nhiễm khuẩn huyết
Hiện nay, khá nhiều các nhà khoa học đã tập trung phát triển kỹ thuật PCR, multiplex PCR, multiplex realtime PCR trong kiểm soát các tác nhân gây nhiễm khuẩn.
Anbazhagan D và tập thể (2011) phát triển các xét nghiệm PCR thông thường và multiplex realtime PCR để phát hiện mầm bệnh bệnh viện [7]. Gadsby NJ và tập thể (2016) dùng các kỹ thuật PCR xác định tác nhân gây bệnh đường hô hấp trong cộng đồng viêm phổi mắc phải [32]. Aydemir O và tập thể (2014) xác định vai trò của multiplex PCR xác định các vi khuẩn gây bệnh nhiễm khuẩn đường hô hấp dưới [13]. Ở Thổ Nhĩ Kỳ, Kurutepe S và tập thể (2012) điều tra nguyên nhân do vi khuẩn bằng phương pháp PCR thông thường và multiplex ở bệnh nhân người lớn bị viêm phổi cộng đồng [46]. Eser O.K. và tập thể (2012) so sánh phương pháp nuôi cấy và phương pháp realtime PCR trong việc phát hiện vi khuẩn Streptococcus pneumoniae và Haemophilus influenzae trong viêm tai giữa cấp mẫu vật tràn dịch [29]. Jbara
I và tập thể (2007). So sánh phương pháp nuôi cấy và các phương pháp PCR cho các phát hiện của Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae và Moraxella catarrhalis trong dịch não tủy và tràn dịch tai giữa [41]. Thong
K.L và tập thể (2011) đã xây dựng phản ứng multiplex PCR phát hiện đồng thời Staphylococcus aureus kháng methicillin, Acinetobacter baumannii,
Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae và Pseudomonas aeruginosa. Kết
quả khảo sát trên 50 mẫu kết quả dương tính và âm tính tương đồng 100% so với kết quả xác định bằng phương pháp nuôi cấy.
Ở Việt Nam, có một số nghiên cứu cũng như các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật PCR trong chẩn đoán các tác nhân gây nhiễm khuẩn huyết cũng như
nhiễm khuẩn bệnh viện: Nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Lê Hữu Song, nhóm các bác sỹ ở Viện truyền nhiễm Trung ương, nhóm nghiên cứu thuộc bệnh viện Nhi Trung Ương, nhóm nghiên cứu thuộc bệnh viện Việt Đức, Bạch Mai, Thanh Nhàn,… Đa số các nghiên cứu sử dụng các Kit ngoại nhập hoặc các cặp mồi tham khảo trên tạp chí quốc tế ví dụ một nghiên cứu đăng trên tạp chí Y học thực hành của tác giả Phùng Thị Bích Thủy và tập thể đã sử dụng bộ Kit Real Time PCR đa mồi SeptiFast (Roche) trong chẩn đoán căn nguyên gây nhiễm trùng huyết ở trẻ em tại Bệnh viện Nhi Trung ương [5]. Nhóm nghiên cứu phát hiện được 43,3% dương tính trong khi phương pháp cấy máu truyền thống chỉ phát hiện được 3,3% tác nhân gây bệnh nhiễm trùng huyết. Các tác nhân nhiễm trùng huyết thường gặp nhất là Klebsiella pneumonia/oxytoca có tần số xuất hiện cao nhất ở 7 bệnh nhân (23,3%), tiếp
sau là Enterobacter cloacae/aerogenes với 2 trường hợp (6,6%), thêm vào đó là các vi khuẩn và nấm khác như: Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Candida parapsilosis, Aspergillus fumigatu, Candida albicans, Escherichia coli, Stenotrophomonas maltophilia.
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu
2.1.1. Hóa chất và sinh phẩm
Các chủng vi khuẩn: Staphylococcus aureus, Acinetobacter
baumannii, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae và
Pseudomonas aeruginosa phân lập từ máu bệnh nhân do bệnh
viện Thanh Nhàn cung cấp.
Các chủng nhiễm khuẩn huyết (nuôi cấy thuần).
Mẫu bệnh phẩm được lấy từ bình cấy máu của 68 bệnh nhân người Việt Nam nghi ngờ bị nhiễm khuẩn huyết được lấy từ Bệnh viện Thanh Nhàn.
Mẫu máu được lấy trực tiếp từ bệnh nhân nghi ngờ nhiễm khuẩn huyết do bệnh viện Thanh Nhàn cung cấp.
Các cặp mồi được tổng hợp bởi Proligo (Sigma-Aldrich, Corporation, USA) (Bảng 2.1)
Bảng 2.1. Trình tự Nucleotide của các cặp mồi
Cặp mồi Trình tự gltA Fw: 5’-ATTTACAGTGGCACATTAGGT-3’ Rv: 5’-GCAGAGATACCAGCAGAGAT-3’ phoA Fw: 5’-AAGCCCGGACACCATAAATGC-3’ Rv: 5’-TCATTACGTTGCGGATTTGGC-3’ oprL Fw: 5’-ATGGAATAGCTGAAATTCGG-3’ Rv: 5’-CTTCTTCAGCTCGACGCGA-3’ Mdh Fw: 5’-GCGTGGCGGTAGATCTAAGTCA-3’ Rv: 5’-TTCAGCTCCGCCACAAAGGTA-3’ femA Fw: 5’-CTCTTGCTGGTTTCTTCTTTATC-3’ Rv: 5’-GTGCGGTATATGCTGCGTAA-3’
Hóa chất: Mastermix, Tris-base, Tris-HCl, EDTA, SDS, EtBr, Agarose và các hóa chất khác do hãng Merck, Invitrogen, Promega, Bioline… cung cấp. Kit tách chiết DNA tổng số của hãng QIAgen (Đức).
2.1.2. Thiết bị
Các thiết bị được sử dụng thuộc phòng Công nghệ Tế bào Động vật và Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Gen, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam được mua từ nhiều hãng nổi tiếng khác nhau. Các thiết bị thường sử dụng như:
Máy Nanodrop 1000
Bộ điện di DNA của Bio- Rad, Hoa Kỳ
Bộ nguồn điện di PowerPac 300 (Bio-Rad, Hoa Kỳ).
Máy soi DNA (Mini -transllumminator. Bio-Rad, Hoa Kỳ). Máy ly tâm lạnh (Microcentrifuge-Sorvall, Mỹ).
Máy PCR (PCR system 9700, Applied Biosystem, Mỹ) Tủ lạnh 4oC, tủ lạnh sâu -20oC, -75oC (Sanyo, Nhật Bản) Máy ủ ổn nhiệt (Memmert, Đức)
Máy vortex (RotoLab, OSI) Máy khuấy từ (RotoLab, OSI) Lò vi sóng (Samsung)
Một số thiết bị khác như cân phân tích tủ sấy của hãng Carbolite (Anh), pipetman, nồi khử trùng,…
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để tiến hành đề tài này chúng tôi sử dụng hầu hết các kĩ thuật theo Sambrook và tập thể kèm theo các hướng dẫn của nhà sản xuất các bộ Kit, bên cạnh đó có cải biến cho phù hợp.
2.2.1. Thiết kế primer
Các gen đích gltA của chủng Acinetobacter baumannii, gen phoA của
chủng Escherichia coli, gen femA của chủng Staphylococcus aureus, gen mdh của chủng Klebsiella pneumoniae, gen oprL của chủng Pseudomonas aeruginosa được lựa chọn là gen đích trong nghiên cứu. Các primer được
thiết kế mới bằng phần mềm primer 3 plus, PrimerPlex, kiểm tra bằng công cụ BLAST (http://www.ncbi.nih.gov). Sau đó các cặp mồi đã được lựa chọn đó được kiểm tra bằng chương trình phần mềm insilico PCR (http://insilico.ehu.es/PCR/) dự đoán sản phẩm PCR (amplicon); kiểm tra bằng các phần mềm online (protocol-online.org).
2.2.2. Tách chiết DNA
2.2.2.1. Tách chiết DNA từ các chủng vi khuẩn nuôi cấy bằng Kit QIAgen
Các chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus, Acinetobacter baumannii,
Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae và Pseudomonas aeruginosa được
nuôi cấy trong môi trường đặc hiệu, thu tế bào và tiến hành tách chiết theo protocol của bộ Kit tách DNA tổng số từ vi khuẩn của QIAgen, thu lại DNA tổng số của vi khuẩn trong 50 µl nước khử ion vô trùng. Sản phẩm được điện di kiểm tra trên gel agarose và xác định hàm lượng bằng máy nanodrop 1000.
2.2.2.2. Tách chiết DNA từ mẫu bệnh phẩm cấy máu bằng phương pháp đun sôi
Bổ sung lysozyme nồng độ 1 mg/ml vào 1 ml mẫu bệnh phẩm cấy máu, ủ ở 37o trong 30 phút. Sau đó đun sôi mẫu ở 100oC trong 10 phút rồi làm lạnh nhanh trong nước đá 5 phút. Ly tâm mẫu với tốc độ 12.000 vòng/phút trong 5 phút để lấy dịch nổi (chứa DNA).
2.2.2.3. Tách chiết DNA từ mẫu máu của bệnh nhân nghi nhiễm khuẩn huyếtbằng kit tách DNA từ máu của QIAgen
DNA vi khuẩn trong mẫu máu của bệnh nhân được tách theo chỉ dẫn của kit Qiagen theo thứ tự các bước như sau:
- Hút 1 ml máu của bệnh nhân vào ống eppendorf 1,5 ml, ly tâm 7000 vòng /phút để thu tế bào.
- Hòa tan tế bào trong 180 µl đệm lysis chứa enzyme lysozyme 1 mg/ml và ủ ở 37oC trong 30 phút.
- Bổ sung 4 µl enzyme RNase 10 mg/ml, ủ mẫu ở nhiệt độ phòng
khoảng 5 phút.
- Bổ sung 200 µl EtOH (96-100%), đảo đều.
- Hút dịch lên cột, ly tâm cột 8000 vòng/phút, 1 phút, bỏ dịch qua cột.
- Bổ dung 500 µl dung dịch AW1 lên cột, ly tâm 8000 vòng/phút trong 1 phút, bỏ dịch qua cột.
- Bổ sung 500 µl dung dịch AW2 lên cột, ly tâm 12 000 vòng/phút trong 5 phút, bỏ dịch qua cột.
- Bổ sung 100 µl nước khử ion vô trùng lên cột, để khoảng 1 phút, sau đó ly tâm 8000 vòng/phút để thu DNA.
2.2.3. Phƣơng pháp làm giàu DNA vi khuẩn
DNA vi khuẩn được làm giàu bằng cách xử lý DNA người sau đó tăng sinh bằng các primer và chu trình nhiệt phù hợp.
DNA vi khuẩn được làm giàu bằng cách nhân bản DNA với mồi random hexamer trong số chu kì ngắn để tạo ra sản phẩm là các đoạn DNA có kích thước khác nhau với số lượng lớn. Thành phần phản ứng bao gồm Master mix : 12,5 µl , DNA khuôn: 5 µl , mồi random hexamer: 1 µl (10 pmol) và bổ sung nước khử trùng sao cho thể tích cuối cùng bằng 25 µl. Đặt hỗn hợp trên vào máy PCR và chạy với bước biến tính đầu tiên là 93oC trong 3 phút và 20 chu kì tiếp theo với 93oC trong 45 giây, 50oC trong 45 giây và 72oC trong 1 phút 30 giây.
Sản phẩm PCR của phản ứng này sẽ là khuôn cho các phản ứng multiplex PCR tiếp theo.
2.2.4. Xác định nồng độ DNA
Nồng độ DNA mạch kép được xác định bằng cách đo độ hấp thụ ở bước sóng 260 nm (OD260) và 280 nm (OD280).
Nồng độ DNA được tính theo công thức:
CDNA = OD260 × 50 × d
Trong đó: d: độ pha loãng mẫu khi đo CDNA: nồng độ DNA
Nếu 1,8 ˂ OD260/OD280 ˂ 2 thì mẫu DNA được đánh giá là đạt yêu cầu về mức độ tinh sạch cho các thí nghiệm sinh học phân tử tiếp theo.
2.2.5.Phƣơng pháp điện di DNA trên gel agarose
Chuẩn bị gel agarose 1%: cân 1 g agarose cho vào 100 ml dung dịch TAE 1X, đun trong lò vi sóng cho agarose tan hoàn toàn. Để nguội khoảng 50oC rồi rót dung dịch agarose vào khay điện di có cài sẵn răng lược. Sau khoảng 30 phút, khi gel đã đông, gỡ lược ra, đặt bản gel vào bể điện di. Rót đệm TAE 1X vào bể để dung dịch ngập cách mặt gel 5mm.
Tra mẫu DNA: Lấy mẫu DNA trộn với loading dye 6X rồi tra vào các giếng trên bản gel.
Chạy điện di ở điện thế 95 - 100V, trong thời gian khoảng 25 - 30 phút. DNA di chuyển từ cực âm đến cực dương. Quan sát sự di chuyển màu bromophenol blue để biết khi nào cần dừng điện di.
Soi gel: Bản gel được lấy nhẹ nhàng ra khỏi khay và ngâm vào dung dịch EtBr nồng độ 2µg/ml trong khoảng 5 phút rồi rửa lại bằng nước. Hiển thị kích thước DNA dưới ánh sáng đèn cực tím (UV) của máy soi
gel. Ước tính kích thước của DNA bằng cách đối chiếu với thang DNA chuẩn.
2.2.6. Phƣơng pháp PCR
2.2.6.1. Phương pháp PCR đơn mồi
Phản ứng PCR đơn mồi được dùng để kiểm tra hoạt động và độ đặc hiệu của mồi sau thiết kế. Các gen đích được khuếch đại bằng phản ứng PCR với các cặp mồi đặc hiệu.
Thành phần phản ứng: Mồi xuôi/ ngược : 1/1 µl Master Mix: 12.5 µl Temp: 3 µl H20: 7,5 µl Tổng 25 µl Chương trình chạy: 95oC: 3 phút 94oC: 45 giây 57oC: 45 giây 30 chu kỳ 72oC: 1 phút 72oC: 8 phút Giữ ở: 80C 2.2.6.2. Phương pháp multiplex PCR
Phản ứng multiplex PCR được thực hiện đồng thời với 5 cặp mồi nhân bản 5 gen đích của các chủng vi khuẩn. Tổng thể tích của phản ứng là 25 µl với thành phần và chương trình chạy như sau:
Thành phần phản ứng:
Mồi FemA, gltA, phoA, mdh,oprL Fw/Rv : 0.5 µl, 0.3 µl, 0.3 µl, 0.3 µl, 0.3 µl Master Mix: 12.5 µl Temp: 3 µl H20: 6.1 µl Tổng 25 µl Chương trình chạy: 95oC: 3 phút 94oC: 45 giây 59oC: 45 giây 30 chu kỳ 72oC: 1 phút 72oC: 8 phút Giữ ở: 80C
Phản ứng multiplex PCR được tối ưu với các điều kiện khác nhau về hàm lượng mồi, nhiệt độ bắt mồi, master mix… Với mỗi một yếu tố tối ưu sẽ giữ nguyên tất cả các thành phần, điều kiện còn lại chỉ thay đổi yếu tố cần tối ưu.
2.2.7. Phƣơng pháp giải trình tự gen
Sau khi thu được sản phẩm PCR đặc hiệu, chúng tôi tiến hành xác định trình tự sản phẩm PCR dựa trên phương pháp của F.Sanger và tập thể. Đặc trưng của phương pháp này là ngoài những nucleotide thông thường còn sử dụng thêm 4 loại dideoxynucleotide trong đó thay nhóm 3’-OH bằng 3’-H. Điều này khiến các dideoxynucleotide không còn khả năng hình thành liên kết photphodieste với các nucleotide tiếp theo, dẫn đến làm ngừng quá trình tổng hợp DNA.
Quy trình xác định trình tự gồm 3 bước:
Bước 1: Thực hiện phản ứng PCR với hỗn hợp thành phần phản ứng (15µl) bao gồm: 3 µl Bigdye, x µl sản phẩm PCR, 1,275 µl mồi, 3 µl đệm 2,5 X, bổ sung nước đến thể tích 15µl.
Chu trình nhiệt được thực hiện trên máy PCR 9700 (Applied Biosystem). Bước 1: 96oC, 1 phút, 1 chu kỳ. Bước 2: (96oC 10 giây, 50oC 5 giây, 60oC 4 phút), 25 chu kỳ.
Bước 2: Tinh sạch sản phẩm PCR
- Bổ sung 5 µl EDTA 12,5 mM, pH=8, ly tâm 4000 vòng/phút trong 45 giây.
- Bổ sung 60µl cồn 100%, ủ ở nhiệt độ phòng 15 phút. - Ly tâm 4500 vòng/phút trong 45 phút để thu tủa.
- Rửa tủa bằng cồn 70%. Ly tâm 10000 vòng/phút để thu tủa. - Làm khô tủa trong 3 phút.
- Hòa tan tủa trong 10 µl Hidiformamide. - Biến tính ở 95oC trong 3 phút.
Bước 3: Xác định trình tự trên máy. Sản phẩm PCR sau khi đã tinh sạch được đặt vào máy xác định trình tự tự động ABI 3100 Avant (Applied Biosystems) để đọc trình tự.
Trình tự thu được được xử lý bằng phần mềm Bioedit và công cụ Blast.
2.2.8. Đạo đức trong nghiên cứu
Tuân thủ theo các quy định trong Quy chế hoạt động của Hội đồng đạo đức trong nghiên cứu y sinh học ban hành kèm theo Quyết định số 5129/2002/QĐ - BYT ngày 19/12/2002 của Bộ trưởng Bộ Y tế.
Các bệnh nhân tham gia vào nghiên cứu đều được giải thích, được cung cấp thông tin đầy đủ trước khi tham gia nghiên cứu. Các bệnh nhân nghiên cứu (hoặc người thân của bệnh nhân) đều có quyền tự nguyện chấp thuận tham gia nghiên cứu, cũng như được quyền từ chối tham gia nghiên cứu bất kỳ lúc nào, với bất kỳ lý do gì.
Các kết quả nghiên cứu chỉ sử dụng vào mục đích phục vụ cho nghiên cứu này, không được sử dụng cho mục đích nào khác. Các thông tin cá nhân của bệnh nhân sẽ được đảm bảo bí mật. Không công bố tên của cá nhân bệnh nhân trên các bản công bố kết quả nghiên cứu (tạp chí khoa học, bài báo cáo Hội nghị khoa học...).
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả lựa chọn và thiết kế mồi đặc hiệu gen đích
Các chủng vi khuẩn gây nhiễm khuẩn huyết phổ biến Staphylococcus aureus, Acinetobacter baumannii, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae và
Pseudomonas aeruginosa được phòng Vi sinh vật bệnh viện Thanh Nhàn
phân lập từ bệnh nhân bằng phương pháp phân lập trên các môi trường thạch: thạch máu Columbia, thạch chocolate, môi trường Bromocresol purple, sử dụng máy cấy máu tự động batex với môi trường chai cấy ái khí của biomerieux. Định danh vi khuẩn bằng bộ định danh vi khuẩn API 20E của hãng Biomeieux (Pháp). Chúng tôi tiếp nhận các chủng này, sau đó tiến hành định danh thêm bằng phương pháp sinh học phân tử (phần kết quả này không trình bày ở đây) trước khi sử dụng cho các nghiên cứu về xây dựng phản ứng multiplex PCR xác định đồng thời 5 tác nhân gây bệnh nêu trên.
Gen phoA là một gen quản gia mã cho alkaline photphatase, phoA được một số nhà khoa học lựa chọn là đích để phát hiện Escherichia coli [43, 75].
PhoA cùng với các gen khác cũng được lựa chọn là gen đích để phát hiện
Escherichia coli bằng PCR đa mồi [77].
Staphylococcus aureus tổng hợp cầu nối peptidoglycan interpeptide
pentaglycine nhờ xúc tác của các peptidyl transferase FemX, FemA và FemB. Khi bất hoạt gen femA dẫn đến sự suy giảm peptidoglycan monoglycine là
một cơ chất của protein gắn penicilin (PBPs) cũng như làm cho thấp ái lực với tiểu phần PBP2a một sản phẩm được mã hóa bởi gen MecA và dẫn tới
giảm khả năng kháng kháng sinh. Do đó FemX hoặc FemA được xem như các gen đích tiềm năng trong việc phát hiện các chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus mới có tính kháng kháng sinh cao. Các sản phẩm do gen femA mã hóa
các chủng Staphylococcus aureus được phân lập. Trong số các sản phẩm do gen femA mã hóa có một protein 48 kDa từng được chỉ ra có liên quan trong quá trình chuyển hóa tế bào và được tìm thấy với số lượng lớn trong môi trường nuôi cấy [75].
Trong nghiên cứu này, gen femA của chủng Staphylococcus aureus
được nhân bản bằng cặp mồi femAR/F. Kích thước của sản phẩm PCR là 296