• 検索結果がありません。

Real-time PCR and multiplex real-time PCR for ocular infections by human herpes viruses  

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "Real-time PCR and multiplex real-time PCR for ocular infections by human herpes viruses  "

Copied!
5
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

 

Real-time PCR and multiplex real-time PCR for ocular infections by human herpes viruses  

 

Shiro Higaki, Motoki Itahashi , Yoshikazu Shimomura

Department of Ophthalmology, Wakakusa-Daiichi Hospital, Higashiosaka, Japan Department of Ophthalmology, Kinki University Faculty of Medicine,

Osaka-Sayama, Japan.

Abstract  

Currently,there are 9 human herpes viruses known that remain latent at various sites of the  human body, and some of them  could become  reactivated and trigger various diseases. We  have been  applying the real-time polymerase  chain reaction (PCR) method to help clinicians  diagnose  ocular  surface  infection, especially  herpetic keratitis. In the current study, we  applied multiplex  real-time PCR  to quantify  herpes simplex virus 1 (HSV-1), Human her- 

pesvirus 6 (HHV-6), and Human herpesvirus 7 (HHV-7) DNA in tears taken before and after cataract surgery and penetrating keratoplasty  (PKP), and aqueous humor collected  at the beginning of cataract surgery. This is the first  report in the field of ophthalmology on multiplex  real-time PCR carried out using ocular samples  to quantify HSV-1, HHV-6, and HHV-7 DNA. 

Key words:

There are presently 9 human herpes viruses known to remain latent at various sites of the  human body, and some of them  could become  reactivated and trigger various diseases. In the  field  of ophthalmology, herpes simplex virus  (HSV-1) has long been studied as a pathogen that causes herpetic keratitis,conjunctivitis,and  endotheliitis. Some  reports   stated   that  cytomegalovirus(CMV) and human herpesvirus  7 (HHV-7) also caused endotheliitis. Okuno et  al. reported that HHV-6 DNA was detected by  polymerase chain reaction (PCR) in  tears of  patients with dry eye,allergic conjunctivitis,and  keratitis. Sugita et al. reported that HHV-6  DNA  was detected in the vitreous humor of 2  out of 500 patients with uveitis or endophthal-  mitis,and that HHV-7 DNA was not detected in the 500  patients by  multiplex  PCR.  Thus, molecular biological techniques have been used to investigate the relationship between human  herpes viruses and ocular infections. 

PCR was devised by Mullis et al., for which they were awarded the Nobel Prize. It is now  widely performed,even in college studentsʼtrain-  ing laboratories. The PCR method can selective-

ly amplify a specific DNA fragment from a small amount of DNA. The time required for amplifi-  cation is only about 2 hours. In general,electro- phoresis is necessary after DNA  amplification.

PCR is a qualitative examination, not quantita- tive one.

Generally speaking, real-time PCR should be used for DNA  quantification. Electrophor-  esis is not required when real-time PCR is used.

Real-time PCR is classified into two methods:

the fluorescent-labeled probe method and inter- calator method. The  fluorescent-labeled probe method includes the Linear Probe(such as  TaqMan  probe) method,  Structured  probe (such as the Molecular Beacon probe)method, and Cycling probe method. On the other hand, SYBR Green I etc. are added to the PCR reaction system in the intercalator method. 

We performed real-time PCR by the Linear Probe method using a TaqMan probe for her-  petic keratitis cases. The subjects were 56 patients with herpetic keratitis: epithelial ker-  atitis in 27 eyes; persistent epithelial defect in 6;

active disciform  stromal keratitis in 14; silent stromal keratitis in 6; and endotheliitis in 3. 

 

(2)

 

All 27 epithelial keratitis samples were positive for HSV  DNA (6.4±4.4  ×10 copies/sample).

In those with a persistent epithelial defect,HSV DNA  was detected in all 6 samples (8.5  ±3.3× 10 copies/sample). In active disciform stromal keratitis, HSV DNA was positive in 8 of the 14  affected  eyes (1.4±1.1 ×10 copies/sample).

Although  it has been  regarded  as extremely difficult to detect HSV-1 by viral culture in  disciform  keratitis patients, HSV  DNA  was  quantified in 8 of the 14 eyes. However,patients  in whom HSV was not suspected to be involved  may show  a small amount of positive HSV  DNA. In such cases, quantitative results of  HSV DNA can be helpful in diagnosing whether  or not the patients have herpetic keratitis. 

In  recent years, an  increasing  number of research laboratories perform real-time PCR for  identifying a causative virus of uveitis.  Our group  has performed  real-time PCR  using a  cycling probe to adjunctively diagnose bacterial,  fungal, or Acanthamoeba keratitis. Cycling PCR  uses a chimeric DNA-RNA-DNA  probe  with a strand length of 10 to 14 base pairs. 

As compared with a linear or structured probe,a  

cycling probe is shorter. When a mismatch is present in the vicinity of the RNA in the cycling  probe, the cleavage by RNaseH  does not occur. 

This PCR can detect the difference of a single nucleotide.  

One of the advantages of real-time PCR is its ability to quantify. However, when multiple  viruses, bacteria, or fungi are quantified, the  same number or more reaction tubes are neces-  sary. On the other hand, multiplex PCR can detect more than one kind of DNA  in a single  test tube. Sugita et al. analyzed ocular samples  firstly by multiplex PCR and secondly by quanti-  tative real-time PCR for HHV-1 through HHV-8.

If multiplex PCR results were positive,then real- time PCR  was conducted. Strictly speaking, these methods were not multiplex  real-time PCR.  

Here we report the outcomes of multiplex real- time PCR  applied to quantify HSV-1, HHV-6, and HHV-7 DNA  in tears and aqueous humor.

This is the first report in the field of ophthalmol- ogy of multiplex real-time PCR carried out using ocular samples to quantify HSV-1, HHV-6, and  HHV-7 DNA.  

Fig.2  The amplification  plot of HHV-6  with multiplex real-time PCR. 

Fig.1  The standard curve plot of HHV-6 with multiplex real-time PCR. 

(3)

 

Subjects were 23  patients who  underwent phacoemulsification,aspiration,and intraocular  lens implantation (PEA+IOL) or penetrating  keratoplasty(PKP). Twenty tear samples of 10  eyes receiving PEA,8 samples of aqueous humor  from another 8 eyes receiving PEA, and 10 tear  samples of 5 eyes receiving PKP  were used. 

None of the patients had a history of herpetic eye diseases.  

The sequences of the primers and TAMRA probes used in the multiplex real-time PCR assay were the same as those designed by Wada et al. 

In the current study,probes were quenched with TET, FAM, or VIC. ABI PRISM  7900HT Sequence Detector (Applied Biosystems, Foster  City, CA, USA) was used for DNA  quantifica-  tion.

Figures show the standard curve plot (Figure 1) and representative amplification plot (Figure  2) of HHV-6 with multiplex real-time PCR. 

Table 1 shows the DNA copy number detected in the tears before and after PEA  +IOL. The maximum amounts of DNA detected were 1.6  × 10 copies/sample  for HHV-6  and  2.0×10 copies/sample for HHV-7 (Table 1). No DNA of HSV-1, HHV-6, or HHV-7 was detected in 

 

any aqueous humor collected from  another 8 eyes receiving PEA (data not shown). The DNA  copy numbers before and after PKP in the tears  are shown in Table 2.  

The results indicated that HSV-1,HHV-6,and HHV-7 DNA were present in the ocular surface  (Tables 1, 2) before  and  after eye  surgery.

However, the amount of DNA  detected  was small. There is a possibility that viral DNA  reactivated from a latent state was quantified. 

Human herpes viruses are known to remain latent at various sites of the human body.  We suggest that multiplex real-time PCR  is conve-  nient and useful to clarify the clinical path- ogenesis of HHV in the eye.

Acknowledgements  

We thank Ms. Yukiko Mimuro for editing the manu- script and Ms. Mayumi Mizuno for technical assistance.

References  

1.Grinde  B (2013) Herpesviruses: latency  and reactivation -viral strategies and host response. J Oral  Microbiol 25: 19  

2.Holland EJ, Schwartz GS (1999) Classification of   

Table 1   DNA copy numbers detected in the tears before and after PEA+IOL  

Case   Age  Sex   Pre-Op

Post-Op    HSV-1   HHV-6   HHV-7

 

1   62, F   Pre-Op (−) (−) 3.1×10

Post-Op (−) (−) 2.0×10

2   81, M   Pre-Op (−) (−) 3.2×10

Post-Op (−) (−) (−)

3   70, F   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

4   70, F   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

5   90, M   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

6   73, M   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) 2.5×10 (−)

7   75, M   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

8   72, F   Pre-Op   3.5×10 1.6×10 (−)

Post-Op (−) (−) (−)

9   85, F   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

10   65, M   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

Reprinted with permission from Nihon Ganka Gakkai Zasshi.

 

(4)

  herpes simplex virus keratitis. Cornea 18: 144154 3.Koizumi N, et al. (2008) Cytomegalovirus as an 

etiologic factor in corneal endotheliitis. Ophthalmol-  ogy 115: 292297

4.Inoue T, Kandori M, Takamatsu F, Hori Y,Maeda  N (2010) Corneal endotheliitis  with  quantitative  polymerase chain  reaction  positive for human  her-  pesvirus 7. Arch Ophthalmol 128: 502503

5.Okuno T et al.(2011) Role of human herpes virus 6  in corneal inflammation alone or with human her-  pesviruses. Cornea 30: 204207

6.Sugita  S  et al. (2013) Use of a  comprehensive  polymerase chain  reaction  system  for diagnosis of  ocular infectious diseases. Ophthalmology 120: 1761  1768 

7.Mullis KB, Faloona FA (1987) Specific synthesis of DNA  in vitro via a polymerase-catalyzed chain reac-  tion. Methods Enzymol 155: 335350

8.Saiki RK  et al. (1985) Enzymatic amplification of  beta-globin  genomic sequences and  restriction  site  analysis for diagnosis of sickle cell anemia. Science  230: 13501354  

9.Giulietti A  et al. (2001) An overview  of real-time  quantitative PCR : applications to quantify cytokine  gene expression. Methods 25: 386  401

10.Morozumi M  et al.(2006)Simultaneous detection of  pathogens in clinical samples from patients with com-  munity-acquired pneumonia by real-time PCR  with pathogen-specific molecular beacon probes. J Clin  Microbiol 44: 14401446 

11.Muraosa Y  et al. (2014) Development of cycling  probe-based real-time PCR system  to detect Fusarium  species and Fusarium  solani species complex (FSSC). 

Int J Med Microbiol 304: 505511

12.Simpson DA, Feeney S, Boyle C, Stitt AW (2000)  Retinal VEGF  mRNA  measured by SYBR  green I fluorescence: A  versatile  approach  to  quantitative  PCR. Mol Vis 5: 178183 

13.Fukuda M  et al. (2003) Quantitative analysis of   

herpes simplex virus genome in tears from patients with herpetic keratitis. Cornea 22(7 Suppl): S55  60 14.Kakimaru-Hasegawa A  et al. (2008) Clinical appli- 

cation of real-time polymerase chain reaction for diag- nosis of herpetic diseases of the anterior segment of the eye. Jpn J Ophthalmol 52: 24  31

15.Sugita S et al.(2008)Use of multiplex PCR and real-  time PCR  to detect human herpes virus genome in ocular fluids of patients with uveitis. Br J Ophthalmol  92: 928932  

16. Itahashi M, Higaki S, Fukuda  M, Mishima  H,  Shimomura Y (2011) Utility of real-time polymerase chain  reaction  in  diagnosing and  treating Acanth-  amoeba keratitis. Cornea 30: 12331237

17.Itahashi M, Higaki S, Fukuda M, Shimomura Y  (2010) Detection  and  quantification  of pathogenic bacteria and fungi using real-time polymerase chain  reaction by cycling probe in patients with corneal ulcer. 

Arch Ophthalmol 128: 535540

18.Duck P, Alvarado-Urbina G, Burdick B, Collier B  (1990) Probe  amplifier system  based  on  chimeric cycling oligonucleotides. Biotechniques 9 : 142  148 19.Hogrefe HH, Hogrefe RI, Walder RY, Walder JA 

(1990) Kinetic analysis of Escherichia coli RNase H using DNA-RNA-DNA/DNA substrates. J Biol Chem  265: 55615566  

20.Yabutani M, Agata N, Ohta M (2009) A new rapid  and sensitive detection method for cereulide-producing  Bacillus cereus using a Cycleave real-time PCR. Lett  Appl Microbiol 48: 698704 

21.Modrusan Z,Bekkaoui F,Duck P (1998) Spermine-  mediated improvement of cycling probe reaction. Mol Cell Probes 12: 107116  

22.Bekkaoui F,Poisson I,Crosby W,Cloney L,Duck P  (1996) Cycling  probe  technology  with  RNase  H attached to an oligonucleotide. Biotechniques 20: 240 

248

23. Robert PY,Traccard I,Adenis JP,Denis F,Ranger- Rogez S (2002) Multiplex detection of herpesviruses in  

Table 2   DNA copy numbers detected in the tears from PKP  

Case   Age  Sex   Disease   Pre-Op

Post-Op    HSV-1   HHV-6   HHV-7

 

1   72, F   BK   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) 9.3×10 (−)

2   40, M   KC   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

3   79, M   BK   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) (−)

4   78, F   BK   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) 9.1×10

5   61, M   BK   Pre-Op (−) (−) (−)

Post-Op (−) (−) 3.1×10

BK : Bullous keratopathy, KC : Keratoconus

Reprinted with permission from Nihon Ganka Gakkai Zasshi. 

(5)

 

tear fluid  using the “stair primers” PCR  method : prospective study of 93 patients. J Med Virol 66: 506

511

24. Wada K  et al. (2009) Multiplex real-time PCR  for the simultaneous detection of herpes simplex virus,  human  herpesvirus  6, and  human  herpesvirus  7.

Microbiol Immunol 53: 2229

 

25.Dockrell DH,Paya CV (2001)Human herpesvirus-6 and -7 in transplantation. Rev Med Virol 11: 23  36 26.Miszczak D,Slonska A,Golke A,Cymerys J (2013) 

Herpesviruses   survival   strategies--latency  and apoptosis. Postepy Hig Med Dosw(Online) 67: 276  287

 

 

Table 1 shows the DNA copy number detected in the tears before and after PEA  + IOL. The maximum amounts of DNA detected were 1.6  × 10 copies / sample  for HHV-6  and  2.0 ×10 copies / sample for HHV-7 (Table 1)

参照

関連したドキュメント

 Quantitative analysis by real-time Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) of chronological change in the expression of hepatocyte growth factor (HGF),

This implies that a real function is realized by a stable map if and only if it is continuous, thus further leads to an admissible representation of the space of continuous

We study the real roots of the Yablonskii–Vorob’ev polynomials, which are spe- cial polynomials used to represent rational solutions of the second Painlev´ e equation.. It has

In he following numerical examples, for simplicity of calculations he start-up time parameter is dropped in Model 1. In order to keep system idle ime minimal, the "system

We obtained the condition for ergodicity of the system, steady state system size probabilities, expected length of the busy period of the system, expected inventory level,

For G /k connected, simple, algebraically simply connected and of real rank m, does the weak Emerton criterion always hold in dimension

The finite element method is used to simulate the variation of cavity pressure, cavity volume, mass flow rate, and the actuator velocity.. The finite element analysis is extended

In recent work [23], authors proved local-in-time existence and uniqueness of strong solutions in H s for real s > n/2 + 1 for the ideal Boussinesq equations in R n , n = 2, 3