BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH VIỆN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CHẨN ĐOÁN VI-RÚT ĐỐM TRẮNG TRÊN TÔM BẰNG KỸ THUẬT NESTED - PCR Cán bộ hướng dẫn Huỳnh Đăng Sang Tháng 9 năm 2012 Lưu hành nội bộ
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
CHẨN ĐOÁN VI-RÚT ĐỐM TRẮNG TRÊN TÔM
BẰNG KỸ THUẬT NESTED - PCR
Cán bộ hướng dẫn
Huỳnh Đăng Sang
Tháng 9 năm 2012Lưu hành nội bộ
Bài 1. BỆNH ĐỐM TRẮNG
1. Tình hình dịch bệnh đốm trắng tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long trong
những năm gần đây
Theo Chi cục Thủy sản Tiền Giang, năm 2010, số lượng thiệt hại bệnh đốm trắng trên tôm,
gây thiệt hại 66.972.000 con/275,82 ha, chiếm tỷ lệ 8,3 % lượng giống thả nuôi và 12,1 % diện
tích thả nuôi. Năm 2011, diện tích tôm nuôi bị thiệt hại là 951,04 ha, chiếm tỷ lệ 18,3% diện tích
thả nuôi. Nguyên nhân chính là do hoại tử gan tụy (chiếm khoảng 70% diện tích thiệt hại), còn
lại là do bệnh đốm trắng.
Tại tỉnh Cà Mau, năm 2011, diện tích tôm nuôi công nghiệp bị bệnh 538,85 ha (đốm trắng
86,33 ha, hoại tử gan tụy 452,53 ha). Trong 4 tháng đầu năm 2012, toàn tỉnh đã có 555 ha (cả
tôm sú và tôm thẻ chân trắng) bị chết, tập trung nhiều ở các huyện Đầm Dơi (với 234 ha tôm
chết), Phú Tân (215 ha), Cái Nước (67 ha) và thành phố Cà Mau (38 ha). Tôm chết chủ yếu bởi
các bệnh đốm trắng, hoại tử gan tụy
Trên địa bàn tỉnh Trà Vinh đã có 3.351 ha tôm nuôi, với gần 300 triệu con tôm sú bị chết tại
các huyện Trà Cú, Cầu Ngang, Duyên Hải, Châu Thành, ước thiệt hại hơn 300 tỷ đồng. Số diện
tích này nằm trong tổng diện tích 19.323 ha, với hơn 1,5 tỷ con tôm sú đã thả nuôi đầu vụ đến
nay tại các huyện trên. Tôm chết trong giai đoạn từ 15 – 45 ngày tuổi, chủ yếu nhiễm bệnh hoại
tử gan tụy, đốm trắng và đầu vàng.
Trong 8 tháng đầu năm 2012, mức độ thiệt hại nuôi tôm trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng đến nay
đã chiếm gần 50%, trong đó diện tích thiệt hại do bệnh đốm trắng chiếm trên 40%.
2. Vi-rút đốm trắng (white spot disease virus)
2.1. Hình thái vi-rút
Virion có chiều dài dao động từ 210 đến 380 nm, bề dày từ 70 đến 167 nm. Phần phụ
giống như đuôi nằm ở một đầu của virion. Phần vỏ của dày 6-7 nm được cấu tạo từ màng
lipit gồm 2 lớp trong suốt được ngăn cách bới 1 lớp đục. Phần nhân nằm bên trong có cấu
trúc mạch vòng. Kích thước của nhân có khác biệt giữa các isolate, chiều dài từ 180 đến
420 nm và bề dày từ 54-85nm.
1
Hình 1. A) Hình thái của virion WSSV B) Ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử cho thấy phần phụ giống như đuôi (thước đo 250 nm) (Duran và ctv, 1996)
2.2. Bộ gen
Genome của WSSV là sợi đôi DNA dạng vòng, với lượng A + T chiếm 59%. Kích thước genome
khác nhau giữa các isolate, Thái Lan 293 kbp, Trung Quốc 305 kbp, Đài Loan kpb. Kết quả phân
tích trình tự cho thấy genome của WSSV có chứa từ 531 đến 684 khung đọc mở (open reading
frame, ORF) với codon bắt đầu là ATG. Trong đó, 181 - 184 ORFs mã hóa protein chức năng có
kích thước từ 51 đến 6077 amino acid. Khoảng 21 - 29 % ORFs mã hóa protein WSSV. Các
protein này gồm những enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp nucleic acid và nhân bản DNA
như DNA polymerase, non-specific nuclease, tiểu phần của ribonucleotide reductase, thymidine
kinase, thymidylate kinase. Các protein có chức năng giả định gồm collagen - like protein,
flagellin, chitinase…
Hình 2. Cấu trúc tổng quát bộ gen vi-
rút đốm trắng (dòng Thái Lan)
2
2.3. Đặc điểm bệnh lý
Tôm bị bệnh có màu hồng đến hồng đỏ, xuất hiện những đốm màu trắng có đường kính từ 0,5-
3 mm ở mặt trong lớp vỏ kitin vùng đầu ngực và đốt bụng thứ 5, 6 sau đó lan ra toàn thân. Ở ao
nuôi, tôm bị bệnh dạt vào bờ và có dấu hiệu bệnh 1 đến 2 ngày trước khi chết. Tỉ lệ chết có thể lên
đến 100% trong vòng 10 ngày kể từ lúc bắt đầu bệnh
Hình 3. Các đốm trắng xuất hiện trên vỏ đầu
ngực của tôm bệnh
2.4. Các con đường lây truyền
Bệnh đốm trắng do WSSV lây lan rất nhanh qua 2 con đường chính. Lây lan theo
chiều dọc, từ bố mẹ nhiễm lây cho con. Lây lan theo chiều ngang, tôm nhiễm vi-rút từ
nguồn nước nuôi, từ cua, còng mang vi-rút từ ao này sang ao kia, từ dụng cụ sản xuất mang
mầm bệnh, từ tôm chết, chim, cò vô tình đưa vào ao.
2.5. Vật chủ mang mầm bệnh
WSSV đã được phát hiện cảm nhiễm nhiều loài vật chủ khác nhau Penaeus monodon,
P. japonicus, P. indicus, P. chinensis, P. merguensis, P. aztecus, P. stylirostris, P.
vannami, P. duorarum và P. setiferus; tôm càng xanh - Macrobrachium rosenbergii, cua -
Calappa lophos, Portunus sanguinolentus, Charybdis granulata và C. feriata.
2.6. Phòng bệnh
Cho đến nay, công tác phòng bệnh vẫn là biện pháp hiệu quả nhất để hạn chế thiệt hại
do bệnh đốm trắng. Sự phòng ngừa gồm có các biện pháp sau: chọn tôm bố mẹ, tôm giống
có chất lượng tốt, không nhiễm WSSV, nguồn nứớc cấp cho ao nuôi tôm phải lắng lọc và
khử trùng, vớt tôm chết ra khỏi ao, ngăn chặn không cho tôm và giáp xác khác vào ao nuôi,
duy trì các yếu tố môi trường thích hợp cũng như chất lượng thức ăn tốt, khẩu phần ăn hợp
3
lý. Nước nuôi tôm bị bệnh WSSV phải xử lý bằng Clorua vôi nồng độ (30 - 50 g/m3),
không được xả ra ngoài. Khi phát hiện bệnh tốt nhất là thu hoạch ngay.
2.7. Phương pháp chẩn đoán
Để phát hiện mầm bệnh WSSV có trên tôm bằng nhiều ph ơng pháp khác nhau như:ƣ
phương pháp mô học xác định bệnh dựa trên các thể vùi hiện diện trong tế bào biểu mô;
phương pháp lai tại chỗ (In situ hybridization) dấu hiệu xác định bệnh là kết quả lai giữa
đoạn gen dùng làm mẫu dò và đoạn gen của tác nhân gây bệnh trong điều kiện nghiêm
ngặt; phương pháp PCR xác định bệnh dựa trên là sản phẩm khuếch đại của một đoạn gen
đặc trưng của tác nhân gây bệnh; phương pháp Dot blot và Southern blot đ ợc thực hiệnƣ
với sản phẩm của PCR; phương pháp miễn dịch huỳnh quang dấu hiệu định bệnh là kết
quả kết hợp đặc hiệu giữa kháng nguyên và kháng thể, sử dụng kính hiển vi điện tử.
4
Bài 2.LY TRÍCH DNA
1. Tổng quan về phương pháp ly trích
Bước 1: Phá vỡ màng tế bào và màng nhân. Thông thường người ta nghiền tế bào
hoặc mô trong một hỗn hợp chất tẩy (SDS, sarcosyl, CTAB) và protein K. Hỗn hợp này sẽ
phá vỡ màng tế bào và màng nhân, giải phóng DNA ra môi trường đồng thời phân hủy các
protein liên kết với DNA.
Bước 2: Loại bỏ các thành phần không mong muốn, thường sử dụng dung dịch
phenol:chloroform
Bước 3: Kết tủa nucleic acid. Mục đích của việc kết tủa là nhằm thu nhận nucleic
acid dưới dạng cô đặc, một mặt nhằm bảo vệ chúng khỏi sự phân hủy của các enzyme, mặt
khác có thể hòa tan chúng lại trong dung môi theo nồng độ mong muốn. Hai cách kết tủa
thông dụng là dùng ethanol hoặc isopropanol. Trong cả hai phương pháp, nucleic acid sẽ
được thu nhận lại bằng ly tâm. Sau đó, cặn kết tủa phải được rửa trong ethanol 70% để loại
bỏ các muối hoặc các dấu vết của isopropanol còn dính lại.
2. Thực hành
2.1. Phân nhóm
Sinh viên trong lớp (20 - 30 sinh viên) được chia thành 5 nhóm (4 - 6 sinh viên/nhóm). Mỗi
sinh viên ly trích 1 mẫu.
2.2. Chuẩn bị mẫu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị
Mẫu: mẫu tôm sú, tôm chân trắng được mua ở trại giống hoặc mua tại chợ (sinh viên tự
2.4.1. Tính thể tích các thành phần phản ứng cần hút
Thành phần phản ứng cho 1 phản ứng với tổng thể tích là 25 µl
Thành phần Nồng độ đầu Nồng độ cuối Thể tích cần hútH2O 16,7 µlPCR Buffer 10X 1X 2,5 µlMgCl2 25 mM 1,5 mM 1,5 µldNTP 10 mM 0,2 mM 0,5 µlPrimer 146F1 10 µM 0,5 µM 1,25 µlPrimer 146R1 10 µM 0,5 µM 1,25 µlTaq polymerase 5 U/ µl 1,5 U 0,3 µlDNA khuôn 1 µl
• Để tính thể tích PCR buffer, MgCl2, dNTP, primer cần hút, chúng ta sử dụng công
thức:
C1 x V1 = C2 x V2
C2: nồng độ cuối
V2: tổng thể tích của 1 phản ứng
C1: nồng độ đầu
V1: thể tích cần hút
Ví dụ: Cách tính thể tích primer cần hút.
Nồng độ đầu của primer là 10 µM (C1 = 10 µM)
Nồng độ cuối của primer trong 1 phản ứng là 0,4 µM (C2 = 0,4 µM)
Tổng thể tích của 1 phản ứng là 25 µl (V2 = 25 µl)
Sử dụng công thức trên, suy ra thể tích primer 10 µM cần hút: V1 = 1µl
• Để tính thể tích Taq polymerase cần hút, chúng ta sử dụng tam thức:
1 µl Taq polymerase 5 U
? µl Taq polymerase Cần 1,5 U cho 1 phản ứng
Sau khi tính thể tích cần hút cho 1 phản ứng, chúng ta tính thể tích cần hút cho n
phản ứng: lấy thể tích cho 1 phản ứng * n. Lưu ý: không tính đối với thể tích DNA ly
trích và phải tính dư thêm 1 hoặc 2 phản ứng để trừ hao hụt trong thao tác.
11
Thành phầnNồng độ
đầuNồng độ
cuốiThể tích cần
hút (µl)
Thể tích cần hút cho 6 phản ứng (n=6)
(µl)H2O 16,7 100,2PCR Buffer 10X 1X 2,5 15MgCl2 25 mM 1,5 mM 1,5 9dNTP 10 mM 0,2 mM 0,5 3Primer 146F1 10 µM 0,5 µM 1,25 7,5Primer 146R1 10 µM 0,5 µM 1,25 7,5Taq polymerase 5 U/µl 1,5 U 0,3 1,8
DNA khuôn 1 -
2.4.2. Thực hiện mix mẫu
Sử dụng micropipet để pha master mix chung, bao gồm các thành phần phản ứng trong 1
tube lớn (không hút DNA khuôn). Sau đó chia đều master mix vào n tube PCR 0,2 ml. Cuối
cùng, hút 1 µl DNA khuôn cho vào tube PCR 0,2 ml để được tổng thể tích 25 µl.
Lưu ý khi thực hiện:
- Mix mẫu trong tủ vô trùng, phải vệ sinh tủ trước khi sử dụng.
- Khi mix mẫu, đặt các tube hóa chất trên gel đá hoặc đá bào để giữ lạnh các hóa chất
- Các hóa chất như H20, MgCl2, PCR buffer, dNTP, primer đóng đá khi bảo quản ở - 20oC
nên phải rã đông và trộn đều trước khi hút.
- Taq polymerase rất dễ hỏng nên khi lấy ra khỏi tủ âm nên phải cho ngay vào master mix
và cất lại vào tủ âm.
- Để tránh tạp nhiễm vào hóa chất, nên cất hết các hóa chất trước khi mở nắp các tube chứa
DNA khuôn.
2.4.3. Thực hiện chu trình nhiệt
Chu trình nhiệt được cài đặt như bảng
12
2.5. Thực hiện PCR bước 2 (nested PCR) với cặp mồi 146F2/146F2
Sản phẩm PCR của bước 1 trở thành khuôn DNA cho PCR bước 2 khi thực hiện với
cặp mồi 146F2/146F2. Cách tính thể tích thành phần phản ứng, thực hiện mix mẫu, chu kì
nhiệt giống với bước 1. Sau khi thực hiện xong, sản phẩm PCR được điện di kiểm tra ngay
hoặc trữ ở tủ âm.
Lưu ý: vì bước 2 sử dụng sản phẩm PCR của bước 1 để làm khuôn nên khả năng bị tạp
nhiễm từ mẫu này sang mẫu, từ sản phẩm PCR vào hóa chất là rất cao. Khi thực hiện phải
cẩn thận, phải cất hết hóa chất, đóng nắp hết các tube chứa master mix trước khi mở nắp
tube PCR 0,2 ml.
13
Nhiệt độ Thời gian Số chu kỳ940C 4 phút 1940C 1 phút
40550C 1 phút720C 2 phút720C 5 phút 140C ∞
14
Bài 4. ĐIỆN DI TRÊN GEL AGAROSE
1. Tổng quan về phương pháp điện di trên gel agarose
Agarose là một trong các dạng của polysaccharide. Các nhà sinh học phân tử đã khai
thác đặc tính thể gel trong điện di để phân tách DNA. Agarose sẽ tạo thành các hạt agarose
sau khi tan ở nhiệt độ cao hoặc đun sôi trong vài phút. Khi nguội lại, những hạt agarose sẽ
kết tụ lại với nhau. Giữa các hạt có những lỗ rất nhỏ. Kích thước của các lỗ này xê dịch
chút ít theo nồng độ của agarose gel. Trong điện trường, DNA di chuyển từ điện cực âm
sang điện cực dương, vì DNA mang điện tích âm. Khi DNA di chuyển qua các lỗ của
agarose, sự cọ xát giữa các hạt agarose và phân tử DNA tao ra lực kháng làm ngăn cản sự
dịch chuyển của DNA. DNA có phân tử càng lớn thì lực cản càng mạnh, di chuyển càng
chậm và ngược lại. Nhờ vậy mà chúng ta có thể phân tách được các đoạn DNA trên gel
agarose.
Sau khi điện di trên gel, các đoạn DNA được phân ra tùy theo trọng lượng phân tử.
Chúng ta có thể quan sát chúng bằng mắt nhờ kĩ thuật nhuộm màu DNA với
ethidiumbromide và chiếu tia UV.
2. Thực hành phân tích sản phẩm PCR trên gel agarose trong quy trình chẩn đoán
WSSV bằng nested PCR
2.1. Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ
Agarose
Dung dịch đệm TBE 0,5X
Loading dye
Khuôn đổ gel và lược
Bể điện di
Bể nhuộm ethidiumbromide
Micropipet 0,5 - 10 µl
Đầu côn trắng
Giấy bạc, găng tay, khẩu trang
Máy ảnh
Lò vi sóng
2.2. Tiến hành đổ gel
Sản phẩm PCR được phân tích trên gel agarose 1%. Để đổ gel agarose 1%, tiến hành cách
bước sau:
15
Kiểm tra lại số mẫu để chọn số giếng trên gel để từ đó chọn thể tích khuôn
phù hợp
Tính lượng agarose cần dùng
gel agarose 1% 100 ml dung dịch TBE 0,5X cần 1 g agarose
60 ml TBE 0,5X (thể tích của khuôn) ? g agarose
Sử dụng quy tắc tam suất, lượng agarose cần dùng là 0,6 g.
Cân đúng lượng agarose cần dùng (0,6 g) cho vào chai có chứa TBE 0,5 X (60 ml)
Đậy nắp chai, lắc đều, đặt vào lò vi sóng, đun 2 phút cho agarose tan hết.
Đổ vào khuôn, đặt lược vào để tạo các giếng trên gel. Đợi 40 phút cho gel đông, sau
đó gỡ gel ra khỏi khuôn một cách nhẹ nhàng, tránh làm vỡ gel. Có thể trữ gel trong
TBE 0,5 X
2.3. Tiến hành điện di
Trộn đều 5 µl DNA ly trích hoặc sản phẩm PCR với 1 µl loading dye. Sau đó hút
hỗn hợp này cho vào giếng.
Điện di dưới hiệu điện thế 80 V, trong 30 phút.
Nhuộm gel trong bể ethidium bromide trong 30 phút. Sau đó quan sát dưới tia UV.
Ghi nhận kết quả bằng máy ảnh.
2.4. Phân tích kết quả
Để kết luận mẫu xét nghiệm có DNA của WSSV hay không, chúng ta dựa vào kết quả
PCR bước 2 khi thực hiện với cặp mồi 146F2/146R2.
Kết luận mẫu xét nghiệm có DNA của WSSV khi: đối chứng dương có băng DNA
(941 bp), đối chứng âm không có băng, mẫu xét nghiệm có băng có cùng kích thước
với băng của đối chứng dương (941 bp)
Kết luận mẫu xét nghiệm không có DNA của WSSV khi: đối chứng dương có băng
DNA (941 bp), đối chứng âm không có băng, mẫu xét nghiệm không có băng có
cùng kích thước với băng của đối chứng dương (941 bp)
16
Ví dụ:
Hình 6. Kết quả điện di sản phẩm khuếch đại khi thực hiện nested PCR với mẫu tôm nghi ngờ nhiễm WSSV thu thập tại huyện Đầm Dơi. Giếng 1 và 9: đối chứng dương; giếng 7 và 15: đối chứng âm; giếng 2, 3, 4, 5, 6 sản phẩm mẫu khuếch đại với cặp mồi 146F1/146R1; giếng 10, 11, 12, 13, 14, sản phẩm mẫu khuếch đại với cặp mồi 146F2/146 R2; giếng 8: thang DNA 1000 bp. Điện di với gel agarose 1,5% dưới hiệu điện thế 80 V trong 30 phút. (Thiên Thị Kim Kỷ, 2012)
Kết quả PCR bước 2 khi thực hiện với cặp mồi 146F2/146R2 cho thấy:
Đối chứng dương có băng 941 bp
Đối chứng âm không có băng
5 mẫu xét nghiệm có băng cùng kích thước với đối chứng dương. Nên kết luận mẫu có DNA của WSSV.