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ELISA检测作为诊断工具(1/2):基础知识和用途

您对ELISA检测了解多少?这就是它的工作原理,它用于检测什么,以及如何解释结果。

使用酶联免疫分析(ELISA)检测蛋白质(抗原或抗体)是全世界最容易获得的诊断工具之一,目前在养猪业中大量使用。该测试通常用于监控和疾病监测以及诊断工具。由于猪兽医经常使用该方法,因此在解释结果时了解检测的工作原理、检测的内容及其优缺点至关重要。同样重要的是要记住,虽然相同的技术可用于不同的病原体,但对这些结果的解释应该有所不同。

检测基本信息

ELISA检测旨在检测针对细菌或病毒的抗原或抗体。抗原是刺激抗体产生的外来蛋白质(抗原=抗体生成剂)。在考虑抗体时,总是认为它们是针对蛋白质的。在设计检测方法时,制造商或实验室决定他们想要针对的特定蛋白质。如果ELISA直接靶向细菌或病毒的蛋白质,则称为抗原ELISA,而如果目标是动物对细菌或病毒的抗体反应,则称之为抗体ELISA。尽管有设计成仅针对一种或两种蛋白质(抗体或抗原)的ELISA测定,但实际上许多ELISA测定都针对大量蛋白质。还可以设计检测特定类型的抗体反应(IgG、IgM或IgA)或这些反应的组合。这些类型的抗体中的每一种都具有特定的功能,这不属于本文介绍的范围。

通过ELISA检测抗体或抗原的概念和过程完全相同。它从获得目标蛋白(抗原或抗体)开始。对于单个蛋白质,需要单独的方法来获得该单个蛋白质的纯化浓度。确定目标蛋白是一个科学而复杂的过程。理想情况下,该检测针对特定病原体的特有单一蛋白(不与其他病原体交叉反应)、高度免疫原性(用于抗体检测)或高浓度(用于抗原检测);它靶向一种已知与疾病防护高度相关且始终存在的蛋白质。不幸的是,这些标准中有许多是未知的,且可以容易地在样品中产生和发现这种单一蛋白质,或者多个蛋白质的混合物(即全病毒或细菌)通常被用来替代。虽然使用全病毒或细菌作为目标蛋白可能很容易,但与其他病原体交叉反应的机会很多。

该过程的一般步骤如下 (见图1).

  • 步骤1:用目标抗原(用于检测抗体)或抗体(用于检测抗原)预涂微孔板。
  • 步骤2:添加样品进行测试并孵育,以使抗原和抗体之间发生附着。
  • 步骤3:移除样品,并添加附着在抗体(抗体检测的“Y”部分底部)或抗原(抗原检测的“Y”顶部)相对侧的特定抗体。然后孵育样品以确保附着,并洗涤以确保去除任何非附着(即非靶向)抗体或抗原。
  • 步骤4:添加用能发出荧光的检测器标记的抗体,并将其附着在步骤3中添加的特殊抗体上(附着在抗体“Y”部分的底部;抗原或抗体检测的目标相同)。然后再次孵育样品以确保附着,并洗涤以确保去除任何未附着的标记抗体。
  • 步骤5:添加将触发残留的标记抗体荧光的试剂,然后进行孵育以确保附着。
  • 步骤6:读取样品,通常使用特定波长的专用机器来量化颜色变化(称为吸光度)。这一过程在检测方法是直接、间接还是夹心ELISA方面有一些细微的差异,每种检测方法都有不同的优点和缺点(此处未讨论),但最终结果相同;吸光度或颜色变化越高,测试样品中目标抗原或抗体的预期浓度越高。
图1.基于酶联免疫吸附试验(ELISA)的诊断试验概述。基于抗原固定和抗体标记的差异,ELISA可以以不同的形式呈现。在直接ELISA中,通过添加偶联抗体来检测与塑料固相结合的病毒抗原。在夹心ELISA中,捕获抗体附着在塑料固相上。样品中的抗原将与捕获抗体结合,然后由第二种酶标记抗体检测。在竞争ELISA中,样品病毒抗原与一抗预孵育,然后与酶结合抗原一起加入到包被有二抗的微孔中,该酶结合抗原与样品抗原竞争与一抗结合。 样品中的病毒抗原越多,结合的抗原越少,信号越低。 资料来源:改编自Ghaffari等人。2020年。
1.基于酶联免疫吸附试验(ELISA)的诊断试验概述。基于抗原固定和抗体标记的差异,ELISA可以以不同的形式呈现。在直接ELISA中,通过添加偶联抗体来检测与塑料固相结合的病毒抗原。在夹心ELISA中,捕获抗体附着在塑料固相上。样品中的抗原将与捕获抗体结合,然后由第二种酶标记抗体检测。在竞争ELISA中,样品病毒抗原与一抗预孵育,然后与酶结合抗原一起加入到包被有二抗的微孔中,该酶结合抗原与样品抗原竞争与一抗结合。 样品中的病毒抗原越多,结合的抗原越少,信号越低。 资料来源:改编自Ghaffari等人。2020年。
图2A:ELISA–根据吸收计算抗原或抗体水平
2AELISA–根据吸收计算抗原或抗体水平
直接法:
1. 将样品加入微孔
2. 蛋白质附着于塑料上
3. 偶联检测抗体与固定化分析物结合
4. 酶促显色反应与结合抗体成正比
夹心法:
1. 用捕获抗体预涂微孔
2. 添加样品,分析物与捕获抗体结合
3. 偶联检测抗体与固定化分析物结合
4. 间接检测,酶促反应与分析物成正比
竞争法
1. 用第二捕获抗体预涂微孔
2. 同时加入捕获抗体、偶联物和样品
3. 偶联物和样品结合
4. 酶促显色反应与结合偶联物成正比

untargeted sample matrix:非目标样本矩阵
targeted analyte: 目标分析物
antibody: 抗体
enzyme- conjugated analyte: 酶偶联分析物
biotin-streptavidin binding: 生物素-链霉亲和素结合
enzyme- conjugated(AP/HRP): 酶偶联(AP/HRP)
enzymatic substrate: 酶底物
color reaction product: 显色反应产物

在竞争ELISA的情况下,关键是所使用的过程实际上会产生相反的结果(见图2B)。将样品和已知量的标记抗原(用于抗原检测)或抗体(用于抗体检测)添加到待评估的样品中,以便一旦将它们添加到标记孔中,原始样品和添加的标记蛋白(抗体或抗原)竞争附着在预涂孔上。本质上,如果待测样品中没有目标蛋白质,则所有标记的蛋白质将能够附着在平板上并产生强烈的颜色变化。另一方面,如果样品中有相当数量的目标蛋白质,则样品中的蛋白质将与标记的蛋白质竞争(阻止)结合。当洗涤样品时,任何未附着的标记蛋白将通过洗涤去除。因此,样本中的抗原或抗体越多,它们就越能阻挡标记的蛋白质,从而导致它们不附着并被洗掉。当样品中目标蛋白的浓度高时,这会导致低吸光度,这与之前的情况相反。高值表示低浓度或阴性结果,无法量化阳性样品的抗原/抗体浓度。

图2B:竞争ELISA。根据吸收计算抗原或抗体水平。
2B:竞争ELISA。根据吸收计算抗原或抗体水平。

每个ELISA测定的测定截止值可以不同,并且由制造商根据其期望的靶向敏感性和特异性预先确定。对于直接、间接或夹心ELISA,任何高于截止值的数字都被视为阳性。对于竞争性ELISA,任何高于临界值的数字都被视为阴性。对于某些分析,他们还建立了一个灰色区域,将样本分类为“可疑”,因为分析往往会有一些“背景”反应(交叉反应),这使得很难有一个明确的临界点。

结果通常(但不总是)报告为校正的S:P或样本与阳性的比率,该比率根据阴性对照孔中发现的背景颜色变化进行校正。抗体水平通常被称为“滴度”。虽然这在技术上是不正确的,但从宏观角度来看,它是合理的。一个关键点是,当谈到滴度时,值之间存在直接的数学关系(值为20的样本的抗体数量是值为10的样本的两倍)。对于ELISA值,不存在这种直接的数学关系(见图2A)。2.0的ELISA确实比1.0的具有更多的抗体,但不是1.0的两倍。

合并用于测试的样本

由于ELISA测定是浓度依赖性的(与靶蛋白[抗体或抗原]的浓度直接相关),因此强烈建议不要合并进行检测。合并可显著增加丢失阳性样本的可能性。

测定的一些用途:

  • 检测是否存在针对目标病原体的抗体 – 抗体 ELISA – 最常见的用途
  • 确定病原体暴露
  • 确定动物的疫苗接种状态
  • 确定感染时间(抗体水平的变化)随时间的变化。
  • 通过检测目标病原体的蛋白质/抗原来检测目标病原体的存在 – 抗原 ELISA

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