiologie und ist häufig Voraussetzung für die gezielte Behandlung von Infektionen bei Mensch und Tier. In diesem Zusammenhang haben Gürtler et al . (Microbio- logy 142 (1996) 3-16) und Scheinert et al . , J. Microbiol. Methode 26 (1996) 103-117) die Verwendung der 16S-23S rDNA bzw. rRNA Spacer-Region zur Typisierung und Identifikation von Bakterien vorgeschlagen. Die Sequenzen von rRNAs werden bislang am häufigsten zur Identifikation von Mikroorganismen benutzt. Im Genom von prokaryontisehen und eukaryontisehen Organismen sind die Operons für riboso ale RNAs (rRNAs) so organisiert, daßThe reliable detection of a wide variety of organisms, especially microorganisms such as bacteria, plays an increasing role in medical microbiology and is often a prerequisite for the targeted treatment of infections in humans and animals. In this context, Gürtler et al. (Microbiology 142 (1996) 3-16) and Scheinert et al. , J. Microbiol. Method 26 (1996) 103-117) proposed the use of the 16S-23S rDNA or rRNA spacer region for the typing and identification of bacteria. The sequences of rRNAs have so far been used most frequently for the identification of microorganisms. In the genome of prokaryotic and eukaryotic organisms, the operons for riboso ale RNAs (rRNAs) are organized in such a way that
BESTATIGUNGSKOPIE zunächst eine umfassende Vorlaufer-rRNA transkribiert wird. Diese Vorlaufer-rRNAs enthalten im wesentlichen folgende Komponenten in 5 ' -3 ' -Richtung:BESTATIGUNGSKOPIE First, a comprehensive precursor rRNA is transcribed. These precursor rRNAs essentially contain the following components in the 5 '-3' direction:
Prokaryonten - ribosomale DNA umfaßt Sequenzen für:Prokaryotes - ribosomal DNA includes sequences for:
5' - 16S rRNA - transkribierter 16S/23S rRNA-Spacer - 23S rRNA - transkribierter 23S/5S rRNA-Spacer - 5S rRNA - 3'5 '- 16S rRNA - transcribed 16S / 23S rRNA spacer - 23S rRNA - transcribed 23S / 5S rRNA spacer - 5S rRNA - 3'
Eukaryonten - ribosomale DNA umfaßt Sequenzen für:Eukaryotes - ribosomal DNA includes sequences for:
5' - 18S rRNA - transkribierter 18S/5.8S rRNA-Spacer (ITS1) - 5.8S rRNA - transkribierter 5.8S/28S rRNA-Spacer (ITS2) - 28S rRNA - 3'.5 '- 18S rRNA - transcribed 18S / 5.8S rRNA spacer (ITS1) - 5.8S rRNA - transcribed 5.8S / 28S rRNA spacer (ITS2) - 28S rRNA - 3'.
Diese generelle Organisation ist bei allen Prokaryonten ( Bacte- rla und Archaea) und Eukaryonten vorhanden (vgl. z.B. B. Lewin, Genes V, Cell Press, Cambridge, Massachusetts/USA, 1994), wobei bislang nur sehr wenige Ausnahmen, wie z.B. das Archaeon Thermo- plasma acldophllum (Achenbach-Richter et al., System. Appl . Mi- crobiol. 10 (1988) 211-214) oder Helicobacter (Tomb et al . , Nature 388 (1997) 539-547) bekannt sind.This general organization is present in all prokaryotes (Bacterla and Archaea) and eukaryotes (see e.g. B. Lewin, Genes V, Cell Press, Cambridge, Massachusetts / USA, 1994), with very few exceptions so far, e.g. the Archaeon Thermoplasma acldophllum (Achenbach-Richter et al., System. Appl. Microbiol. 10 (1988) 211-214) or Helicobacter (Tomb et al., Nature 388 (1997) 539-547) are known.
Es hat sich herausgestellt, daß die Längen der rRNA-Spacer ex- trem variabel sind und innerhalb einer gut definierten Gruppe von Mikroorganismen, wie z.B. Mycoplasmen, allein die Länge ein geeignetes Mittel zur Einordnung von Mikroorganismen in diese Gruppe (z.B. Mycoplasmen) ist und zum Teil auch zur Identifizierung einzelner Spezies innerhalb dieser Gruppe herangezogen werden kann.It has been found that the lengths of the rRNA spacers are extremely variable and within a well-defined group of microorganisms, e.g. Mycoplasmas, length alone is a suitable means of classifying microorganisms in this group (e.g. mycoplasmas) and can also be used in part to identify individual species within this group.
Bei den von Gürtler et al . (a.a.O.) und Scheinert et al . (a.a.O.) beschriebenen Verfahren zur Typisierung und Identifizierung von Bakterien unter Verwendung der 16S-23S rDNA bzw. rRNA Spacer-Region wird unter Verwendung geeigneter Primer zunächst eine A plifikation durch Polymerase-Kettenreaktion (PCR- Amplifikation) durchgeführt. Die amplifizierten Spacer können anschließend gelelektrophoretisch aufgetrennt und durch geeignete Detektionsverfahren, wie z.B. Färbung mit Ethidiumbromid oder Silber oder durch Fluoreszenzdetektion, nachgewiesen werden. Die Lage der Banden, d.h. die Länge der amplifizierten Spacer, erlaubt einen vorläufigen Rückschluß auf den jeweils nachgewiesenen Mikroorganismus bzw. die jeweilige Mikroorganismen-Gruppe.In the case of Gürtler et al. (loc. cit.) and Scheinert et al. (op. cit.) described method for typing and identification of bacteria using the 16S-23S rDNA or rRNA spacer region is first an application by means of suitable primers by polymerase chain reaction (PCR Amplification). The amplified spacers can then be separated by gel electrophoresis and detected by suitable detection methods, such as, for example, staining with ethidium bromide or silver, or by fluorescence detection. The position of the bands, ie the length of the amplified spacers, allows a preliminary conclusion to be drawn about the respectively detected microorganism or the respective group of microorganisms.
Für einen sicheren Nachweis, insbesondere zur Erkennung einzel- ner Spezies, ist in der Regel eine sekundäre Längenunterscheidung nach definierter restriktionsenzymatischer Behandlung der amplifizierten Spacer erforderlich. Die einzelnen Spezies innerhalb einer Mikroorganismen-Gruppe ergeben nach gelelektropho- retischer Auftrennung und Hybridisierung mit Spezies-spezfischen Oligonukleotidsonden ein charakteristisches Bandenmuster.For reliable detection, in particular for the detection of individual species, a secondary length differentiation is generally necessary after a defined restriction enzyme treatment of the amplified spacers. After gel electrophoretic separation and hybridization with species-specific oligonucleotide probes, the individual species within a group of microorganisms result in a characteristic band pattern.
Diese Methoden weisen den Nachteil auf, daß zum Spezies-spezifischen Erreger-Nachweis eine genaue Kenntnis über die jeweils zu erwartenden Bandenmuster erforderlich ist und darüber hinaus eine extrem große Zahl spezifischer Oligonukleotidsonden zur Verfügung stehen muß. Die bislang im Stand der Technik bekannten Methoden eignen sich daher nicht zum routinemäßigen Erreger- Nachweis in medizinischen Labors .These methods have the disadvantage that a precise knowledge of the band pattern to be expected in each case is required for the species-specific detection of pathogens and, moreover, an extremely large number of specific oligonucleotide probes must be available. The methods known to date in the prior art are therefore not suitable for routine detection of pathogens in medical laboratories.
Im Hinblick auf die Sepsis, eine schwere, akut verlaufende Infektionserkrankung, die durch bestimmte Bakterien hervorgerufen wird, die in den Blutkreislauf gelangt sind, stellt sich ferner das zusätzliche Problem, daß diese Bakterien von einem lokal entzündlichen Herd ausgehen und über den Blut- oder Lymphweg in Schüben ausgestreut werden. Aufgrund dieser zyklischen Schwankung sind zum bakteriellen Nachweis bei Sepsis relativ große Mengen Blut erforderlich (jeweils ca. 5 bis 10 ml für aerobe und anaerobe Blutkultur) . Dieses große Probenvolumen ist mit den derzeit zur Verfügung stehenden Mitteln und Methoden nur mit großem Aufwand handhabbar, da größere Kontaminationen mit Fremd- DNA (d.h. nicht-bakterieller DNA) zu einer unspezifischen Auf- reinigung und damit zur Verringerung der Spezifität einer nachfolgenden PCR führt . Die große Zahl roter Blutkörperchen kann ferner inhibitorisch auf die PCR wirken, und größere Probenvolumina sind für kommerziell erhältliche Kits in der Regel nicht geeignet, da es häufig zur Verstopfung der zur Aufreinigung verwendeten Säulen kommt .With regard to sepsis, a severe, acute infectious disease caused by certain bacteria that have entered the bloodstream, there is also the additional problem that these bacteria originate from a locally inflammatory focus and via the blood or lymphatic system be scattered in batches. Due to this cyclical fluctuation, relatively large amounts of blood are required for bacterial detection in sepsis (approx. 5 to 10 ml each for aerobic and anaerobic blood culture). This large sample volume can only be handled with great effort using the currently available means and methods, since larger contaminations with foreign DNA (ie non-bacterial DNA) lead to unspecific detection. purification and thus leads to a reduction in the specificity of a subsequent PCR. The large number of red blood cells can also have an inhibitory effect on PCR, and larger sample volumes are generally not suitable for commercially available kits, since the columns used for purification are often clogged.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Nachweis von Organismen (Prokaryonten und Eukaryonten), z.B. in ausgewählten biologischen Proben, zur Verfügung zu stellen, das einfach handhabbar ist und sich für den routinemäßigen Einsatz in medizinischen Labors eignet. Das Verfahren soll ferner eine hohe Spezifität gegenüber einer sehr großen Zahl von Erreger-Gruppen aufweisen, wobei eine Unterscheidung einzelner Spe- zies innerhalb dieser Gruppen auf einfache, experimentell unaufwendige und kostengünstige Weise möglich sein soll. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Verfügung zu stellen, das den Nachweis von nur in geringen Konzentrationen vorliegenden Mikroorganismen ermöglicht, wie es z.B. zeitweise im zyklischen Verlauf der Sepsis der Fall ist.The object of the present invention is therefore to provide a method for the detection of organisms (prokaryotes and eukaryotes), e.g. in selected biological samples, which is easy to use and suitable for routine use in medical laboratories. The method should also have a high degree of specificity in relation to a very large number of excitation groups, it being possible to distinguish between individual species within these groups in a simple, experimentally uncomplicated and inexpensive manner. Finally, it is an object of the invention to provide a simple method which enables the detection of microorganisms which are only present in low concentrations, as is e.g. is occasionally the case in the cyclical course of sepsis.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17 und 19 bis 24 und Kits nach den Ansprüchen 25 bis 40 gelöst.The object is achieved according to the invention by methods according to claims 1 to 17 and 19 to 24 and kits according to claims 25 to 40.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum spezies-spezifi- schen Nachweis von Prokaryonten oder Eukaryonten mit Hilfe von Nukleinsäure-Amplifikationstechniken, bei dem man zunächst gegebenenfalls eine Anreicherung, Aufkonzentrierung und/oder Ver- mehrung der nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten in einer biologischen Probe vornimmt und/oder die in der biologischen Probe vorhandene DNA isoliert und/oder anreichert. Die Amplifikation der DNA erfolgt mit Hilfe einer Nukleinsäure-Amplifikationstechnik (NAT), bei der man unter Verwendung von Amplifikationsprimern, die die für die betreffenden Organismen konservierten Sequenzen enthalten, einen Bereich der DNA ampli- fiziert, der durch die konservierten Sequenzen flankiert ist.The invention thus relates to a method for the species-specific detection of prokaryotes or eukaryotes with the aid of nucleic acid amplification techniques, in which, first of all, the prokaryotes or eukaryotes to be detected are enriched, concentrated and / or increased in a biological sample / or the DNA present in the biological sample is isolated and / or enriched. The DNA is amplified using a nucleic acid amplification technique (NAT), in which a region of the DNA is amplified using amplification primers which contain the sequences conserved for the organisms in question. fected, which is flanked by the conserved sequences.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können beliebige, dem Fachmann geläufige Nukleinsäure-Amplifikationstechni- ken (NAT) eingesetzt werden, vorzugsweise eine NAT aus der Gruppe bestehend aus PCR, bDNA, LCR, 3SR, SDA oder NASBA.Any nucleic acid amplification techniques (NAT) known to those skilled in the art can be used to carry out the method according to the invention, preferably a NAT from the group consisting of PCR, bDNA, LCR, 3SR, SDA or NASBA.
Zu den (isolierten) Amplifikaten wird im nächsten Schritt ein Sequenzierprimer zugegeben, der mit einem Bereich innerhalb der amplifizierten Sequenzen hybridisiert, der bei den nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert ist . Der Sequenzierprimer dieser als "Minisequencing" bezeichneten Verfahrensstufe wird dabei so gewählt, daß für die nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten jeweils unterschiedliche Elongate er- halten werden, wenn man eine Kettenabbruchpolymerisation durchführt, bei der man 1, 2, oder 3 der vier möglichen Desoxyribonu- kleosidtriphosphate (dNTPs) verwendet oder von den vier möglichen dNTPs eines durch ein Kettenabbruch-Desoxyribonukleosidtri- phosphat (Kettenabbruch-NTP) ersetzt. Nach Bestimmung des je- weils erhaltenen Längenzuwachses (Elongate; d.h. Anzahl der Basen, um die die Amplifikate verlängert wurden), den die Produkte der Kettenabbruchpolymerisation gegenüber den Amplifikaten aufweisen, werden diese Werte mit den Elongaten verglichen, die für die jeweiligen Organismen aufgrund ihrer Sequenz zu erwarten sind. Ein bestimmter, in der Probe vorhandener Prokaryot oder Eukaryot wird dadurch nachgewiesen, daß beobachtete (erzielte) Elongation und erwartete Elongation übereinstimmen.In the next step, a sequencing primer is added to the (isolated) amplificates, which hybridizes with a region within the amplified sequences which is conserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected. The sequencing primer of this process stage, referred to as "mini-sequencing", is chosen so that different elongates are obtained for the prokaryotes or eukaryotes to be detected if chain termination polymerization is carried out in which 1, 2 or 3 of the four possible deoxyribonucleoside triphosphates are carried out (dNTPs) or one of the four possible dNTPs is replaced by a chain termination deoxyribonucleoside triphosphate (chain termination NTP). After determining the length increase obtained in each case (elongates, ie the number of bases by which the amplified products have been extended), which the products of chain termination polymerization have compared to the amplified products, these values are compared with the elongates which are relevant for the respective organisms due to their sequence are to be expected. A certain prokaryote or eukaryote present in the sample is detected by the fact that the elongation observed (achieved) and the expected elongation match.
Im Einzelfall kann es vorkommen, daß mehrere der in der Probe vorhandenen Organismen bei Verwendung eines einzigen Sequenzier- primers gleiche Elongate (d.h. denselben Längenzuwachs im Vergleich zu den Amplifikaten) ergeben. Gegebenenfalls verwendet man dann einen oder mehrere weitere Sequenzierprimer, der/die mit einem Bereich/Bereichen innerhalb der amplifizierten Sequen- zen hybridisert/hybridisieren, der/die bei den nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert ist/konserviert sind, wobei der/die weitere/weiteren Sequenzierprimer so gewählt ist/- sind, daß für die nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten jeweils unterschiedliche Elongate erhalten werden, wenn man eine Kettenabbruchpolymerisation durchführt, bei der man 1, 2, oder 3 der vier möglichen dNTPs verwendet oder von den vier möglichen dNTPS eines durch ein Kettenabbruch-NTP ersetzt. Nach Bestimmung des für jeden Sequenzierprimer jeweils erhaltenen Längenzuwachses (Elongate; Anzahl der Basen, um die die Amplifikate verlängert wurden), den die Produkte der Kettenabbruchpolymerisation gegenüber den Amplifikaten aufweisen, werden diese Werte mit den Elongaten verglichen, die für die jeweiligen Organismen aufgrund ihrer Sequenz zu erwarten sind. Ein in der Probe vorhandener Prokaryot oder Eukaryot wird dadurch nachgewiesen, daß die bei Einsatz der verschiedenen Sequenzierprimer experimentell erhal- tenen Elongationswerte (experimentell bestimmtes Elongations- muster) mit den für diesen Organismus zu erwartende Elongations- werten (erwartetes Elongationsmuster) übereinstimmen.In individual cases, it can happen that several of the organisms present in the sample use the same sequencing primer to give the same elongates (ie the same increase in length compared to the amplificates). If appropriate, one or more further sequencing primers are then used which hybridize / hybridize with a region / regions within the amplified sequences which are / are conserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected, the further / further sequencing primer (s) being selected such that different elongates are obtained for the prokaryotes or eukaryotes to be detected if chain termination polymerization is carried out using 1, 2 or 3 of the four possible dNTPs or of the four possible dNTPS one replaced by a chain termination NTP. After determining the length increase (elongates; number of bases by which the amplified products have been extended) for each chaining primer, which the products of chain termination polymerization have compared to the amplified products, these values are compared with the elongates, which for the respective organisms are due to their sequence are to be expected. A prokaryote or eukaryote present in the sample is detected by the fact that the elongation values (experimentally determined elongation pattern) obtained experimentally using the different sequencing primers match the elongation values to be expected for this organism (expected elongation pattern).
Zum speziesspezifischen Nachweis von Organismen in biologischen Proben müssen somit genau soviele verschiedene Sequenzierprimer verwendet werden, bis für alle, möglicherweise in der Probe vorhandenen Organismen unterschiedliche Elongationsmuster erhalten werden. Im Beispielteil ist dies anhand der Bestimmung von Sepsiserregern veranschaulicht.For the species-specific detection of organisms in biological samples, exactly as many different sequencing primers must be used until different elongation patterns are obtained for all organisms that may be present in the sample. This is illustrated in the example section using the determination of sepsis pathogens.
Die bei der Kettenabbruchpolymerisation verwendeten Sequenzierprimer haben vorzugsweise eine Länge von 15 bis 30 Nukleotiden . Als Kettenabbruch-NTPs (chain terminators ) kommen z.B. Didesoxy- ribonukleosidtriphosphate (ddNTPs), 3 'O-Methyl-NTPs , 3 ' -A ino- NTPs und dergleichen in Frage.The sequencing primers used in chain termination polymerization are preferably 15 to 30 nucleotides in length. As chain termination NTPs (chain terminators) come e.g. Dideoxy-ribonucleoside triphosphates (ddNTPs), 3 'O-methyl-NTPs, 3' -A ino-NTPs and the like in question.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren bei Verwendung mehrerer Sequenzierprimer durchgeführt werden, indem man bei der Kettenabbruchreaktion von den vier möglichen dNTPs eines durch ein Kettenabbruch-NTP (z.B. ddA) ersetzt, wobei die Polymerisation in gleichzeitiger Gegenwart aller Sequenzierprimer erfolgt, wobei die Sequenzierprimer jeweils unterschiedliche Markierungen tragen, um die Unterscheid- barkeit der jeweiligen Elongate zu ermöglichen.According to a particular embodiment of the invention, the method can be carried out using several sequencing primers by replacing one of the four possible dNTPs with a chain terminating NTP (for example ddA) in the chain termination reaction, the polymerization being carried out in the simultaneous presence All sequencing primers are carried out, the sequencing primers each bearing different markings in order to make it possible to differentiate the elongates.
Die Länge der Elongate kann durch dem Fachmann bekannte Methoden bestimmt werden, wie z.B. mit Hilfe elektrophoretischer Methoden, durch massenspektrometrischen Nachweis oder z.B. durch Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) oder vergleichbare Methoden. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, vorzugs- weise den Sequenzierungsprimer zu markieren. Bei Einsatz mehrerer Sequenzierungsprimer sollten diese, insbesondere bei Durchführung der Polymerisationen in einem einzigen Reaktionsgefäß unter Verwendung von nur einem Terminator (z.B. ddA) , unterschiedlic markiert sein. Geeignete Markierungen, wie z.B. Fluo- reszenzlabel oder sich in ihrer Masse unterscheidende Markierungen, sind dem Fachmann wohlbekannt.The length of the elongates can be determined by methods known to those skilled in the art, e.g. using electrophoretic methods, by mass spectrometric detection or e.g. by fluorescence correlation spectroscopy (FCS) or comparable methods. In this context, it is advantageous to mark the sequencing primer. When using several sequencing primers, these should be marked differently, especially when carrying out the polymerizations in a single reaction vessel using only one terminator (e.g. ddA). Suitable markings, e.g. Fluorescence labels or labels differing in their mass are well known to the person skilled in the art.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist man die Primerelongate massenspektroskopisch nach, wobei sich MALDI-TOF-Spektrometrie (Matrix-assisted laser desorption ipnization time of flight spectrometry (MALDI-TOF-Spektrometrie), vgl. z.B. Fu et al . , Nature Biotechnol. .16 (1998) 381- 384)) als besonders vorteilhaft erwiesen hat, die einen Nachweis von bis zu 2000 Nukleotiden oder mehr gestattet.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the primer elongates are detected by mass spectroscopy, using MALDI-TOF spectrometry (Matrix-assisted laser desorption ipnization time of flight spectrometry (MALDI-TOF spectrometry), cf. for example Fu et al., Nature Biotechnol .16 (1998) 381-384)) has proven to be particularly advantageous, which allows detection of up to 2000 nucleotides or more.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die "Multiplex-Analyse" , d.h. die simultane Analyse der Elongationsprodukte mehrerer Sequenzierungsprimer mit unterschiedlichen Zielsequenzen. Dazu werden die Elongationsreaktionen mit unterschiedlich markierten Sequenzierungsprimern entweder in einem Reaktionsgefäß unter Verwendung eines einzigen Terminators (Alternative A) oder in verschiedenen Reaktionsgefäßen unter Verwendung unterschiedlicher Terminatoren (Alternative B) durchgeführt, wobei in Alternative B die Produkte der (parallelen) Elongationsreaktionen für die Analyse vereinigt werden. Die notwendige Unterscheidung der Elongationsprodukte ist möglich durch Markierung der Oligonu- kleotide mit :In this context, "multiplex analysis" is advantageous, ie the simultaneous analysis of the elongation products of several sequencing primers with different target sequences. For this purpose, the elongation reactions with differently labeled sequencing primers are carried out either in one reaction vessel using a single terminator (alternative A) or in different reaction vessels using different terminators (alternative B), alternative B combining the products of the (parallel) elongation reactions for the analysis become. The necessary differentiation of the elongation products is possible by marking the oligonucleotides dress with:
(a) unterschiedlich langen 5 ' -terminalen Zusatzsequenzen, "Tails" (einsetzbar bei allen Nachweisverfahren),(a) 5 'terminal additional sequences of different lengths, "Tails" (can be used in all detection methods),
(b) unterschiedlichen 5'-terminale Additionen, die Laufverhalten (bei Standard-Polyacrylamid-Gelelektrophorese oder hochauflösender Gelelektrophorese wie Plattengel-, Kapillar- oder Array-Kapillar-Gelelektrophorese) oder Molekulargewicht (MALDI-TOF) drastisch verändern. Beispiele für solche Additionen sind Polyethylenglykol-Kette, Cholesterin-Derivate etc . ,(b) Different 5'-terminal additions which drastically change running behavior (in standard polyacrylamide gel electrophoresis or high-resolution gel electrophoresis such as plate gel, capillary or array capillary gel electrophoresis) or molecular weight (MALDI-TOF). Examples of such additions are polyethylene glycol chain, cholesterol derivatives, etc. .
(c) unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen (bei Standard-Poly- acrylamid-Gelelektrophorese, kombiniert mit einem Fluoreszenz-Scanner; routinemäßig bei hochauflösender Gelelektrophorese; prinzipiell auch möglich bei massenspektroskopi- scher Analyse, wobei durch charakteristische Molekulargewichtswerte und das extrem hohe Auflösungsvermögen auch sich überlagernde Elongatationsmuster differenziert werden können) .(c) different fluorescent dyes (with standard polyacrylamide gel electrophoresis, combined with a fluorescence scanner; routinely with high-resolution gel electrophoresis; in principle also possible with mass spectroscopic analysis, whereby differing overlapping elongation patterns are differentiated by characteristic molecular weight values and the extremely high resolution can be).
Das erfindungsgemäße Verfahren unterliegt prinzipiell keinen methodischen Einschränkungen auf eine bestimmte Organismengruppe. Voraussetzung für die sichere (Wieder-)Erkennung und Organismendifferenzierung ist lediglich, daß die Zielsequenzen (z.B. rRNA, rDNA) der nachzuweisenden Organismen bekannt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren der Organismenbestimmung anhand uni- verseller, d.h. in allen Organismen essentiell vorkommenden Sequenzen, (wie z.B. ribosomalen Sequenzen) ist daher zum diffe- renziellen Nachweis definierter Organismengruppen aller Arten von Prokaryonten und Eukaryonten (Bakterien, Pilzen, Pflanzen und Tiere) geeignet.In principle, the method according to the invention is not subject to any methodological restrictions on a specific group of organisms. The only prerequisite for reliable (re) recognition and organism differentiation is that the target sequences (e.g. rRNA, rDNA) of the organisms to be detected are known. The inventive method of organism determination based on universal, i.e. Sequences that are essential in all organisms (such as ribosomal sequences) are therefore suitable for the differential detection of defined groups of organisms of all types of prokaryotes and eukaryotes (bacteria, fungi, plants and animals).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter "Prokaryonten" Vertreter der Gruppe der Bacteria und Archeae verstanden und schließen sämtliche, unter diese Gruppen fallenden Spezies mit ein. Der Begriff "Eukaryonten" schließt sowohl ein- als auch mehrzellige Organismen ein, wie z.B. Amöben, Trypanosomen, Plas- modien, Hefen, ein- und mehrzellige Parasiten, sowie Pflanzen und Tiere, wobei sämtliche, unter diese Gruppen fallenden Spezies eingeschlossen sind.In the context of the present invention under "prokaryotes" Representatives of the group of Bacteria and Archeae understood and included all species that fall under these groups. The term "eukaryotes" includes both unicellular and multicellular organisms, such as, for example, amoebas, trypanosomes, plasmodia, yeasts, single and multicellular parasites, and also plants and animals, all species falling under these groups being included.
Als Zielsequenzen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Prinzip alle durch konservierte Bereiche flankierte variable Sequenzen in Betracht kommen, die in allen (nachzuweisenden) Organismen essentiell vorkommen. Beispielsweise ist es möglich, die variablen rDNA-Sequenzen einschließlich rRNA-Spacer als Zielsequenzen auszunutzen. Darüber hinaus kann aber auch von anderen speziesspezifischen Genen oder Genabschnitten ausgegangen werden, wie z.B. vom Cytochrom b-Gen aus Mitochondrien (vgl. Irwin et al., J. Mol. Evol . 32 (1991) 128-144), das zum speziesspezifischen Nachweis von Eukaryonten dienen kann.In principle, all variable sequences flanked by conserved regions that are essential in all (to be detected) organisms can be considered as target sequences in the context of the present invention. For example, it is possible to use the variable rDNA sequences including rRNA spacers as target sequences. In addition, other species-specific genes or gene segments can also be assumed, e.g. of the cytochrome b gene from mitochondria (cf. Irwin et al., J. Mol. Evol. 32 (1991) 128-144), which can serve for the species-specific detection of eukaryotes.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in den unterschiedlichsten Bereichen angewandt werden. Die in den nachfolgenden Anwendungsbeispielen genannten (Mikro-)Organismen stehen jedoch nur stellvertretend für andere Vertreter aus den jeweiligen Organismenreichen (Prokaryota = Bakterien; Eukaryota = ein- und vielzel- lige Pilze, Pflanzen und Tiere) wie sie in der biologischen Systematik unterschieden werden:The method according to the invention can be used in a wide variety of areas. However, the (micro) organisms mentioned in the following application examples are only representative of other representatives from the respective organism kingdoms (prokaryota = bacteria; eukaryota = single and multiple fungi, plants and animals) as they are distinguished in the biological system:
a) Nachweis von Sepsis-Erregern sowie anderen bakterielle Erregern (Pathogenen) bei Mensch, Tier und Pflanzen sowie in Zellkulturen derselben;a) Detection of sepsis pathogens and other bacterial pathogens in humans, animals and plants and in cell cultures thereof;
b) Nachweis von Einzellern (Protozoen: Flagellaten, Amoeben, Sporozoa, Ciliaten) als Verursacher von z.B. Darmerkrankungen bei Mensch und Tier (insbesondere auch Nutztieren);b) Detection of unicellular organisms (protozoa: flagellates, amoebas, sporozoa, ciliates) as the cause of e.g. Intestinal diseases in humans and animals (especially also farm animals);
c) Nachweis von Schädlingen, Kontaminanten, Verderbnis-Erregern und Pathogenen in der Landwirtschaft, Tierzucht, Lebensmittelindustrie sowie beim Saatgut: hier sind wiederum definierte Organismengruppen aus allen systematischen Gruppen des Lebens (s.o.) differenzierbar und ausdrücklich eingeschlossen, insbesondere aus den Gruppen der Bakterien, Protozoen, Pilze und Artrophoden;c) Detection of pests, contaminants, spoilage agents and pathogens in agriculture, animal husbandry, the food industry and seeds: here again defined groups of organisms from all systematic groups of life (see above) are differentiable and expressly included, especially from the groups of bacteria, protozoa, fungi and artrophodes;
d) Nachweis von Helminthen (Würmer) als Verursacher von Darmerkrankungen (z.B. Durchfall);d) Evidence of helminths (worms) as the cause of intestinal diseases (e.g. diarrhea);
e) Nachweis von Pilzen als Erreger von Pilzerkrankungen bei Mensch, Tier und Pflanze;e) detection of fungi as pathogens of fungal diseases in humans, animals and plants;
f) Art-, Rassen- und Herkunftsbestimmung in der Tier- und Pflanzenzucht, Arterhaitungszucht sowie Landwirtschaft,f) determination of species, race and origin in animal and plant breeding, species conservation breeding and agriculture,
Fischerei (z.B. Stichproben bei Überprüfung der Fangquoten) und bei Lebensmittelkontrollen;Fisheries (e.g. spot checks when checking fishing quotas) and food controls;
g) Biodiversitäts-Untersuchungen für definierte Gruppen von Organismen wie z.B. von Süß- oder Salzwasserfischen einschließlich deren Larvenstadien in Europa oder anderen geographisch eingrenzbaren Regionen (z.B. zur Bestimmung von Bestandszahlen für Fangquoten u.a.), Bestimmung von Leitorganismen für Gewässergüte oder Bodenbegutachtung.g) Biodiversity studies for defined groups of organisms such as of freshwater or saltwater fish including their larval stages in Europe or other geographically delimitable regions (e.g. to determine stocks for catch quotas etc.), determination of lead organisms for water quality or soil assessment.
Insbesondere in der medizinischen Diagnostik kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung universell eingesetzt werden, wie z.B. zur Klärung der Frage, welche Erreger(gruppen ) vorliegen, wenn ein bestimmtes KrankheitsSymptom beobachtet wird. So können beispielsweise die Ursachen für die folgenden medizinisch relevanten KrankheitsSymptome mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden:In particular in medical diagnostics, the method of the present invention can be used universally, e.g. to clarify the question of which pathogens (groups) are present when a specific disease symptom is observed. For example, the causes of the following medically relevant disease symptoms can be determined using the method according to the invention:
Fieber als Folge von bakteriellen (Sepsis), parasitären (z.B. Malaria) oder Pilz-Erregern (z.B. Candida) im Blut; Hirn- oder Hirnhautentzündung, d.h. Kopfschmerzen, Nackensteifigkeit, Bewußtseinstrübung aufgrund von bakteriellen (Meningokokken, Haemophilus influenza, Pneumokokken, Tuber- kelbacillen, E. coli, Listeria monocytogenes), parasitären (z.B. Toxoplasmosis ) oder Pilz-Infektionen (z.B. Cryptococ- cus neoformans ) ;Fever as a result of bacterial (sepsis), parasitic (eg malaria) or fungal pathogens (eg candida) in the blood; Inflammation of the brain or meninges, ie headache, stiff neck, loss of consciousness due to bacterial (meningococcal, Haemophilus influenza, pneumococcal, tubercle bacilli, E. coli, Listeria monocytogenes), parasitic (e.g. toxoplasmosis) or fungal infections (e.g. cryptocansoc) infections c ;
Infektionen des Respirationstrakts, d.h. Husten, Auswurf, Kurzatmigkeit etc. aufgrund von bakteriellen (z.B. Pneumo- kokken, Chlamydien, Mycoplasmen), parasitären oder Pilz- Infektionen (z.B. Pneumocystis carinii ) ;Respiratory tract infections, i.e. Cough, expectoration, shortness of breath etc. due to bacterial (e.g. pneumococcal, chlamydia, mycoplasma), parasitic or fungal infections (e.g. Pneumocystis carinii);
Infektionen des Auges, d.h. tränendes Auge, unter Umständen Eiter, getrübtes Sehen etc. Als mögliche Ursache können wie- derum eine Reihe von bakteriellen (z.B. Chlamydien, Gonorrhoe, Staphylococcus aureus) oder parasitären Erregern (z.B. Toxoplasma gondii, Onchocerca volvulus etc.) in Betracht kommen;Infections of the eye, i.e. watery eye, possibly pus, cloudy vision, etc. Again, a number of bacterial (e.g. chlamydia, gonorrhea, Staphylococcus aureus) or parasitic pathogens (e.g. Toxoplasma gondii, Onchocerca volvulus etc.) can be considered as possible causes;
- Durchfall und Gewichtsverlust etc. als Folge von bakteriellen (z.B. Salmonellen, Yersinien, Campylobacter, E.coli, Vibrionen, Clostridien, Bacillus), parasitären (z.B. Amöben, Giardien, Cryptosporidien) oder Pilzinfektionen (Candida);- diarrhea and weight loss etc. as a result of bacterial (e.g. Salmonella, Yersinia, Campylobacter, E.coli, vibrions, clostridia, Bacillus), parasitic (e.g. amoeba, Giardia, Cryptosporidia) or fungal infections (Candida);
- Schmerzen bei der Miktion, Hämaturie etc. als Zeichen einer Harnwegsinfektion, z.B. verursacht durch E.coli, Staphylo- kokken, weitere Enterobacteriaceen wie Proteus mirabilis als bakterielle Erreger, Candida als Pilzvertreter, oder Schistosomen als parasitäre Erreger. Zu dieser Gruppe zählen auch die primär sexuell übertragbaren Erreger, wie z.B. Chlamydien, Gonorrhoe, Syphilis, Mycoplasmen etc.;Pain during micturition, hematuria etc. as a sign of a urinary tract infection, e.g. caused by E. coli, staphylococci, other Enterobacteriaces such as Proteus mirabilis as bacterial pathogen, Candida as fungus representative, or schistosomes as parasitic pathogen. This group also includes primarily sexually transmitted agents, e.g. Chlamydia, gonorrhea, syphilis, mycoplasmas etc .;
Infektionen der Haut, d.h. Hautrötungen, Hautjucken, Bläschenbildung etc. Zurückzuführen auf Pilzinfektionen mit Dermatophyten wie z.B. Trichophyton, Epidermophyton und Microsporon, bakterielle Infektionen (z.B. Staphylococcus aureus oder Steptococcus pyogenes ) oder parasitäre Erkrankungen, z.B. Leishmanien.Skin infections, ie reddening of the skin, itching of the skin, blistering etc. attributable to fungal infections with dermatophytes such as Trichophyton, Epidermophyton and Microsporon, bacterial infections (eg Staphylococcus aureus or Steptococcus pyogenes) or parasitic diseases, e.g. Leishmania.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Erreger speziesspezifisch nachgewiesen werden, wodurch gezieltere und damit häufig nebenwirkungsärmere Behandlungen ermöglicht werden als im Falle breiter angelegter Therapien.By using the method according to the invention, pathogens can be detected in a species-specific manner, as a result of which more targeted and thus often fewer side effects treatments are made possible than in the case of broader therapies.
Unter "biologischen Proben" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Arten von Proben verstanden, in denen eine begrenzte, wohldefinierte Gruppe nachzuweisender Prokaronten oder Eukaryonten vorliegen kann. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der medizinischen Diagnostik kann es sich bei der biologischen Probe z.B. um Blut, Stuhl, Abstriche etc. handeln (z.B. Nachweis von Sepsiserregern in Blut, Nachweis von Protozoen in Blut oder Faeces etc . ) . Beim Nachweis von Lebensmittelkon- taminanten, Pflanzenschädlingen und dergleichen können allgemein tierische oder pflanzliche Gewebe oder Flüssigkeiten, wie z.B. Fleisch oder Fleischsaft, als Probe dienen (z.B. Nachweis von Salmonellen in Fleisch, Nachweis von Pflanzenschädlingen in Saatgut). Ferner kommen Umweltproben wie z.B. Boden- oder Gewässerproben in Betracht. Bei Fischbestandsanalysen oder z.B. zur Artenbestimmung in der Fischzucht und Fischeribiologie kann als biologische Probe etwa auch Fischlaich oder eine Planktonprobe dienen.In the context of the present invention, “biological samples” are understood to mean all types of samples in which a limited, well-defined group of procarotes or eukaryotes to be detected can be present. When using the method according to the invention in medical diagnostics, the biological sample may e.g. blood, stool, smears etc. (e.g. detection of sepsis pathogens in blood, detection of protozoa in blood or faeces, etc.). In the detection of food contaminants, plant pests and the like, animal or plant tissues or liquids, such as e.g. Meat or meat juice, serve as a sample (e.g. detection of Salmonella in meat, detection of plant pests in seeds). Environmental samples such as Soil or water samples into consideration. For fish stock analysis or e.g. fish spawning or a plankton sample can also serve as a biological sample for specifying species in fish farming and fishing biology.
Der Fachmann ist in der Lage, die biologischen Proben zum speziesspezifischen Nachweis von Organismen so auszuwählen, daß die Gruppe der Organismen, die in der Probe vorliegen können, begrenzt und wohldefiniert ist. So sind z.B. bei der Abklärung einer Sepsis die für diese Erkrankung verantwortlichen Erreger bekannt, so daß bei der Untersuchung einer Blutprobe der klinische Verdacht auf Sepsis bestätigt werden kann, wenn man durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eines oder mehrere der in Tab. 1 aufgelisteten Bakterien nachweist. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird somit ein Verfahren zum Nachweis von Sepsiserregern zur Verfügung gestellt, bei dem die biologische Probe Blut ist und die Organismen aus der Gruppe bestehend aus Staphylococcus aureus , Staphy- lococcus epidermidis, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus faecalis, Neisseria meningitidis , Esche- richia coli, Enterobacter spec, Proteus spec, Pseudomonas ae- ruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mendocina, Pseudomonas syringae, Haemophilus influenzae, Haemophilus ducreyi und Bacteroides spec. ausgewählt sind. Vorzugsweise wird das Verfahren durchgeführt, indem man Blut des Patienten in Puffer aufnimmt und die humanen Zellen einer Lyse unterzieht, z.B. unter Verwendung von 1 bis 20 Gew.-% Tween (Polyoxyethylen- Derivate von Sorbitanestern), Triton oder 3-[N-(3-Cholanamido- propyl)-dimethylammonio]-l-propansulfonat (CHAPS). Besonders bevorzugt wird das Blut in Lysispuffer durch Vermischen von 1 Volumenanteil Blut mit 4 Volumenanteilen Lysispuffer aufgenommen, wobei der Lysispuffer aus 109,5 g (0,32 M) Sucrose, 1,221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1,016 g (5 mM) MgCl2 ad 1000 ml destilliertem Wasser (pH 7,5) besteht, man anschließend für 5 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert und anschließend das Gemisch in einem Zentrifugenröhrchen einer geeigneten Menge einer Kissenflüssigkeit einer Dichte von 1,07 g/ml überschichtet und man bei 1500 g für 30 Minuten bei Raumtemperatur zentrifu- giert, wodurch man die Bakterien im Pellet erhält (anreichert). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet man eine Kissenflüssigkeit, von der 100 ml aus 10 ml (1,5 M) NaCl-Lösung (87,6 g NaCl auf 1000 ml), 49,2 ml Percoll mit einer Dichte von 1,13 ± 0,005 g/ml und 40,8 ml destilliertem Wasser bestehen.The person skilled in the art is able to select the biological samples for the species-specific detection of organisms in such a way that the group of organisms which may be present in the sample is limited and well-defined. For example, when a sepsis is being diagnosed, the pathogens responsible for this disease are known, so that the clinical suspicion of sepsis can be confirmed when examining a blood sample if one or more of the bacteria listed in Table 1 are detected by using the method according to the invention , According to a particular embodiment of the invention, a method for the detection of sepsis pathogens is thus provided, in which the biological sample is blood and the organisms from the group consisting of Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus faecalis, Neisseria meningitidis, Escherichia coli, Enterobacter spec, Proteus spec, Pseudomonas ae ruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mendocina, Pseudomonas syringae, Haemophilus influenzae, Haemophilus ducreyi and Bacteroides spec. are selected. The method is preferably carried out by taking blood from the patient in buffer and subjecting the human cells to lysis, for example using 1 to 20% by weight of Tween (polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters), Triton or 3- [N- ( 3-Cholanamido-propyl) -dimethylammonio] -l-propanesulfonate (CHAPS). The blood is particularly preferably taken up in lysis buffer by mixing 1 volume of blood with 4 volumes of lysis buffer, the lysis buffer consisting of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1% ) Triton X-100, 1.016 g (5 mM) MgCl 2 ad 1000 ml distilled water (pH 7.5), then incubated for 5 minutes at room temperature and then the mixture in a centrifuge tube with a suitable amount of a cushion liquid of a density of Layer 1.07 g / ml and centrifuge at 1500 g for 30 minutes at room temperature, whereby the bacteria in the pellet are obtained (enriched). According to a preferred embodiment of the invention, a pillow liquid is used, of which 100 ml from 10 ml (1.5 M) NaCl solution (87.6 g NaCl per 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 ± 0.005 g / ml and 40.8 ml distilled water.
Das Pellet wird vorzugsweise anschließend zweimal mit 0,15 M NaCl-Lösung bei Raumtemperatur gewaschen, bei 1500 g pelletiert, und man verdaut das in TE-Puffer (10 mM Tris-HCl (pH 8), 1 mM Na2EDTA) resuspendierte Bakterienpellet nachfolgend für 2 Stunden bei 56 °C mit Proteinase K, und man inaktiviert die Proteinase K im Anschluß bei 95°C für 15 Minuten, wobei man das erhaltene Lysat, das die bakterielle DNA enthält, entweder unmittelbar in einer Nukleinsäure-Amplifikationstechnik einsetzt oder man zuvor eine weitere Aufreinigung durch Verwendung eines z.B. auf Glas- matrix (Glasmilch) basierenden Aufreinigungssystems zum Aufschluß von Bakterien und/oder zur Elimination von Inhibitoren der Amplifikation durchführt.The pellet is then preferably washed twice with 0.15 M NaCl solution at room temperature, pelleted at 1500 g, and the bacterial pellet resuspended in TE buffer (10 mM Tris-HCl (pH 8), 1 mM Na 2 EDTA) is digested subsequently for 2 hours at 56 ° C. with Proteinase K, and the Proteinase K is inactivated then at 95 ° C. for 15 minutes, the lysate obtained, which contains the bacterial DNA, either being used directly in a nucleic acid amplification technique, or prior to further purification using, for example, a purification system based on glass matrix (glass milk) Digestion of bacteria and / or to eliminate inhibitors of amplification.
Bei der Kissenflüssigkeit kann anstelle von Percoll auch Sucrose oder Ficoll eingesetzt werden. Die Dichte des Kissens sollte in jedem Fall bei 1,07 g/ml liegen.Sucrose or Ficoll can also be used instead of Percoll for the pillow fluid. The density of the pillow should in any case be 1.07 g / ml.
Anschließend wird - wie oben angegeben - eine dem Fachmann allgemein bekannte NAT mit anschließender Kettenabbruchpolymerisa- tion durchgeführt.Subsequently - as stated above - a NAT known to the person skilled in the art with subsequent chain termination polymerization is carried out.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet man als Amplifikationsprimer beim Nachweis von Sepsiserregern das Primerpaar gemäß SEQ ID NO 1 und 2 oder das Primerpaar gemäß SEQ ID NO 3 und 4 aus, wobei das Primerpaar gemäß SEQ ID NO 1 und 2 besonders bevorzugt ist. Für die Kettenabbruchpolymerisation verwendet man vorzugsweise mindestens einen Sequenzierungsprimer aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 (vgl. auch D.J. Lane in "Nucleic Acid Techniques in Bac- terial Systematics " , John Wiley & Sons 1991, S. 115-175). Besonders bevorzugt führt man drei Kettenabbruchpolymerisationen durch, eine Reaktion in Gegenwart der Sequenzierungsprimer gemäß SEQ ID NO 5 und 6 (vorzugsweise mit ddA als Terminator), eine Reaktion mit den Primern gemäß SEQ ID NO 7 , 8, und 9 (vorzugs- weise mit ddG als Terminator), sowie eine Reaktion in Gegenwart der Primer gemäß SEQ ID NO 10 und 11 (vorzugsweise mit ddA als Terminator) .According to a preferred embodiment of the invention, the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 or the primer pair according to SEQ ID NO 3 and 4 is used as the amplification primer when detecting sepsis pathogens, the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 being particularly preferred. For chain termination polymerization, preference is given to using at least one sequencing primer from the group consisting of SEQ ID NO 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 (cf. also DJ Lane in "Nucleic Acid Techniques in Bacterial Systematics", John Wiley & Sons 1991, pp. 115-175). Three chain termination polymerizations are particularly preferably carried out, a reaction in the presence of the sequencing primers according to SEQ ID NO 5 and 6 (preferably with ddA as terminator), a reaction with the primers according to SEQ ID NO 7, 8 and 9 (preferably with ddG as terminator), and a reaction in the presence of the primers according to SEQ ID NO 10 and 11 (preferably with ddA as terminator).
Als Vorteile des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gegenüber der Längenbestimmung von PCR-Fragmenten in einem Agarosegel mit und ohne enzymatischen Restriktionverdau ist insbesondere die erhöhte Spezifität (Nachweissicherheit) zu nennen. Durch den Einsatz eines internen Primers und dessen Elongation (beim Mini- sequencing, s.o.) ergibt sich eine spezifische Erkennung des PCR-Fragments und damit eine erhöhte Sicherheit im Sinne einer eindeutigen Aussage gegenüber der bloßen Längenbestimmug von PCR-Fragmenten ohne Identitätskontrolle wie z.B. bei Gürtler et al. (vgl. Microbiology 142 (1996) 3-16; W096/19585).The advantages of the method of the present invention over the length determination of PCR fragments in an agarose gel with and without enzymatic restriction digestion are in particular to name increased specificity (certainty of detection). The use of an internal primer and its elongation (for mini-sequencing, see above) results in specific recognition of the PCR fragment and thus increased security in the sense of a clear statement compared to the mere length determination of PCR fragments without identity control, such as with Gürtler et al. (see Microbiology 142 (1996) 3-16; W096 / 19585).
Für die Durchführung der NAT (z.B. PCR) sowie der Kettenabbruch- polymerisation des erfindungsgemäßen Verfahrens wird etwa die gleiche Zeit benötigt wie für ein herkömmliches Verfahren mit PCR und nachfolgender Enzymbehandlung (vgl. z.B. Gürtler, a.a.O.). Da der Nachweis bzw. die Längenbestimmung der Elongate jedoch automatisierbar ist (z.B. durch Anwendung der MALDI-TOF- Spektrometrie) , kann die finale Analyse im Sekunden- bis Minutenbereich durchgeführt werden. Demgegenüber ist eine herkömmliche Gelanalyse naturgemäß nur schwer automatisierbar und damit außerdem kostenintensiver als die erfindungsgemäß bereitgestellte Lösung.It takes approximately the same time to carry out NAT (e.g. PCR) and chain termination polymerization of the method according to the invention as for a conventional method with PCR and subsequent enzyme treatment (see e.g. Gürtler, cited above). However, since the detection or length determination of the elongates can be automated (e.g. by using MALDI-TOF spectrometry), the final analysis can be carried out in the seconds to minutes range. In contrast, a conventional gel analysis is naturally difficult to automate and therefore more expensive than the solution provided according to the invention.
Ferner liegt der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß überraschenderweise ein einfaches und allgemein anwendbares Verfahren zur Verfügung gestellt wird, bei dem ein speziesspezifischer Nachweis von Organismen möglich ist, die - je nach Art der (biologischen) Probe - einer begrenzten, wohldefinierten Gruppe von Prokaryonten oder Eukaryonten angehören.Furthermore, the particular advantage of the method according to the invention is that, surprisingly, a simple and generally applicable method is made available, in which a species-specific detection of organisms is possible which - depending on the type of (biological) sample - a limited, well-defined group of Prokaryotes or eukaryotes.
Das gemäß einem Teilaspekt der vorliegenden Erfindung entwickel- te Verfahren zur Isolierung und/oder Anreicherung bakterieller DNA (einschließlich der Aufbereitung bzw. Aufkonzentrierung von Bakterien) kann auch in anderen Anwendungsbereichen als isoliertes Anreicherungsverfahren - insbesondere von biologischen Proben aus der Gruppe bestehend aus Blut oder Blutprodukten, Fleischsaft, Milch, (Ab-)Wasser oder jeder anderen Flüssigkeit, die mit Bakterien belastet sein kann - verwendet werden . Wie bereits erwähnt, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man die biologische Probe gegebenenfalls in Puffer aufnimmt und die nicht-bakterielle Zellen einer Lyse unterzieht, z.B. unter Verwendung von 1 bis 20 Gew.-% Tween (Polyoxyethylen-Derivate von Sorbitanestern), Triton oder 3-[N-( 3-Cholanamidopropyl )- dimethylammonio]-l-propansulfonat (CHAPS). Alternativ kann auch der oben genannte bevorzugte Lysispuffer in denselben oder ähnlichen Volumenanteilen verwendet werden. Nach Inkubation für 5 Minuten bei Raumtemperatur wird das Gemisch anschließend in einem Zentrifugenröhrchen einer geeigneten Menge einer Kissenflüssigkeit (s.o.) überschichtet. Bei der weiteren Aufarbeitung einschließlich Proteinase K-Verdau und anschließender Proteinase K-Inaktivierung verfährt man vorzugsweise wie oben am Beispiel der Sepsiserreger angegeben. Das so erhaltene Lysat kann z.B. entweder unmittelbar in einer Nukleinsäure-Amplifikationstechnik eingesetzt werden, gegebenenfalls kann eine weitere Aufreinigung durch Verwendung eines z.B. auf Glasmatrix basierenden Aufreini- gungssystems zum Aufschluß von Bakterien und/oder zur Elimination von Inhibitoren der Amplifikation durchgeführt werden.The method for isolating and / or enriching bacterial DNA (including the preparation or concentration of bacteria) developed according to a partial aspect of the present invention can also be used as an isolated enrichment method in other areas of application - in particular of biological samples from the group consisting of blood or blood products , Meat juice, milk, (waste) water or any other liquid that may be contaminated with bacteria. How already mentioned, the method is characterized in that the biological sample is optionally taken up in buffer and the non-bacterial cells are subjected to lysis, for example using 1 to 20% by weight of tween (polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters), triton or 3- [N- (3-Cholanamidopropyl) dimethylammonio] 1-propanesulfonate (CHAPS). Alternatively, the preferred lysis buffer mentioned above can also be used in the same or similar volume fractions. After incubation for 5 minutes at room temperature, the mixture is then overlaid in a centrifuge tube with a suitable amount of a pillow liquid (see above). In the further processing, including proteinase K digestion and subsequent proteinase K inactivation, the procedure is preferably as described above using the example of the sepsis pathogen. The lysate obtained in this way can, for example, either be used directly in a nucleic acid amplification technique; if appropriate, a further purification can be carried out by using a purification system based, for example, on a glass matrix for disrupting bacteria and / or for eliminating amplification inhibitors.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Anreicherungsverfahrens bestehen darin, daß die Abtrennung einer großen, z.B. aus Blutzellen stammenden DNA-Menge ermöglicht wird. Ferner gelingt in vorteilhafter Weise die Entfernung von z.B. aus Blut stammenden Stoffen (Häm etc.), die die Durchführbarkeit von Nukleinsäuream- plifikationstechniken hemmen können.The advantages of the enrichment process according to the invention are that the separation of a large, e.g. amount of DNA derived from blood cells is made possible. Furthermore, the removal of e.g. substances derived from blood (heme etc.) that can inhibit the feasibility of nucleic acid amplification techniques.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden ferner Kits zur Durchführung der oben genannten Verfahren zur Verfügung ge- stellt.Within the scope of the present invention, kits for carrying out the above-mentioned methods are also provided.
Ein Kit zur Durchführung des Verfahrens zur Aufbereitung und/oder Aufkonzentrierung von Bakterien aus biologischen Proben - insbesondere von Blut oder Blutprodukten, Fleischsaft, Milch, (Ab-)Wasser oder jeder anderen Flüssigkeit, die mit Bakterien belastet sein kann - enthält a) Lysispuffer enthaltend 1 bis 20 Gew.-% Tween (Polyoxy- ethylen-Derivate von Sorbitanestern), Triton ® oder 3-Contains a kit for carrying out the method for the preparation and / or concentration of bacteria from biological samples - in particular of blood or blood products, meat juice, milk, (waste) water or any other liquid which may be contaminated with bacteria a) lysis buffer containing 1 to 20% by weight of tween (polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters), Triton® or 3-
[N-( 3-Cholanamidopropyl ) -dimethylammonio] -1-propansul- fonat (CHAPS),[N- (3-cholanamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate (CHAPS),
b) Zentrifugenröhrchen,b) centrifuge tubes,
c) Kissenflüssigkeit einer Dichte von 1,07 g/ml, die ver- wendet wird, um die biologische Probe darüber zu schichten.c) Pillow fluid with a density of 1.07 g / ml, which is used to layer the biological sample over it.
Besonders bevorzugt besteht der Lysispuffer des Kits aus 109,5 g (0,32 M) Sucrose, 1,221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1,016 g (5 mM) MgCl2 ad 1000 ml destilliertem Wasser (pH 7,5).The lysis buffer of the kit particularly preferably consists of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1.016 g (5 mM) MgCl 2 ad 1000 ml of distilled water (pH 7.5).
Die Kissenflüssigkeit des Kits besteht vorzugsweise aus 10 ml 1,5 M NaCl-Lösung (87,6 g NaCl auf 1000 ml), 49,2 ml Percoll mit einer Dichte von 1,13 + 0,005 g/ml, 40,8 ml destilliertem Wasser (je 100 ml Kissenflüssigkeit).The pillow fluid of the kit preferably consists of 10 ml 1.5 M NaCl solution (87.6 g NaCl per 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 + 0.005 g / ml, 40.8 ml distilled Water (100 ml pillow liquid).
Die Kits zur Durchführung des Verfahrens zur Isolierung und/oder Anreicherung bakterieller DNA kann gegebenenfalls weitere Be- standteile enthalten, die zur (weiteren) Probenaufbereitung benötigt werden oder zweckmäßig sind. So enthalten die Kits zusätzlich Bestandteile zum Aufschluß der Bakterien und gegebenenfalls zur DNA-Reinigung (insbesondere zur Elimination von Inhibitoren der Amplifikation) oder dergleichen, wie z.B. Be- standteile von auf Glasmatrix basierenden kommerziellen Aufrei- nigungs-Systemen (z.H. QIAamp DNA Kit). Bevorzugt enthält ein solcher Kit ferner Proteinase K zum Aufschluß der Bakterien.The kits for carrying out the method for isolating and / or enriching bacterial DNA can optionally contain further constituents which are required or are expedient for (further) sample preparation. The kits additionally contain components for disrupting the bacteria and, if appropriate, for DNA purification (in particular for eliminating amplification inhibitors) or the like, e.g. Components of glass matrix-based commercial purification systems (e.g. QIAamp DNA Kit). Such a kit preferably also contains proteinase K for disrupting the bacteria.
Ein Kit zur Durchführung des Verfahrens zum speziesspezifischen Nachweis von Prokaryonten oder Eukaryonten aus biologischen Proben oder Umweltproben enthält - gegebenenfalls zusätzlich zu den Bestandteilen eines oben genannten Kits zur Durchführung des DNA-Aufarbeitungs- bzw. Anreicherungsverfahrens - folgende Bestandteile:A kit for performing the method for species-specific detection of prokaryotes or eukaryotes from biological or environmental samples contains - if necessary in addition to Components of an above-mentioned kit for carrying out the DNA processing or enrichment process - the following components:
a) Gefäße und Bestandteile zur Durchführung einer NAT, einschließlich der Amplifikationsprimer, wobei die Amplifikationsprimer Sequenzen enthalten, die bei den betreffenden, nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert sind,a) Vessels and components for carrying out a NAT, including the amplification primers, the amplification primers containing sequences which are conserved in the relevant prokaryotes or eukaryotes to be detected,
b) Gefäße und Bestandteile zur Durchführung einer oder mehrerer Kettenabbruchpolymerisationen, einschließlich ein oder mehrere (ggf. markierte bzw. unterschiedlich markierte) Sequenzierprimer (vorzugsweise mit einer Länge von 15 bis 30 Nukleotiden) , der/die mit einem Bereich innerhalb der zu amplifizierenden Sequenzen hybridisiert/hybridisieren, der bei den nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert ist.b) Vessels and components for carrying out one or more chain termination polymerizations, including one or more (optionally labeled or differently labeled) sequencing primers (preferably with a length of 15 to 30 nucleotides) which hybridize with a region within the sequences to be amplified / hybridize, which is conserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected.
Der Kit enthält zur Durchführung der Kettenabbruchpolymerisationen entweder 1 , 2 , oder 3 der vier möglichen Desoxyribonu- kleosidtriphosphate (dNTPs) oder alle vier möglichen dNTPs, wobei ein dNTP durch ein Kettenabbruch-Desoxyribonukleosidtri- phosphat (wie z.B. ein ddNTP, 3 'O-Methyl-NTP, 3 ' -Amino-NTP oder dergleichen) ersetzt ist.To carry out the chain termination polymerizations, the kit contains either 1, 2 or 3 of the four possible deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs) or all four possible dNTPs, a dNTP being replaced by a chain termination deoxyribonucleoside triphosphate (such as, for example, a ddNTP, 3'O-methyl -NTP, 3 '-amino-NTP or the like) is replaced.
Der Kit umfaßt gegebenenfalls ferner Bestandteile zur Bestimmung der Elongatlänge (z.B. zur Durchführung einer Elektrophorese) bzw. entsprechende Bestandteile, die erforderlich oder nützlich sind, um die Proben für entsprechende Verfahren, mit denen die Elongatlänge ermittelt werden kann, vorzubereiten. Solche Bestandteile ergeben sich für den Fachmann aus der obigen Beschreibung des Verfahrens zum speziesspezifischen Nachweis von Prokaryonten oder Eukaryonten, auf die in diesem Zusammenhang ausdrücklich Bezug genommen wird. Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Kit z.B. um einen Kit zum Nachweis von Prokaryonten, insbesondere von Sepsiserregern, der als Amplifikationsprimer zwei hoch-konservierte Sequenzen aus der rRNA-Region, vorzugsweise die Amplifikationsprimer gemäß SEQ ID NO 1 und 2 oder gemäß SEQ ID NO 3 und 4 (wobei das Primerpaar gemäß SEQ ID NO 1 und 2 besonders bevorzugt ist), und/oder mindestens einen Sequenzierungsprimer, der mit einem konservierten Bereich der rRNA-Region hybridisiert, vorzugsweise mindestens einen Sequen- zierungsprimer aus der Gruppe bestehend aus SEQ ID NO 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 (wobei Mischungen bzw. Gemische der Sequenzierungsprimer gemäß SEQ ID NO 5 und 6, 7 bis 9 sowie 10 und 11 in einem einzigen oder getrennten Behältern besonders bevorzugt sind) enthält.The kit optionally also includes components for determining the elongate length (for example for performing electrophoresis) or corresponding components which are necessary or useful in order to prepare the samples for corresponding methods with which the elongate length can be determined. Such constituents result for the person skilled in the art from the above description of the method for the species-specific detection of prokaryotes or eukaryotes, to which express reference is made in this connection. According to a particular embodiment of the invention, the kit is, for example, a kit for the detection of prokaryotes, in particular of sepsis pathogens, which as amplification primer contains two highly conserved sequences from the rRNA region, preferably the amplification primers according to SEQ ID NO 1 and 2 or according to SEQ ID NO 3 and 4 (the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 being particularly preferred), and / or at least one sequencing primer which hybridizes with a conserved region of the rRNA region, preferably at least one sequencing primer from the group consisting of SEQ ID NO 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 (mixtures or mixtures of the sequencing primers according to SEQ ID NO 5 and 6, 7 to 9 and 10 and 11 in a single or separate container are particularly preferred ) contains.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with the aid of examples.
Beispiel 1example 1
Verfahren zur Anreicherung von Mikroorganismen in biologischen Proben:Procedure for the enrichment of microorganisms in biological samples:
Im vorliegenden Beispiel wurden Bakterien aus Blut aufbereitet bzw. angereichert. Dazu wurde Blut zunächst in Lysispuffer aufgenommen, der aus 109,5 g (0,32 M) Sucrose, 1,221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1,016 g (5 M) MgCl2 ad 1000 ml destilliertem Wasser (pH 7,5) bestand, wobei ein Anteil Blut mit vier Anteilen Lysispuffer (also z.B. 3 ml Blut mit 12 ml Lysispuffer) vermischt und für 5 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert wurde.In the present example, bacteria from blood were prepared or enriched. For this purpose, blood was first taken up in lysis buffer, which consisted of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1.016 g (5 M) MgCl 2 to 1000 ml of distilled water (pH 7.5) consisted of one part of blood mixed with four parts of lysis buffer (eg 3 ml of blood with 12 ml of lysis buffer) and incubated for 5 minutes at room temperature.
Anschließend wurde das Blut-Lysispuffer-Gemisch auf ein Kissen (5 ml) gegeben und die gesamte Lösung bei 1500 g für 30 Minuten bei Raumtemperatur (RT) zentrifugiert . 100 ml der Kissenflüssigkeit setzten sich wie folgt zusammen: 10 ml (1,5 M) NaCl-Lösung (87,6 g NaCl auf 1000 ml), 49,2 ml Percoll mit einer Dichte von 1,13 g/ml (+/- 0.005 g/ml), 40,8 ml destilliertes Wasser. Statt Percoll kann auch Sucrose oder Ficoll eingesetzt werden. Die Dichte des Kissens sollte in jedem Fall bei 1,07 g/ml liegen.The blood-lysis buffer mixture was then placed on a cushion (5 ml) and the entire solution at 1500 g for 30 minutes centrifuged at room temperature (RT). 100 ml of the pillow liquid is composed as follows: 10 ml (1.5 M) NaCl solution (87.6 g NaCl per 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 g / ml (+ / - 0.005 g / ml), 40.8 ml distilled water. Sucrose or Ficoll can also be used instead of Percoll. The density of the pillow should in any case be 1.07 g / ml.
Das Pellet, in dem sich die Bakterien befanden, wurde zweimal bei RT mit 0,15 M NaCl gewaschen und bei 1500 g pelletiert.The pellet in which the bacteria were found was washed twice at RT with 0.15 M NaCl and pelleted at 1500 g.
Anschließend erfolgte Proteinase K-Verdau des in TE-Puffer (10 M Tris-HCl (pH 8), 1 mM Na2EDTA) resuspendierten Bakterienpellets bei 56 °C für zwei Stunden, und die Proteinase K wurde im Anschluß bei 95°C für 15 Minuten inaktiviert. Das erhaltene Lysat wurde dann in der Amplifikation eingesetzt. Alternativ können auch auf Glasmatrix basierende kommerzielle Aufreini- gungs-Systeme (z.H. QIAamp DNA Kit) zum Aufschluß der Bakterien und zur Elimination von Inhibitoren der Amplifikation eingesetzt werden .Then proteinase K digestion of the bacterial pellet resuspended in TE buffer (10 M Tris-HCl (pH 8), 1 mM Na 2 EDTA) took place at 56 ° C. for two hours, and the proteinase K was subsequently at 95 ° C. for Disabled for 15 minutes. The lysate obtained was then used in the amplification. Alternatively, commercial purification systems based on glass matrix (eg QIAamp DNA Kit) can also be used to digest the bacteria and to eliminate inhibitors of the amplification.
Beispiel 2Example 2
Nachweis von Mikroorganismen durch PCR-gestützte Amplifikation und anschließende Elongation der Amplifikate:Detection of microorganisms by PCR-supported amplification and subsequent elongation of the amplificates:
Die in Beispiel 1 erhaltene bakterielle DNA wurde einer PCR- Amplifikation unterzogen, und die erhaltenen Amplifikate wurden anschließend in einer Kettenabbruchpolymerisation eingesetzt. Diese Methoden und die Bedingungungen, unter denen diese Metho- den durchgeführt werden, sind dem Fachmann wohlbekannt (vgl. z.B. Garcia-Pichel et al., Arch. Microbiol . 169 (1998) 469-482; Cha et al., PCR Methods and Application 3 (1993) S18-29 (Manual Supplement); Tracy et al., Bio Techniques 11 (1) (1991) 68-75). A. Nukleinsäure-Amplifikation:The bacterial DNA obtained in Example 1 was subjected to PCR amplification, and the amplificates obtained were then used in a chain termination polymerization. These methods and the conditions under which these methods are carried out are well known to the person skilled in the art (cf., for example, Garcia-Pichel et al., Arch. Microbiol. 169 (1998) 469-482; Cha et al., PCR Methods and Application 3 (1993) S18-29 (Manual Supplement); Tracy et al., Bio Techniques 11 (1) (1991) 68-75). A. Nucleic acid amplification:
Mit Hilfe der PCR wurde die 16S rRNA-Region mit zwei hochkonservierten Primern amplifiziert. Dazu wurden ein 16S-5 'terminaler (SEQ ID NO 1) und ein 16S-3 'terminaler Primer (SEQ ID NO 2) kombiniert, wobei einer der beiden PCR-Primer (hier der 16S- 5'terminale Primer) ein zur Immoblisierung geeignetes Derivat, z.B. Biotin, enthielt.The 16S rRNA region was amplified with the aid of PCR using two highly conserved primers. For this purpose, a 16S-5 'terminal (SEQ ID NO 1) and a 16S-3' terminal primer (SEQ ID NO 2) were combined, one of the two PCR primers (here the 16S- 5 'terminal primer) being used for immobilization suitable derivative, e.g. Biotin contained.
Anstelle der 16S rRNA kann auch der 16S-23S-rRNA-Spacer amplifi- ziert werden, gegebenenfalls mit den Primern gemäß SEQ ID NO 3 (16S-proximaler Primer) und SEQ ID NO 4 ( 23S-proximaler Primer).Instead of the 16S rRNA, the 16S-23S rRNA spacer can also be amplified, optionally with the primers according to SEQ ID NO 3 (16S proximal primer) and SEQ ID NO 4 (23S proximal primer).
Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß durch Modifika- tion der Oligonukleotide (wobbles, Mismatches, Biotin-, Digoxy- genin- oder Fluoresceinmarkierung etc.), das Ergebnis der PCR nicht grundlegend beeinflußt wird.It is obvious to the person skilled in the art that the result of the PCR is not fundamentally influenced by modification of the oligonucleotides (wobbles, mismatches, biotin, digoxygenin or fluorescein labeling, etc.).
Die a plifizierten rRNA-Bereiche wurden nachfolgend einer Elon- gation unterzogen.The aplified rRNA areas were subsequently subjected to an elongation.
B. Elongation der AmplifikateB. Elongation of the amplificates
Zur Elongation der amplifizierten Spacer-Sequenzen wurden Oligo- nukleotide als Sequenzierungsprimer eingesetzt, die universell konserviert sind oder zumindest bei allen Zielorganismen innerhalb der zu erfassenden Gruppe vorhanden sind. Nach Elongation mit einer Polymerase - unter Weglassung eines der vier natürlichen Nukleosidtriphosphate oder in Anwesenheit eines Terminator- Nukleosidtriphosphats (z.B. ddNTP) - entstanden Produkte mit unterschiedlicher, charakteristischer Länge.To elongate the amplified spacer sequences, oligonucleotides were used as sequencing primers, which are universally preserved or at least are present in all target organisms within the group to be detected. After elongation with a polymerase - leaving out one of the four natural nucleoside triphosphates or in the presence of a terminator nucleoside triphosphate (e.g. ddNTP) - products with different, characteristic lengths were created.
Zur Elongation wurden vorliegend jeweils die folgenden Sequenzierungsprimer verwendet, die zu 16S rRNA-Sequenzen komplementär sind, die bei allen Bakterien (Bacteria und Archaea) universell vorkommen (vgl . auch D.J . Lane, a.a.O.): 109r: SEQ ID NO 5 (109rl) und SEQ ID NO 6 (109r2) 685r: SEQ ID NO 7 (685rl), SEQ ID NO 8 (685r2), SEQ ID NO 9 (685r3) .The following sequencing primers, which are complementary to 16S rRNA sequences which are universal in all bacteria (Bacteria and Archaea), were used for elongation in the present case (see also DJ Lane, loc. Cit.): 109r: SEQ ID NO 5 (109rl) and SEQ ID NO 6 (109r2) 685r: SEQ ID NO 7 (685rl), SEQ ID NO 8 (685r2), SEQ ID NO 9 (685r3).
Zur Elongation wurden ferner zwei unterschiedlich markierte Sequenzierungsprimer 1475rs (SEQ ID NO 10) und 1475rh (SEQ ID NO 11 ) verwendet .Two differently labeled sequencing primers 1475r s (SEQ ID NO 10) and 1475r h (SEQ ID NO 11) were also used for elongation.
1475rs ist - innerhalb der Sepsis-Erreger - für die Gruppe der Gram-positiven Kokken spezifisch. 1475r ist - innerhalb der Sepsis-Erreger - für die Gruppe Haemophilus spezifisch.1475r s is - within the sepsis pathogen - specific for the group of gram-positive cocci. 1475r is - within the sepsis pathogen - specific for the group Haemophilus.
Die entsprechenden 16S rRNA-Sequenzen wurden ausgewählt, da direkt benachbart sehr divergente Sequenzen vorhanden sind, d.h. Sequenzen, die für eine speziesspezifische Unterscheidung von Mikroorganismen (Bakterien) verwendet werden können.The corresponding 16S rRNA sequences were selected because there are very divergent sequences directly adjacent, i.e. Sequences that can be used for a species-specific differentiation of microorganisms (bacteria).
Für Sequenzierungsprimer 109r wurden die Nukleosidtriphosphate dGTP, dCTP, dTTP entweder allein oder unter Zusatz von ddATP (wie in in der Tab. 1 angegeben) eingesetzt. Bei Verwendung von dGTP, dCTP und dTTP alleine sind die in Tab. 1 angegebenen Werte um eine Nukleotideinheit zu verringern.For sequencing primer 109r, the nucleoside triphosphates dGTP, dCTP, dTTP were used either alone or with the addition of ddATP (as indicated in Table 1). When using dGTP, dCTP and dTTP alone, the values given in Table 1 must be reduced by one nucleotide unit.
Für Sequenzierungsprimer 685r wurden die Nukleosidtriphosphate dATP, dCTP, dTTP entweder allein, oder unter Zusatz von ddGTP (wie in in der Tab. 1 angegeben) eingesetzt. Bei Verwendung von dGTP, dCTP und dTTP alleine sind die in Tab. 1 angegebenen Werte um eine Nukleotideinheit zu verringern.For sequencing primer 685r, the nucleoside triphosphates dATP, dCTP, dTTP were used either alone or with the addition of ddGTP (as indicated in Table 1). When using dGTP, dCTP and dTTP alone, the values given in Table 1 must be reduced by one nucleotide unit.
Für Sequenzierungsprimer 1475r wurden die Nukleosidtriphosphate dGTP, dCTP, dTTP entweder allein oder unter Zusatz von ddATP (wie in in der Tab. 1 angegeben) eingesetzt. Bei Verwendung von dGTP, dCTP und dTTP alleine sind die in Tab. 1 angegebenen Werte um eine Nukleotideinheit zu verringern.For sequencing primer 1475r, the nucleoside triphosphates dGTP, dCTP, dTTP were used either alone or with the addition of ddATP (as indicated in Table 1). When using dGTP, dCTP and dTTP alone, the values given in Table 1 must be reduced by one nucleotide unit.
Die Elongationsreaktionen wurden unter dem Fachmann allgemein bekannten Bedingungen durchgeführt (vgl. z.B. Fu et al., a.a.O. ) .The elongation reactions were common among those skilled in the art known conditions carried out (see, for example, Fu et al., loc. cit.).
Die mit den oben genannten Primern erhaltenen Oligonukleotid- Elongate sind nachfolgend in Tab. 1 angegeben.The oligonucleotide elongates obtained with the above-mentioned primers are shown in Table 1 below.
Im vorliegenden Beispiel wurden die Elongate durch Fluoreszenz- detektion oder Massenspektrometrie nachgewiesen. Es war eine eindeutige Differenzierung zwischen Pseudomonas aeruginosa (Elongate von 10 und 4 Basen) und Haemophilus influenzae (Elongate von 6 und 3 Basen) möglich (s. Tab. 1).In the present example, the elongates were detected by fluorescence detection or mass spectrometry. A clear differentiation between Pseudomonas aeruginosa (elongates of 10 and 4 bases) and Haemophilus influenzae (elongates of 6 and 3 bases) was possible (see Table 1).
Der zunächst unter Verwendung der Primer 109r und 685r gemäß Beispiel 2 erhaltene Datensatz ermöglichte keine Unterscheidung zwischen Staphylococcus aureus und Staphylococcus epidermidis . Diese ist jedoch unverzichtbar und wurde durch den zusätzlichen Einsatz des gruppenspezifischen Primers 1475rs erreicht. Ebenso war eine Unterscheidung der beiden Haemophilus Species durchThe data set initially obtained using primers 109r and 685r according to Example 2 made it impossible to distinguish between Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis. However, this is indispensable and was achieved through the additional use of the group-specific primer 1475r s . A distinction was also made between the two Haemophilus species
Verwendung des Primers 1475r möglich (vgl. Tab. 1).Primer 1475r can be used (see Table 1).
Die in Tab. 1 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß bei Verwendung der Sequenz-spezifischen Primer charakteristische Elongate erhalten werden, die eine Differenzierung unterschiedlicher Erreger gestatten.The results shown in Tab. 1 show that when using the sequence-specific primers, characteristic elongates are obtained which allow differentiation of different pathogens.
Mit den in Tab. 1 aufgeführten Spezies sind ca. 80 % aller typischer Sepsis-Fälle erfaßt (Geerdes-Fenge et al. (1994) Chemot- her. J. 3, 131-143). Ein Nachweis der Sepsis ist somit unter Verwendung von nur drei Sequenz-spezifischen Primern, vorzugs- weise 109r, 685r und 1475r, möglich. Tab. Sequenz-spezifische Oligonukleotid-Elongate innerhalb von 16S rRNÄ-RegionenAbout 80% of all typical sepsis cases are recorded with the species listed in Table 1 (Geerdes-Fenge et al. (1994) Chemother. J. 3, 131-143). Detection of sepsis is therefore possible using only three sequence-specific primers, preferably 109r, 685r and 1475r. Tab. Sequence-specific oligonucleotide elongates within 16S rRNÄ regions
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'"Mischung aus 109rl und 109r2, b) Mischung aus 685rl, 685r2 und 685r3, c) Mischung aus 1475rs und 1475rh (14)": Nur ein Isolat in dieser relativ heterogenen Gattung ergibt diese Elongatlänge. '"Mixture of 109rl and 109r2, b) Mixture of 685rl, 685r2 and 685r3, c) Mixture of 1475r s and 1475r h (14)": Only one isolate in this relatively heterogeneous genus gives this elongate length.

Claims

Patentansprüche: claims:
Verfahren zum spezies-spezifischen Nachweis von Prokaryonten oder Eukaryonten mit Hilfe von Nukleinsäure-Amplifikations- techniken, dadurch gekennzeichnet, daß man folgende Schritte durchführt:Method for the species-specific detection of prokaryotes or eukaryotes with the aid of nucleic acid amplification techniques, characterized in that the following steps are carried out:
a) Amplifikation der DNA aus biologischen Proben mit Hilfe einer Nukleinsäure-Amplifikationstechnik,a) amplification of the DNA from biological samples using a nucleic acid amplification technique,
wobei man einen Bereich der DNA amplifiziert, der durch konservierte Sequenzen begrenzt ist, unter Verwendung von Amplifikationsprimern, die die konservierten Sequenzen enthalten,amplifying a region of DNA delimited by conserved sequences using amplification primers containing the conserved sequences,
b) Zugabe eines Sequenzierprimers zu den Amplifikaten, der mit einem Bereich innerhalb der amplifizierten Sequenzen hybridisiert, der bei den nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert ist, wobei der Sequenzierprimer so gewählt ist, daß für die nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten jeweils unterschiedliche Elongate erhalten werden, wenn man eine Kettenabbruchpolymerisation durchführt, bei der man 1, 2, oder 3 der vier möglichen dNTPs verwendet oder von den vier möglichen dNTPs eines durch ein Kettenabbruch-NTP ersetzt,b) adding a sequencing primer to the amplificates which hybridizes with a region within the amplified sequences which is conserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected, the sequencing primer being chosen such that different elongates are obtained for the prokaryotes or eukaryotes to be detected if a chain termination polymerization is carried out using 1, 2 or 3 of the four possible dNTPs or one of the four possible dNTPs is replaced by a chain termination NTP,
c) Bestimmung der Länge der erhaltenen Elongate,c) determining the length of the elongates obtained,
wobei man die Prokaryonten oder Eukaryonten dadurch nachweist, daß die erhaltenen Elongate mit den für die jeweiligen Prokaryonten oder Eukaryonten aufgrund ihrer Sequenz zu erwartenden Elongate übereinstimmen,the prokaryotes or eukaryotes being detected by the elongates obtained matching the elongates to be expected for the respective prokaryotes or eukaryotes based on their sequence,
d) wobei man gegebenenfalls einen oder mehrere weitere Sequenzierprimer verwendet, der/die mit einem Bereich/Bereichen innerhalb der amplifizierten Sequenzen hybridi- sert/hybridisieren, der/die bei den nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert ist/konserviert sind,d) one or more further sequencing primers optionally being used which hybridize with a region / regions within the amplified sequences sert / hybridize which is / are preserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected,
wobei der/die weitere/weiteren Sequenzierprimer so gewählt ist/sind, daß für die nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten jeweils unterschiedliche Elongate erhalten werden, wenn man eine Kettenabbruchpolymerisation durchführt, bei der man 1, 2, oder 3 der vier möglichen dNTPs verwendet oder von den vier möglichen dNTPS eines durch ein Kettenabbruch-NTP ersetzt,the further / further sequencing primer is / are selected such that different elongates are obtained in each case for the prokaryotes or eukaryotes to be detected, if a chain termination polymerization is carried out using 1, 2 or 3 of the four possible dNTPs or of the four possible dNTPS one replaced by a chain termination NTP,
und wobei durch Verwendung des/der weiteren Sequenzierprimers/Sequenzierprimer für die jeweils nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten jeweils unterschiedliche Elongatmuster erhalten werden,and wherein by using the further sequencing primer / sequencing primer different elongate patterns are obtained for the respective prokaryotes or eukaryotes,
e) Bestimmung der Länge der erhaltenen Elongate,e) determining the length of the elongates obtained,
wobei man die Prokaryonten oder Eukaryonten dadurch nachweist, daß die bei Verwendung mehrerer Sequenzierprimer erhaltenen Elongatmuster mit den für die jeweiligen Prokaryonten oder Eukaryonten aufgrund ihrer Sequenz zu erwartenden Elongatmustern übereinstimmen.the prokaryotes or eukaryotes being detected by the fact that the elongate patterns obtained when using several sequencing primers match the elongate patterns to be expected for the respective prokaryotes or eukaryotes based on their sequence.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Amplifikation eine Anreicherung, Aufkonzentrierung und/oder Vermehrung der nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten und/oder eine Isolierung und/oder Anreicherung der DNA vornimmt.2. The method according to claim 1, characterized in that one carries out an enrichment, concentration and / or multiplication of the prokaryotes or eukaryotes to be detected and / or isolation and / or enrichment of the DNA before the amplification.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Nukleinsäure-Amplifikationstechnik aus der Gruppe bestehend aus PCR, bDNA, LCR, 3SR, SDA oder NASBA ausgewählt ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that nucleic acid amplification technology is selected from the group consisting of PCR, bDNA, LCR, 3SR, SDA or NASBA.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Sequenzierprimer verwendet und man bei der Kettenabbruchreaktion von den vier möglichen dNTPs eines durch ein Kettenabbruch-NTP ersetzt, wobei man die Polymerisation in Gegenwart aller Sequenzierprimer durchführt, wobei die Sequenzierprimer jeweils unterschiedliche Markierungen tragen .4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that several sequencing primers are used and one of the four possible dNTPs is replaced by a chain terminating NTP in the chain termination reaction, the polymerization being carried out in the presence of all sequencing primers, the sequencing primers in each case wear different markings.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß der/die Sequenzierprimer eine Länge von 15 bis 30 Nukleotiden aufweist/aufweisen.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the sequencing primer has / have a length of 15 to 30 nucleotides.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kettenabbruch-NTP Didesoxyribonukleosidtri- phosphat (ddNTP), 3 'O-Methyl-NTP oder 3 ' -Amino-NTP ist.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the chain termination NTP is dideoxyribonucleoside triphosphate (ddNTP), 3 'O-methyl-NTP or 3' -amino-NTP.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß man die Länge der Elongate mit Hilfe elektrophore- tischer Methoden, durch massenspektrometrischen Nachweis oder durch Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie bestimmt.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the length of the elongates is determined by means of electrophoresis methods, by mass spectrometric detection or by fluorescence correlation spectroscopy.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Elongate durch Matrix-assisted laser desorption ionization time of flight spectrometry (MALDI-TOF-Spektrometrie) bestimmt.8. The method according to claim 7, characterized in that the length of the elongates is determined by matrix-assisted laser desorption ionization time of flight spectrometry (MALDI-TOF spectrometry).
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der amplifizierte DNA-Bereich rDNA ist.9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that the amplified DNA region is rDNA.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der DNA-Bereich die rRNA-Spacerregion ist.10. The method according to claim 9, characterized in that the DNA region is the rRNA spacer region.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Amplifikationsprimer das Primerpaar gemäß SEQ ID NO 1 und 2 oder das Primerpaar gemäß SEQ ID NO 3 und 4 verwendet . 11. The method according to claims 1 to 9, characterized in that the primer pair according to SEQ ID NO 1 and 2 or the primer pair according to SEQ ID NO 3 and 4 is used as the amplification primer.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Kettenabbruchpolymerisation durchführt und den/die Sequenzierungsprimer aus der Gruppe bestehend aus Sequenzierungsprimern gemäß SEQ ID NO 5 , 6, 7, 8, 9, 10 und 11 auswählt.12. The method according to claims 1 to 11, characterized in that one carries out at least one chain termination polymerization and the / the sequencing primer from the group consisting of sequencing primers according to SEQ ID NO 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11 is selected.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß daß es ein Verfahren zum spezies-spezifischen Nachweis von Eukaryonten ist und der amplifizierte DNA-Bereich das Cytochrom b-Gen aus Mitochondrien ist.13. The method according to claims 1 to 8, characterized in that it is a method for the species-specific detection of eukaryotes and the amplified DNA region is the cytochrome b gene from mitochondria.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Verfahren zum Nachweis von Sepsiserregern ist, bei dem die biologische Probe Blut ist und die Organismen aus der Gruppe bestehend aus Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus faecalis, Neisseria meningi- tidis, Escherichia coli, Enterobacter spec, Proteus spec, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mendocina, Pseudomonas syringae, Haemophilus influenzae, Haemophilus ducreyi und Bacteroides spec. ausgewählt sind.14. The method according to claims 1 to 12, characterized in that it is a method for the detection of sepsis pathogens, in which the biological sample is blood and the organisms from the group consisting of Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Enterococcus faecalis, Neisseria meningitidis, Escherichia coli, Enterobacter spec, Proteus spec, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mendocina, Pseudomonas syringae, Haemophilus influenzae, Haemophilus ducreyi and Bacteroides spec. are selected.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man Blut in einer geeigneten Menge Lysispuffer durch Vermischen von 1 Volumenanteil Blut mit 4 Volumenanteilen Lysispuffer aufnimmt, wobei der Lysispuffer aus 109,5 g (0,32 M) Sucrose, 1,221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1,016 g (5 mM) MgCl2 ad 1000 ml destilliertem Wasser (pH 7,5) besteht, man anschließend für 5 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert und anschließend das Gemisch in einem Zentrifugenröhrchen einer geeigneten Menge einer Kissenflüssigkeit überschichtet, wobei 100 ml der Kissenflüssigkeit aus 10 ml (1,5 M) NaCl-Lösung (87,6 g NaCl auf 1000 ml), 49,2 ml Percoll mit einer Dichte von 1,13 + 0,005 g/ml, 40,8 ml destillierte Wasser bestehen, und man bei 1500 g für 30 Minuten bei Raumtemperatur zentrifugiert, man das Pellet zweimal mit 0,15 M NaCl-Lösung bei Raumtemperatur wäscht, man bei 1500 g pelletiert und man das in TE-Puffer resuspendierte Bakterienpellet nachfolgend für 2 Stunden bei 56 °C mit Proteinase K verdaut und man die Proteinase K im Anschluß bei 95 °C für 15 Minuten inaktiviert, wobei man das erhaltene Lysat entweder unmittelbar in einer Nukleinsäure-Amplifikationstechnik einsetzt oder man zuvor einer weiteren Aufreinigung durch Verwendung eines auf Glasmatrix basierenden Aufreinigungs- systems zum Aufschluß von Bakterien und/oder Elimination von Inhibitoren der Amplifikation durchführt.15. The method according to claim 14, characterized in that blood is taken up in a suitable amount of lysis buffer by mixing 1 volume part of blood with 4 volume parts of lysis buffer, the lysis buffer consisting of 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1.016 g (5 mM) MgCl 2 ad 1000 ml distilled water (pH 7.5), then incubated for 5 minutes at room temperature and then the mixture In a centrifuge tube, overlay a suitable amount of a pillow liquid, with 100 ml of the pillow liquid consisting of 10 ml (1.5 M) NaCl solution (87.6 g NaCl per 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 + 0.005 g / ml, 40.8 ml of distilled water, and centrifuged at 1500 g for 30 minutes at room temperature, the pellet was washed twice with 0.15 M NaCl solution is washed at room temperature, pelleted at 1500 g and the bacterial pellet resuspended in TE buffer is subsequently digested with Proteinase K for 2 hours at 56 ° C and then Proteinase K at 95 ° C for 15 Minutes inactivated, either using the lysate obtained directly in a nucleic acid amplification technique or carrying out further purification beforehand by using a glass matrix-based purification system to digest bacteria and / or to eliminate amplification inhibitors.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Verfahren zum Nachweis von Protozoen ist, bei dem die biologische Probe Blut ist und die Eukaryonten aus der Gruppe bestehend aus der Gruppe bestehend aus Fla- gellaten, Amoeben, Sporozoa und Ciliaten ausgewählt sind.16. The method according to claims 1 to 10, characterized in that it is a method for the detection of protozoa, in which the biological sample is blood and the eukaryotes from the group consisting of the group consisting of flellates, amoebas, sporozoa and Ciliates are selected.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Verfahren zum Nachweis von Salmonellen ist, bei dem die biologische Probe Fleisch oder Fleischsaft ist und die Prokaryonten Salmonellen sind.17. The method according to claims 1 to 11, characterized in that it is a method for the detection of Salmonella, in which the biological sample is meat or meat juice and the prokaryotes are Salmonella.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die biologische Probe Fischlaich ist und die Eukaryonten Fische sind.18. The method according to claims 1 to 10, characterized in that the biological sample is fish spawn and the eukaryotes are fish.
19. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 15 in der medizinischen Diagnostik.19. Use of a method according to claims 1 to 15 in medical diagnostics.
20. Verfahren zur Aufbereitung und/oder Aufkonzentrierung von Bakterien, dadurch gekennzeichnet, daß man eine biologische Probe gegebenenfalls in Puffer aufnimmt und vorhandene nicht-bakterielle Zellen unter Verwendung von 1 bis 20 Gew.-20. A process for the preparation and / or concentration of bacteria, characterized in that a biological sample is optionally taken up in buffer and existing non-bacterial cells using 1 to 20% by weight.
® % Tween (Polyoxyethylen-Derivate von Sorbitanestern), Tri- ton ® oder 3-[N- ( 3-Cholanamidopropyl ) -dimethylammonio] -1- propansulfonat (CHAPS) und Inkubation für 5 Minuten bei Raumtemperatur einer Lyse unterzieht, das Gemisch anschließend in einem Zentrifugenröhrchen einer geeigneten Menge einer Kissenflüssigkeit einer Dichte von 1,07 g/ml überschichtet und man bei 1500 g für 30 Minuten bei Raumtemperatur zentrifugiert, wodurch man die Bakterien im Pellet erhält und/oder anreichert.®% Tween (polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters), Tritone ® or 3- [N- (3-cholanamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate (CHAPS) and incubation for 5 minutes Lysed at room temperature, then overlayed the mixture in a centrifuge tube with a suitable amount of a pillow liquid having a density of 1.07 g / ml and centrifuged at 1500 g for 30 minutes at room temperature, whereby the bacteria in the pellet were obtained and / or accumulated.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man das erhaltene Pellet ferner zweimal mit 0,15 M NaCl-Lösung bei Raumtemperatur wäscht und bei 1500 g pelletiert.21. The method according to claim 20, characterized in that the pellet obtained is further washed twice with 0.15 M NaCl solution at room temperature and pelletized at 1500 g.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kissenflüssigkeit verwendet, von der 100 ml aus 10 ml (1,5 M) NaCl-Lösung (87,6 g NaCl auf 1000 ml), 49,2 ml Percoll mit einer Dichte von 1,13 ± 0,005 g/ml und 40,8 ml destilliertem Wasser bestehen.22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that a cushion liquid is used, of which 100 ml from 10 ml (1.5 M) NaCl solution (87.6 g NaCl to 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 ± 0.005 g / ml and 40.8 ml of distilled water.
23. Verfahren zur Isolierung und/oder Anreicherung bakterieller DNA, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22 durchführt und man die Bakterien im Pellet anschließend einer Lyse unterzieht.23. A method for isolating and / or enriching bacterial DNA, characterized in that one carries out a method according to one of claims 20 to 22 and the bacteria in the pellet are then subjected to lysis.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lyse durchführt, indem man das Bakterienpellet in TE- Puffer resuspendierte und für 2 Stunden bei 56 °C mit Proteinase K verdaut und man die Proteinase K im Anschluß bei 95°C für 15 Minuten inaktiviert, wodurch man ein Lysat erhält, in dem die bakterielle DNA enthalten ist.24. The method according to claim 23, characterized in that one carries out the lysis by resuspending the bacterial pellet in TE buffer and digesting with proteinase K for 2 hours at 56 ° C and then the proteinase K at 95 ° C for 15 Minutes inactivated to obtain a lysate containing the bacterial DNA.
25. Verfahren zum spezies-spezifischen Nachweis von Prokaryonten oder Eukaryonten mit Hilfe von Nukleinsäure-Amplifikations- techniken, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst ein Verfahren nach den Ansprüchen 20 bis 24 und anschließend ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14 durchführt. 25. A method for the species-specific detection of prokaryotes or eukaryotes with the aid of nucleic acid amplification techniques, characterized in that first a method according to claims 20 to 24 and then a method according to claims 1 to 14 is carried out.
26. Kit zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es26. Kit for performing a method according to claims 20 to 22, characterized in that it
a) Lysispuffer enthaltend 1 bis 20 Gew.-% Tween ® (Polyoxy- ethylen-Derivate von Sorbitanestern), Triton ® oder 3-[N-a) Lysis buffer containing 1 to 20 wt .-% Tween ® (polyoxyethylene derivatives of sorbitan esters), Triton ® or 3- [N-
( 3-Cholanamidopropyl ) -dimethylammonio] -1-propansulfonat(3-Cholanamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate
(CHAPS),(CHAPS),
b) Zentrifugenröhrchen, undb) centrifuge tubes, and
c) Kissenflüssigkeit einer Dichte von 1,07 g/mlc) pillow fluid with a density of 1.07 g / ml
enthält .contains.
27. Kit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Lysispuffer aus 109,5 g (0,32 M) Sucrose, 1,221 g (10 mM) Tris- HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1,016 g (5 mM) MgCl2 ad 1000 ml destilliertem Wasser (pH 7,5) besteht.27. Kit according to claim 26, characterized in that the lysis buffer from 109.5 g (0.32 M) sucrose, 1.221 g (10 mM) Tris-HCl, 10 ml (1%) Triton X-100, 1.016 g ( 5 mM) MgCl 2 ad 1000 ml of distilled water (pH 7.5).
28. Kit nach Anspruch 20 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kissenflüssigkeit aus 10 ml (1,5 M) NaCl-Lösung (87,6 g NaCl auf 1000 ml), 49,2 ml Percoll mit einer Dichte von 1,13 + 0,005 g/ml, 40,8 ml destilliertem Wasser (je 100 ml Kissenflüssigkeit) besteht.28. Kit according to claim 20 or 27, characterized in that the pillow liquid from 10 ml (1.5 M) NaCl solution (87.6 g NaCl to 1000 ml), 49.2 ml Percoll with a density of 1.13 + 0.005 g / ml, 40.8 ml distilled water (per 100 ml pillow liquid).
29. Kits zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich zu den Bestandteilen eines Kits nach den Ansprüchen 26 bis 28 Bestandteile zum Aufschluß der Bakterien und zur DNA-Reinigung enthält.29. Kits for carrying out a method according to claim 23 or 24, characterized in that it contains, in addition to the components of a kit according to claims 26 to 28, components for disrupting the bacteria and for DNA purification.
30. Kit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß es Proteinase K enthält. 30. Kit according to claim 29, characterized in that it contains Proteinase K.
31. Kit zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß es31. Kit for performing a method according to claims 1 to 18, characterized in that it
a) Gefäße und Bestandteile zur Durchführung einer NAT, einschließlich der Amplifikationsprimer, wobei die Amplifi- kationsprimer Sequenzen enthalten, die bei den betreffenden, nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert sind,a) Vessels and components for carrying out a NAT, including the amplification primers, the amplification primers containing sequences which are conserved in the relevant prokaryotes or eukaryotes to be detected,
b) Gefäße und Bestandteile zur Durchführung einer oder mehrerer Kettenabbruchpolymerisationen, einschließlich ein oder mehrere (ggf. markierte bzw. unterschiedlich markierte) Sequenzierprimer (vorzugsweise mit einer Länge von 15 bis 30 Nukleotiden) , der/die mit einem Bereich innerhalb der zu amplifizierenden Sequenzen hybridisiert/- hybridisieren, der bei den nachzuweisenden Prokaryonten oder Eukaryonten konserviert ist, undb) Vessels and components for carrying out one or more chain termination polymerizations, including one or more (optionally labeled or differently labeled) sequencing primers (preferably with a length of 15 to 30 nucleotides) which hybridize with a region within the sequences to be amplified / - hybridize which is conserved in the prokaryotes or eukaryotes to be detected, and
c) Bestandteile zur Bestimmung der Elongatlängec) Components for determining the elongate length
enthält.contains.
32. Kit nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Durchführung der Kettenabbruchpolymerisationen entweder 1, 2, oder 3 der vier möglichen Desoxyribonukleosidtriphosphate (dNTPs) oder alle vier möglichen dNTPs enthält, wobei eines dieser dNTPs durch ein Kettenabbruch-Desoxyribonukleosidtri- phosphat ersetzt ist.32. Kit according to claim 31, characterized in that it contains either 1, 2 or 3 of the four possible deoxyribonucleoside triphosphates (dNTPs) or all four possible dNTPs for carrying out the chain termination polymerizations, one of these dNTPs being replaced by a chain termination deoxyribonucleoside triphosphate ,
33. Kit nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Ket- tenabbruch-Desoxyribonukleosidtriphosphat ein ddNTP, 3'0- Methyl-NTP oder 3 ' -Amino-NTP ist. 33. Kit according to claim 32, characterized in that the chain termination deoxyribonucleoside triphosphate is a ddNTP, 3'0-methyl-NTP or 3 '-amino-NTP.
34. Kit nach den Ansprüchen 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile zur Bestimmung der Elongatlänge Vorrichtungen und Mittel zur Durchführung einer elektrophoreti- schen Methode, einer massenspektrometrischen Methode oder einer Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie umfassen.34. Kit according to claims 31 to 33, characterized in that the components for determining the elongate length comprise devices and means for carrying out an electrophoretic method, a mass spectrometric method or a fluorescence correlation spectroscopy.
35. Kit den Ansprüchen 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich die Bestandteile eines Kits den Ansprüchen 25 bis 29 enthält.35. Kit claims 31 to 34, characterized in that it additionally contains the components of a kit claims 25 to 29.
36. Kit nach den Ansprüchen 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kit zum Nachweis von Prokaryonten ist, der als Amplifikationsprimer zwei hoch-konservierte Sequenzen aus der rRNA-Region enthält.36. Kit according to claims 31 to 35, characterized in that it is a kit for the detection of prokaryotes, which contains two highly conserved sequences from the rRNA region as amplification primers.
37. Kit nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Amplifikationsprimer die Primer gemäß SEQ ID NO 1 und 2 oder die Primer gemäß SEQ ID NO 3 und 4 sind.37. Kit according to claim 36, characterized in that the amplification primers are the primers according to SEQ ID NO 1 and 2 or the primers according to SEQ ID NO 3 and 4.
38. Kit nach den Ansprüchen 36 und 37, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen Sequenzierungsprimer enthält, der mit einem konservierten Bereich der rRNA-Region hybridisiert.38. Kit according to claims 36 and 37, characterized in that it contains at least one sequencing primer which hybridizes with a conserved region of the rRNA region.
39. Kit nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Sequenzierungsprimer aus der Gruppe bestehend aus Sequenzierungsprimern gemäß SEQ ID NO 5 , 6, 7, 8, 9, 10 und 11 ausgewählt ist/sind.39. Kit according to claim 38, characterized in that the sequencing primer (s) is / are selected from the group consisting of sequencing primers according to SEQ ID NO 5, 6, 7, 8, 9, 10 and 11.
40. Kit nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mischung der Sequenzierungsprimer gemäß SEQ ID NO 5 und 6, eine Mischung der Sequenzierungsprimer gemäß SEQ ID NO 7 bis 9 sowie eine Mischung der Sequenzierungsprimer gemäß SEQ ID NO 10 und 11 in einem einzigen oder getrennten Behältern enthält. 40. Kit according to claim 39, characterized in that it contains a mixture of the sequencing primers according to SEQ ID NO 5 and 6, a mixture of the sequencing primers according to SEQ ID NO 7 to 9 and a mixture of the sequencing primers according to SEQ ID NO 10 and 11 in one or separate containers.
41. Kit nach den Ansprüchen 31 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kit zum Nachweis von Sepsiserregern ist. 41. Kit according to claims 31 to 40, characterized in that it is a kit for the detection of sepsis pathogens.
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