Программы для дизайна праймеров для петлевой изотермической амплификации

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf (English)
Опубликован: Oct 29, 2024
DOI: https://doi.org/10.18097/BMCRM00226
Ключевые слова:
петлевая изотермическая амплификация; дизайн праймеров; программное обеспечение

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

К.Г. Птицын
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
С.А. Хмелева
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
Л.К. Курбатов
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
О.С. Тимошенко
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
Е.В. Супрун
Химический факультет Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1/3
С.П. Радько
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
А.В. Лисица
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10

Аннотация

Петлевая изотермическая амплификация ДНК (loop mediated isothermal amplification, LAMP) рассматривается как наиболее перспективный метод ДНК-диагностики инфекционных заболеваний в формате “тестирования на месте оказания медицинской помощи”. В настоящее время разработан ряд онлайн-сервисов и загружаемых программ для создания LAMP-праймеров, некоторые из которых находятся в свободном доступе и обсуждаются в данном обзоре. Среди них, PrimerExplorer является наиболее используемой программой, за которым следует онлайн-ресурс NEB LAMP Primer Design Tool, последовательно набирающий популярность. Другие некоммерческие программы, такие как GLAPD, MorphoCatcher, LAMPrimer iQ и LAVA, использовались для создания LAMP-праймеров гораздо реже. В обзоре обсуждаются преимущества и недостатки существующего в настоящее время бесплатного программного обеспечения для создания LAMP-праймеров, а также направления его дальнейшего развития.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Птицын K., Хмелева S., Курбатов L., Тимошенко O., Супрун E., Радько S., & Лисица A. (2024). Программы для дизайна праймеров для петлевой изотермической амплификации. Biomedical Chemistry: Research and Methods, 7(4), e00226. https://doi.org/10.18097/BMCRM00226
Выпуск
Том 7 № 4 (2024): Принято в печать
Раздел
ОБЗОРЫ

Библиографические ссылки

  1. Boonbanjong, P., Treerattrakoon, K., Waiwinya, W., Pitikultham, P., Japrung, D. (2022) Isothermal amplification technology for disease diagnosis. Biosensors (Basel), 12(9), 677. DOI
  2. Notomi, T., Okayama, H., Masubuchi, H., Yonekawa, T., Watanabe, K., Amino, N., Hase, T. (2000) Loop-mediated isothermal amplification of DNA. Nucleic Acids Research, 28(12), E63. DOI
  3. Park, J.W. (2022) Principles and applications of loop-mediated isothermal amplification to point-of-care tests. Biosensors (Basel), 12(10), 857. DOI
  4. Chander, Y., Koelbl, J., Puckett, J., Moser, M.J., Klingele, A.J., Liles, M.R., Carrias, A., Mead, D.A., Schoenfeld, T.W. (2014) A novel thermostable polymerase for RNA and DNA loop-mediated isothermal amplification (LAMP) Frontiers in Microbiology, 5, 395. DOI
  5. Nagamine, K, Hase, T, Notomi, T. (2002) Accelerated reaction by loop-mediated isothermal amplification using loop primers. Molecular and Cellular Probes, 16(3), 223-229. DOI
  6. Kurbatov, L.K., Ptitsyn, K.G., Khmeleva, S.A., Radko, S.P., Lisitsa, A.V., Suprun, E.V. (2024) Recombinase polymerase and loop-mediated isothermal amplification in the DNA diagnostics of infectious diseases. Journal of Analytical Chemistry, 79, 273-286. DOI
  7. SantaLucia, J., Jr. (1998) A unified view of polymer, dumbbell, and oligonucleotide DNA nearest-neighbor thermodynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(4), 1460-1465. DOI
  8. Kumar, A., Chordia, N. (2015) In silico PCR primer designing and validation. Methods in Molecular Biology, 1275, 143-151. DOI
  9. Tomita, N., Mori, Y., Kanda, H., Notomi, T. (2008) Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) of gene sequences and simple visual detection of products. Nature Protocols, 3(5), 877-882. DOI
  10. Ye, J., Coulouris, G., Zaretskaya, I., Cutcutache, I., Rozen, S., Madden, T.L. (2012) Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC Bioinformatics, 13, 134. DOI
  11. Torres, C., Vitalis, E.A., Baker, B.R., Gardner, S.N., Torres, M.W., Dzenitis, J.M. (2011) LAVA: an open-source approach to designing LAMP (loop-mediated isothermal amplification) DNA signatures. BMC Bioinformatics, 12, 240. DOI
  12. Jia, B., Li, X., Liu, W., Lu, C., Lu, X., Ma, L., Li, Y.Y., Wei, C. (2019) GLAPD: Whole genome based LAMP primer design for a set of target genomes. Frontiers in Microbiology, 10, 2860. DOI
  13. Akhmetzianova, L.U., Davletkulov, T.M., Sakhabutdinova, A.R., Chemeris, A.V., Gubaydullin, I.M., Garafutdinov, R.R. (2024) LAMPrimers iQ: New primer design software for loop-mediated isothermal amplification (LAMP). Analytical Biochemistry, 684, 115376. DOI
  14. Shirshikov, F.V., Pekov, Y.A., Miroshnikov, K.A. (2019) MorphoCatcher: a multiple-alignment based web tool for target selection and designing taxon-specific primers in the loop-mediated isothermal amplification method. PeerJ, 7, e6801. DOI
  15. Kalendar, R.A (2022) Guide to Using FASTPCR Software for PCR, In Silico PCR, and Oligonucleotide Analysis. Methods in Molecular Biology; 2392, 223-243. DOI
  16. O'Halloran, D.M. (2015) STITCHER: A web resource for high-throughput design of primers for overlapping PCR applications. Biotechniques, 58(6), 325-328. DOI
  17. O'Halloran D.M., Uriagereka-Herburger, I., Bode, K. (2017) STITCHER 2.0: primer design for overlapping PCR applications. Scientific Reports, 7, 45349. DOI
  18. Hyman, L.B., Christopher, C.R., Romero, P.A. (2022) Competitive SNP-LAMP probes for rapid and robust single-nucleotide polymorphism detection. Cell Reports Methods, 2(7), 100242. DOI
  19. Salinas, N.R., Little, D.P. (2012) Electric LAMP: Virtual loop-mediated isothermal amplification. ISRN Bioinformatics, 2012, 696758. DOI
  20. Fellermann, H., Shirt-Ediss, B., Kozyra, J., Linsley, M., Lendrem, D., Isaacs, J., Howard, T. (2019) Design of experiments and the virtual PCR simulator: An online game for pharmaceutical scientists and biotechnologists, Pharmaceutical Statistics, 18(4), 402-406. DOI
  21. Kalendar, R., Khassenov, B., Ramankulov, Y., Samuilova, O., Ivanov, K.I. (2017) FastPCR: An in silico tool for fast primer and probe design and advanced sequence analysis. Genomics, 109(3-4), 312-319. DOI
  22. Kayama, K., Kanno, M., Chisaki, N., Tanaka, M., Yao, R., Hanazono, K., Camer, G.A., Endoh, D. (2021) Prediction of PCR amplification from primer and template sequences using recurrent neural network. Scientific Reports, 11(1), 7493. DOI
  23. Schneider, L., Blakely, H., Tripathi, A. (2019) Mathematical model to reduce loop mediated isothermal amplification (LAMP) false-positive diagnosis. Electrophoresis, 40(20), 2706-2717. DOI
  24. Arabi-Jeshvaghani, F., Javadi-Zarnaghi, F., Löchel, H.F., Martin, R., Heider, D. (2023) LAMPPrimerBank, a manually curated database of experimentally validated loop-mediated isothermal amplification primers for detection of respiratory pathogens. Infection, 51(6), 1809-1818. DOI
  25. Stajich, J.E., Block, D., Boulez, K., Brenner, S.E., Chervitz, S.A., Dagdigian, C., Fuellen, G., Gilbert, J.G., Korf, I., Lapp, H., Lehväslaiho, H., Matsalla, C., Mungall, C.J., Osborne, B.I., Pocock, M.R., Schattner, P., Senger, M., Stein, L.D., Stupka, E., Wilkinson, M.D., Birney, E. (2002) The Bioperl toolkit: Perl modules for the life sciences. Genome Research, 12(10), 1611-1618. DOI
  26. Rozen, S., Skaletsky, H. (2000) Primer3 on the WWW for general users and for biologist programmers. Methods in Molecular Biology, 132, 365-386. DOI
  27. Hin, S., Lopez-Jimena, B., Bakheit, M., Klein, V., Stack, S., Fall, C., Sall, A., Enan, K., Mustafa, M., Gillies, L., Rusu, V., Goethel, S., Paust, N., Zengerle, R., Frischmann, S., Weidmann, M., Mitsakakis, K. (2021) Fully automated point-of-care differential diagnosis of acute febrile illness. PLoS Neglected Tropical Diseases, 15(2), e0009177. DOI
  28. Huang, B., Montgomery, B.L., Adamczyk, R., Ehlers, G., van den Hurk, A.F., Warrilow, D. A. (2020) LAMP-based colorimetric assay to expedite field surveillance of the invasive mosquito species Aedes aegypti and Aedes albopictus. PLoS Neglected Tropical Diseases, 14(3), e0008130. DOI
  29. Lopez-Jimena, B., Wehner, S., Harold, G., Bakheit, M., Frischmann, S., Bekaert, M., Faye, O., Sall, A.A., Weidmann, M. (2018) Development of a single-tube one-step RT-LAMP assay to detect the Chikungunya virus genome. PLoS Neglected Tropical Diseases, 12(5), e0006448. DOI
  30. Lopez-Jimena, B., Bekaert, M., Bakheit, M., Frischmann, S., Patel, P., Simon-Loriere, E., Lambrechts, L., Duong, V., Dussart, P., Harold, G., Fall, C., Faye, O., Sall, A.A., Weidmann, M. (2018) Development and validation of four one-step real-time RT-LAMP assays for specific detection of each dengue virus serotype. PLoS Neglected Tropical Diseases, 12(5), e0006381. DOI
  31. Bearinger, J.P., Dugan, L.C., Baker, B.R., Hall, S.B., Ebert, K., Mioulet, V., Madi, M., King, D.P. (2011) Development and initial results of a low cost, disposable, point-of-care testing device for pathogen detection. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 58(3), 805-808. DOI
  32. Untergasser, A., Cutcutache, I., Koressaar, T., Ye, J., Faircloth, B.C., Remm, M., Rozen, S.G. (2012) Primer3 - new capabilities and interfaces. Nucleic Acids Research, 40(15), e115. DOI
  33. Kõressaar, T., Lepamets, M., Kaplinski, L., Raime, K., Andreson, R., Remm, M. (2018) Primer3_masker: integrating masking of template sequence with primer design software. Bioinformatics, 34(11), 1937-1938. DOI
  34. Langmead, B., Trapnell, C., Pop, M., Salzberg, S.L. (2009) Ultrafast and memory-efficient alignment of short DNA sequences to the human genome. Genome Biology, 10(3), R25. DOI
  35. Wright, B.R., Jelocnik, M., Casteriano, A., Muir, Y.S.S., Legione, A.R., Vaz, P.K., Devlin, J.M., Higgins, D.P. (2023) Development of diagnostic and point of care assays for a gammaherpesvirus infecting koalas. PLoS One, 18(6), e0286407. DOI
  36. Baláž, V., Rivory, P., Hayward, D., Jaensch, S., Malik, R., Lee, R., Modrý, D., Šlapeta, J. (2023) Angie-LAMP for diagnosis of human eosinophilic meningitis using dog as proxy: A LAMP assay for Angiostrongylus cantonensis DNA in cerebrospinal fluid. PLoS Neglected Tropical Diseases, 17(5), e0011038. DOI
  37. Xie, X., Li, B., Fan, Y., Duan, R., Gao, C., Zheng, Y., Tian, E. (2022) Identification of Gyromitra infula: A rapid and visual method based on loop-mediated isothermal amplification. Frontiers in Microbiology, 13, 842178. DOI
  38. Wang, N., Zhao, Z., Gao, J., Tian, E., Yu, W., Li, H., Zhang, J., Xie, R., Zhao, X., Chen, A. (2021) Rapid and visual identification of chlorophyllum molybdites with loop-mediated isothermal amplification method. Frontiers in Microbiology, 12, 638315. DOI
  39. Garafutdinov, R.R., Mavzyutov, A.R., Alekseev, Ya.I., Vorobev, A.A., Nikonorov, Yu.M., Chubukova, O.V., Matniyazov, R.T., Baymiev, An.K., Maksimov, I.V., Kuluev, B.R., Baymiev, Al.Kh., Chemeris, A.V. (2020) Human betacoronaviruses and their highly sensitive detection by PCR and other amplification methods. Biomics, 12(1), 121-179. DOI
  40. Garafutdinov, R.R., Galimova, A.A., Sakhabutdinova, A.R. (2017) Polymerase chain reaction with nearby primers. Analytical Biochemistry, 518, 126-133. DOI
  41. Akhmetzianova, L.U., Davletkulov, T.M., Garafutdinov, R.R. (2022) Application of the Aho–Corasick algorithm for the selection of primers for loop isothermal amplification. Matematicheskaya Biologiya i Bioinformatika, 17(2), 250-265. DOI
  42. Dieckmann, M.A., Beyvers, S., Nkouamedjo-Fankep, R.C., Hanel, P.H.G., Jelonek, L., Blom, J., Goesmann, A. (2021) EDGAR3.0: comparative genomics and phylogenomics on a scalable infrastructure. Nucleic Acids Research, 49(W1), W185-W192. DOI
  43. Sievers, F., Higgins, D.G. (2021) The Clustal Omega Multiple Alignment Package. Methods in Molecular Biology, 2231, 3-16. DOI