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核酸检测选择外源性内标有哪些应用和优势?

 文进玲玉 2022-03-17

作者 | 姬瑞

单位 | 榆林市第五医院

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随着新冠疫情趋于常态化,核酸检测已成为人们生活中的一部分。为了监测“采样“、“提取、扩增”等环节,目前市场上多个产品均在核酸扩增试剂内加入了“内标”,包括“内源性内标”和“外源性内标”,两种方式各有利弊。

· 内源性内标可以在“单检”场景下检测到是否采集到了足够的人体细胞;

· 外源性内标在检测中能够更好反映“提取”和“扩增”的效率,另外在“环境样本”检测中,能够更好的发现样本提取或者扩增效率不足的情况,从而提示检验人员警惕假阴性结果

内标内源性内标外源性内标

PCR扩增靶标基因扩增呈现“阴性”,存在以下可能:①受试者为“真阴性”,②由于采样、提取和扩增阶段存在问题,导致的“假阴性”。

各个厂家为了减少“假阴性”的发生率,可通过检测内标核酸是否“起线”,判断是否存在“采样、提取、扩增”导致的假阴性。

内标分为“内源性内标”和“外源性内标”。内源性内标采用的是人的管家基因,存在于人的基因组中,可以监测核酸检测的全流程,包括取样、样本提取、PCR扩增过程。外源性内标采用的为非人源基因作为内标,是假病毒或质粒,在提取之前加入,监测核酸检测的样本提取、PCR扩增过程,不能监测取样过程[1]。两者的分析比较如下:

表 内源性内标与外源性内标的区别

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外源性内标在核酸检测中能够更好反映提取、扩增效率

试验一:

在真实的新冠核酸筛查中,96孔的样本提取检测,可由于多种原因,出现单孔提取、扩增效率降低,甚至出现假阴性的情况。

本试验在单孔(B6孔)中降低磁珠用量,以模拟提取效率不足,进而观察“内源性”和“外源性”内标对提取环节的监测效果。

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图1“内源性内标”扩增曲线图,B6孔提取样本Ct值并无明显异常

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图2“外源性内标”扩增曲线图,B6孔提取样本Ct值明显高于其他样本,提示该样本可能存在提取或扩增效率不足的问题

所有使用“内源性内标”扩增的样本中,内标扩增的Ct值在18.8~31.2之间,B6孔提取样本Ct值为25.3,难以发现B6孔样本提取存在问题。这是因为“内源性内标”采用的是检测人体的“管家基因”,“管家基因”的核酸分子数量取决于采样情况,“内源性内标”的Ct值高,可能原因包括:采样不足,核酸提取、扩增效率较低[1]

另一方面,使用“外源性内标”扩增样本中,除外B6孔样本,其他样本扩增的Ct值均较为集中,在30.9~31.8之间,重复性好。B6孔的提取样本Ct值为33.7,明显高于其他样本,提示B6孔的样本提取或扩增效率较低。

这是因为,“外源性内标”提前在反应体系中加入的定量“假病毒或质粒”,核酸分子量是较为稳定的。因此,当“外源性内标”Ct值较高时,因考虑核酸提取或者扩增效率不足,如果该样本靶标基因检测结果为阴性,应警惕“假阴性”可能。

外源性内标能反映“环境样本”中含抑制性物质


试验二:

《新型冠状病毒肺炎防控方案(第八版)》中提出,要采用“多渠道监测预警”,包括生物样本和环境样本的检测。提示,环境样本检测在疫情防控中也发挥着重要作用。但环境样本成本较为复杂,含有多种物质可抑制PCR扩增反应,导致结果假阴性。最常见的强抑制性物质是“腐植酸“,多见于泥土样本[2]

该实验是采用泥土(含腐植酸)、灰尘样本;分别模拟含有强抑制物和不含抑制物的样本,分别采用“内源性”和“外源性内标”扩增试剂检测,评估两种内标的对样本中是否存在抑制物的监测能力。


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图3 使用内源性内标试剂检测不含抑制物(上图右)和含抑制物(上图左)样本内标信号扩增结果

如图3所示,无论检测样本中是否含有抑制物时,内源性内标信号均不起线,无法监测PCR反应是否被抑制。这是因为“内源性内标”采用的是检测人体的“管家基因”,而环境样本中是没有人体“管家基因”核酸的。


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图4 使用外源性内标试剂检测不含抑制物(上图右)和含抑制物(上图左)样本内标信号扩增结果

如图4所示,当检测样本中不含有强抑制物时,外源性内标扩增试剂起线,说明PCR反应并未受到抑制,如此时靶标的PCR扩增结果为阴性,我们可以认为结果为“真阴性”。而检测样本中含有强抑制物时,外源性内标的PCR反应受到抑制,内标信号并未起线,与检测不含抑制物样本时呈明显差异,提示该样本中具有抑制PCR扩增的物质,如靶标检测结果为阴性,应警惕假阴性可能。

综上,使用“外源性内标”的扩增试剂检测环境样本,能够提示样本中含有抑制PCR的物质,提醒检测人员注意假阴性可能。

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内源性内标”和“外源性内标”扩增试剂具有各自的特点,我们应基于应用场景和应用需求,选择最适合自身情况的扩增试剂,规范使用,一起为国家疫情防控努力。


参考文献:
[1]Biotechnol Adv. Jul-Aug2009;27(4):323-33.  
[2]Anal Bioanal Chem. 2020Apr;412(9):2009-2023.


End

来源 | 器审中心

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