动物医学进展,2018,39(10):I-5 Progress in Veterinary Medicine 牛布鲁菌荧光标记免疫层析试纸条快速检测方法的建立 刘佳佳 ,吴 彤 ,梅 琳 ,韩雪清 ,吴绍强 ,林祥梅 ,王慧煜 (1.中国检验检疫科学研究院,北京100176;2.内蒙古开鲁县家畜改良工作站,内蒙古开鲁028400) 摘 要:为建立一种快速诊断牛布鲁菌病的方法,以原核表达、纯化的外膜蛋白OMP22作为抗原,以带 荧光标记的IgG抗体作为标记物制备免疫层析试纸条,建立一种布鲁菌病快速检测方法,并对该方法的敏 感性和特异性进行验证。结果显示,制备的试纸条最低可检出1:100稀释的牛布鲁茵标准阳性血清,且与 牛结核、牛蓝舌病、牛病毒性腹泻、牛口蹄疫、牛巴氏杆菌病、牛白血病的血清无交叉反应;试纸条检测结果与 商品化ELISA检测试剂盒(IDEXX)的符合率为93.5 。以上结果表明,建立的荧光标记免疫层析试纸条 方法能快速检出牛血清中的布鲁茵抗体,具有良好的敏感性和特异性,是一种适合现场初筛的检测方法。 关键词:布鲁茵;快速检测;荧光;免疫层析试纸条 中图分类号:¥852.614;¥858.23 文献标识码:A 文章编号:1007—5038(2018)10—0001-05 布鲁菌病(Brucellosis)(简称布病)是由布鲁菌 常必要。研究发现布鲁菌外膜蛋白(outer mem— brane proteins,OMPs)在免疫和诊断方面有着显著 (Brucella)引起的重大人畜共患病,以侵害动物生 殖系统,引起动物流产和不孕不育为特征l】]。进入 21世纪,布鲁菌病疫情日趋加重,呈现从牧区、半牧 的优势,可作为替换LPS的诊断抗原_7 ]。其中, OMP22作为一种免疫优势抗原,在各种属之间的保 守性很高,是布鲁菌重要的毒力因子,是制造疫苗和 抗体必不可少的抗原。 免疫层析技术作为发展较为迅速的快速检测技 区向农区甚至城市蔓延的趋势,被WHO称为“再度 肆虐”的传染病。包括美国等发达国家在内的170 多个国家和地区都发生过或正在发生布病,这些国 家大都与我国有贸易往来,更为严重的是我国周边 国家疫情频频发生(如蒙古国、哈萨克斯坦、塔吉克 斯坦等)[2-3],给我国布鲁菌病防控带来新的挑战。 我国针对动物布鲁菌病的防控以检疫、扑杀和 免疫综合治理为主,布鲁菌病的快速、准确诊断可为 术之一,以其简便、快速、特异性强、易于肉眼判断、 不需辅助仪器和试剂、结果易于保存等特点,特别适 合基层和现场初筛使用。其中,以荧光物质作为标 记物的免疫层析试纸条,因其特有的光电磁信号放 大系统可以提高检测的灵敏度,减少样品底色干扰, 疫病防控提供有效的疫情信息,是早期防控的关键。 细菌学诊断方法作为布鲁菌病诊断的金标准,结果 虽然具有较高的精确度,但是易污染、耗时长,且不 易分离,并且对工作人员的威胁较大。基于检测布 不存在胶体金显色难的问题,展现出更广的发展前 景L9。 。本研究采用原核表达的牛布鲁菌OMP22 蛋白作为检测抗原,以带荧光标记的抗体作为标记 物,建立一种布鲁菌荧光标记免疫层析试纸条检测 鲁菌脂多糖(1ipopolysaccharides,LPS)的血清学诊 断方法,如虎红平板凝集试验(rose—bengal plate ag— glutination test,RBPT)和补体结合试验(comple— 方法,以期为基层单位在现场快速准确初筛牛布鲁 菌病提供技术支持。 1材料与方法 1.1 材料 merit fixation test,CFT),是世界范围内较为认可的 方法 ],但因存在实验操作步骤繁琐、费时,在大量 样品的实地检测中应用较少。而基于布鲁菌全菌作 为抗原的ELISA检测方法亦不适合现场检测 J。 1.1.1 菌株与血清pCold—TF/OMP22原核重组 表达质粒为中国检验检疫科学研究院动检所构建保 存;牛布鲁菌标准阴性、阳性血清,购自中国兽医药 因此,建立一种快速并适合现场使用的诊断方法非 收稿日期:2017-10—30 基金项目:公益性行业科研专项(201510017) 品监察所;牛结核病血清、牛蓝舌病血清、牛病毒性 作者简介:刘佳佳(1989一),女,河北廊坊人,实习助理,硕士,主要从事畜共患病的实验室检测工作。*通讯作者 2 动物医学进展2O18年第39卷第lO期(总第304期) 腹泻血清、牛口蹄疫血清、牛巴氏杆菌病血清、牛白 血病血清,中国检验检疫科学研究院动检所保存。 1.1.2 主要试剂 荧光标记羊抗牛IgG,上海优宁 维生物科技股份有限公司产品;兔抗羊IgG,艾博抗 作为一抗,以1:2o 000稀释的辣根过氧化物酶标 记的羊抗牛IgG作为二抗进行重组蛋白的ELISA 反应原性分析。最后,用TMB底物显色液室温避 光反应10 min,用硫酸溶液终止显色反应,读取OD 450 nm值。 1.2.3 荧光标记免疫层析试纸条的组装 (上海)贸易有限公司产品;玻璃纤维(GF一08)、玻璃 纤维垫(8964)、吸水纸(H一5076)、黑色底板(国产) 和硝酸纤维素膜(HFC13502),上海捷宁生物科技有 限公司产品;其他试剂均为国产分析纯。 1.1.3 主要仪器 三维喷点系统(Biodot— XYZ305O丁M)、切纸机系统(Biodot—CM4000丁M),百 道贸易(上海)有限公司产品;手持式紫外灯(BG一42一 1.2.3.1 样品垫和结合垫的预处理 将样品垫和结 合垫浸泡在含有表面活性剂10 g/I Triton100和 30 g/L BSA的PBS(pH 7.4)缓冲液中,于4℃条件 下浸泡2 h,冻干保存备用。 1.2.3.2质控线(c线)和检测线(T线)的反应性鉴 定 将荧光标记羊抗牛IgG喷涂在结合垫上,兔抗 羊IgG包被在NC膜上,利用湿法将蒸馏水滴加到 样品垫位置去爬膜,观察C线的显色情况。若C线 出现,表明整个试纸条层析过程是有效的;若未出 现,表明该反应失败。 A)由中国检验检疫科学研究院提供;超纯水系统, 美国Milipore公司产品;电热恒温鼓风干燥箱 (DHG一9030A),上海中友仪器设备有限公司产品。 1.2 方法 1.2.1 重组蛋白的表达与纯化 将pCold—TF/ OMP22原核重组表达质粒转化E.coli BI 21(DE3) 感受态细胞,挑取单菌落接种至含卡那霉素 (50 ̄g/mL)的LB培养基中,37℃摇菌至菌液OD 600 nm值为O.6左右,加入诱导剂IPTG至终浓度 将荧光标记羊抗牛IgG喷涂在结合垫上, OMP22蛋白包被在NC膜上,利用湿法将牛布鲁菌 标准阳性血清滴加到样品垫位置去爬膜,观察T线 的显色情况。若T线出现,说明阳性血清中的抗体 与荧光标记抗体结合形成复合物后,又与T线上包 被的牛布鲁菌重组蛋白发生特异性结合,表明该试 纸条具有检测能力。 1.2.3.3 抗体浓度的优化 结合垫上荧光标记抗体 浓度及C线包被的二抗浓度是影响荧光信号强弱的 为0.5 mmol/I ,16℃继续培养24 h后收集菌液。 收集诱导后的菌体沉淀,加入结合缓冲液重悬 菌体后进行超声破碎至菌液澄清透明,于4℃离心 后,取上清过层析柱(按照QIAGEN公司的NI— NTA agrose说明书进行操作)。先以含低浓度咪唑 (10、20、50 mmol/I )的缓冲液洗脱去除杂蛋白,再 以含250 mmol/L咪唑的缓冲液洗脱目的蛋白。 1.2.2 重组蛋白的反应原性鉴定 将纯化好的 OMP22蛋白(蛋白浓度1 ag/mL),以每孔100 L 的量包被于酶标板上,4℃过夜。用100 mL/L马血 清室温封闭1 h,以1:IOO稀释的布鲁菌标准血清 决定因素,可检测到最小荧光信号的量为试纸条包 被抗体的最佳用量。根据棋盘法原理,使用浓度为 1.5、0.75、0.375 mg/mL的荧光标记羊抗牛IgG,和 浓度为0.500、0.250、0.125 mg/mI 的兔抗羊IgG两 两组合进行包被,具体优化方案见表1。 表1 荧光标记羊抗牛IgG与兔抗羊IgG的浓度梯度 Table 1 The different concentrations of sheep anti bovine IgG and rabbit anti sheep IgO by fluorescent labeling 兔抗羊IgG浓度/(mg·mI ) Concentration of rabbit anti sheep IgG 羊抗牛IgG浓度/(rag·mL )Concentration of sheep anti bovine IgG 1.500 0.750 0.375 1.2.3.4硝酸纤维素膜的预处理 将划好C线: 兔抗羊IgG和T线:OMP22蛋白的NC膜置于 37℃烘箱中干燥2 h后,用含10 g/L BSA和5 mI / 将包被有T线和c线的NC膜按照黏性PVC (300 mm×60 ram)底板划分好的位置黏贴,要求左 右对齐,不要超出所划分的NC膜所在位置,然后轻 轻抹平膜面;将裁剪成300 mm×2 mm的包被有荧 光标记抗体的玻璃纤维素膜,在NC膜的左侧压住 NC膜1 mill处,黏贴到PVC底板上;将300 mm× I Tween 20的PBS(PH 7.4)缓冲液浸泡2 h,于 37℃烘箱中干燥4 h后保存备用。 1.2.3.5 试纸条的组装及结果判定 在水平桌面, 刘佳佳等:,{ 菌荧光怀} 免疫』Z- 试纸杀快速榆删,J‘法的址、) lc】n1n 的 乃仟-ift 的破墒纤维豢IJI1.在结合 侧许J i 合 1 111【】1处 黏 刽PV(、底板I ; JI 将:.;(】()lllIll l 6 nl rl1【及水 靠NC膜 IN(、 1 n…1.黏 刊l V 呔饭 i 1 刖 条饥 成 1.0 Illll 的试纸条. j T:燥剂· 裟人销衔 O0 ktl } “ } t}I密封.j r1。(保 。 愉测1(11_ lIlf.T线和(、线住紫外灯的 射卜均 蛳l 7I】hl 斓 嘲嗣_譬 …现紫 线. 为 鲁 抗体刚性; 顷控线九紫 线 现.则 纸条尤效.. 1.2.4 试纸条的敏感性捡测 使』lI JIlU一批次 纸 条榆洲稀释 为l:1 0、l:j()、1:1【){】、】:2 ) 1: ()的乍 停菌f,J 准…性 清.将…脱m性f 的m消 r 、 稀释度f1: 纸条的敏感度。 1.:.5 试纸条的特异性检测 他门Jlld·批次 纸 条分别 洲 fO 站骸桶m 、牛醢舌 消、牛病薄 5 版泻m消、个fI I蹄疫 清、,1 t2氏朴 m清、 卜l i g Inl痫币【 1/ 痫 消.观察订尢交义悱 判断 纸 条的特 r 1.2.6 试纸条的重复性检测 使川¨一批次^乏/f ㈨批次的 纸条分别柃删个布鲁 杯准阳性m清卡¨ 准 1 L消. 验 价酞纸条的批内和I {}[问 复 、 1.!.7 血清样品的俭测 使用川·批次的荧光r见 嫂层 纸条埘200份 l ….清样 f (川PBS缓 1液 1: ()稀释)j韭} 榆 0. l/liFl f i 果。f lIJ以 11)FX\酞刹 (抓准Fl 1 .\俭洲办法)作为埘比参 ,汁 巾fl愉测力‘法愉洲站泶的符合牢。 2 结 .1 重组蛋白的纯化及I I I A鉴定 … 1 永.诱 表达的个 鲁菌币 I l()MI 2 (7,1 k【I)为_I『溶 表达。 NI NIA a r(] 、 f1J 忖 化 .扶 r纯瞍较^’ 的蚩 、将 ()MI 2 也被抗 .刈中佃 ·l 准 一 血消逊i I I ISA愉洲. . 果 预 -致.说HJ】陔 机J ¨j‘ 为诊断抗 川卜 纸条的研制_J:作 I I2.: 质控线((、线)和检测线(T线)的反应性 荧圯 ; 抗 卜Ig( fl1兔抗、 lg( 可以发 特异 r 悔.(、线 包情况良& 荧光 、r :1 (;l1.‘ J牛,n 怀准 … Lil'i:结合.j卜随 己 lI f1 It J l续 J “ 乱功 l、线处. · f r _l 外睽 I’{() II 22抗 发,卜反 ,他r线 色 !.:{ 抗体的最佳浓度 埘谈此f,. 、r抗个Ig( 和免机丫 Ig(i浓』变进 i 悌嫂愉 J. 纸条rr线 抗 1g( 的最 浓 发为().7 Il】 , IuI ,(’线饱机 Ig(;的坡佧浓度为 5 k l—◆ 嘲目 4(】kI.I 嘏 薅 M. j 1分r 髓f,ji凇:I.一f!珊发达 m¥淑}.消;!. I} l【 、 【鞠 蝌 液 淀;.{.纯化的·E 蚩I I M.Pr1)ll-…In【) |_l】1 lr、v【、【 【II Ma r k(·r;I. 111)L·rl】,LI l11l()f【1H l、r Lfl lt ()Illbin:in【F.(¨,f… 11(I】l :2 1’…’ll】 l…I1f I L,【(Ⅲ1l1IIl lnl “J“I{】 :1f1)E ):{l u rifI。d l (【)r1lI】… 【lI1 1)r【l1 L·in 图1 重组蛋白()MP!?的 I) I \( 1 电泳分析 f 1“.I Sr)S I’A(Jl 川l:jlyslH【)f l L r(】1】lf1II1 lI11 I)I 【¨t。f_1() 『Il’?1 2.4 荧光标记免疫层析试纸条检测结果 2.1.1 检测布鲁菌抗体结果 川 作的 嫂J }J 酞纸条愉测牛n f 痫怀 … f1l 性 l . { ,.: I r1 nI.清 l rl 。I J r 1.;『。 。t _5J】一r . 兑fU J i发 纸 条』 伶测能 ( :). .}.I;t J 、f停m 7f r:2.I J ri:协、 tm r 1.1 【1 _11v L 1 _】1t I (j ( Hl1]1: t .1li Vt、1 【【】(I.【i(1:at r¨l_' 图:标准血清验证结果对比 I ig! L、()f]、I ;l rl ‘)l1()f 1.1】lc1.I r1] L·rIlI11 rt、l】1t .1. 特异性检测 川戈比 i 免 J fJ iJ{=纸 同H寸榆 0iJ『,f 恢 『 10】清、 { l ‘j 『f 1{} 、 { f拄 r{ Jj j 10【 I 、 } 【J蹄嫂10I清、 { 【 f} f病m1. 、,l } i』0l 痫flI f f1i留 l 101. I‘ ^q {lI 爪.除 f n j钳 【 清 I r 外,』 他均为 j P ( f:{)。 2.1.:{ 敏感性检测 以()MI 2货I { 为 测执 , 比免疫J 忻 纸条 低lJJ 愉 1:…)怖释的 牛 I南9 f,J 化 I rf 10L (I纠1)、 2.4. 4 重复性检测 川川·批酞纸条分圳愉测:() 份 陆 . 『lj. i!u份f,j 化l j r fnL jI f.t : 次. 得到n,J结果保持·敛.蜕【lJ】i亥力 法的 较 2.{.j 样品捡;则结果 使川II)1 \\ 刺 埘!【… 份牛 消样 进 伶测.… :{l份;他”j 比 免疫 惭 纸条进行愉洲.…忭结 2'9份 以 II)EX\试剂盒的伶洲绱 作为f, J准. 纸祭愉…的 2【j份 f 佯 IlI』I令部米源r I份阳 仵 之 ft. 动物医学进展 2018年第39卷 第lO期(总第3 鲁菌的快速检测中。 免疫层析技术作为一种可以满足基层检疫部门 “简便、准确、易判定”要求的检测技术,正逐步向定 量、高灵敏度、多标记检测等方向发展,而免疫层析 试纸条是应用于现场快速检测的必然发展趋势。以 荧光物质作为检测信号.以其特有的光电磁信号放 1.牛结核病血清;2.牛蓝舌病血清;3.牛病毒性腹泻血清;4.牛口蹄疫 血清;5.牛巴氏杆菌病血清;6.牛白血病血清;7.牛布鲁菌病血清 I.Bovine tuberculosis serum;2.Bovine serum of blue tongue disease; 3.Serum of bovine viral diarrhea;4.Bovine serum of foot and mouth 大系统提高检测灵敏度,可减少样品底色干扰因素, 既继承了胶体金免疫层析法操作便捷、可现场检测 的优势,又利用荧光持续稳定的特性,较好地克服了 胶体金免疫层析法结果不稳定的缺点,具有灵敏度 高、特异性强等优点¨1 。 。因此,本研究采用间接 法,将带荧光标记的羊抗牛IgG喷涂于结合垫,以 纯化的布鲁菌外膜蛋白OMP22作为抗原包被在  ̄isease;5.Bovine serum of pasteurellosis;6.Bovine leukemia serum; 7.Bovine serum of brucellosis serum 图3试纸条特异性试验结果 Fig.3 The specificity test results of test strip NC膜的特定位置作为T线,针对和信号物偶联的 兔抗羊IgG包被在NC膜的特定位置作为C线,制 作检测布鲁菌抗体荧光免疫层析试纸条。结果表 明,该方法特异性好,与牛结核病血清、牛蓝舌病血 清、牛病毒性腹泻血清、牛口蹄疫血清、牛巴氏杆菌 病血清、牛白血病血清均无交叉反应;血清样品检测 图4试纸条敏感性试验结果 Fig. 1 The sensitivitY test results of tesl strip 结果与IDEXX试剂盒的符合率为93.5 ,说明该 方法在实际应用过程中与IDEXX试剂盒ELISA检 种试验方法的符合率为93.5 。 测方法的使用效果基本相同.但偶尔也会出现假阴 性现象,可能与包被抗原的反应原性不够好有关,所 以仍需要进一步对试验所用牛布鲁菌外膜蛋白进行 更好的纯化或挑选更加优质的抗原进行研究。此 外,本研究采用间接法制备的试纸条存在荧光信号 偏崩的缺点,后续将制备抗OMP22的单克隆抗体 和多克隆抗体,采用夹心法原理,提高荧光信号和试 纸条检测灵敏度。 总之,本研究以牛布鲁菌外膜蛋白OMP22作 3 讨论 布鲁菌病是最重要的人畜共患病之一,其流行 与传播给全世界畜牧业和公共卫生事业带来了较为 严重的威胁,对其防控已成为全球关注的重大社会 公共卫生问题。血清学诊断方法是布鲁菌病常用的 诊断方法之一,而以LPS作为包被抗原的El ISA、 虎红平板凝集试验和试管凝集试验等方法,由于操 作步骤繁琐、费时,或结果常常存在假阳性和交叉反 应,因此在实际操作中应用较少¨ ]。布鲁菌外膜 蛋白具有较好的免疫原性和抗原保护作用,在免疫 和诊断方面表现出明显的优势[1 3 1 4]。OMP22蛋白 作为一种免疫优势抗原,欧建伟等 和Martin— Martin A 1等 ==报道,缺失()MP22基因的绵羊 附睾布鲁菌在侵染HeI a细胞和J774.A1细胞时, 细胞增殖分裂能力有所下降,说明0MP22基因可 为抗原,制备了诊断牛布鲁菌病的荧光标记免疫层 析试纸条。该方法操作简便,不需要特殊的仪器,不 需要专业操作人员,且在短时间内即可判断结果,基 本可以满足基层兽医单位或相关检疫机构快速检测 病原的要求,也为多种疾病联检试纸条的研制和多 标本快速定量检测方法的建立奠定了基础。 参考文献: r1] Rossetti A,Arenas-(3amb【】a A M,Maurizio E,et a【_CaD一 17Ime Drucel LOSIS:a nlstorlcaI1Y Deglec1eauls ease W1【n mgnlIlean【 能与布鲁菌的感染力和毒性有关。Caro—Herndndez P等¨ 也发现,缺失OMP22基因的B.ovis PA菌 株在脾脏的增殖明显减少、稳定期生长不良以及抗 impact on public health[J].PI os Negl Trop Dis。2O17,11 (8):eO005692. 体检测呈阴性等情况。本研究采用NI—NTA agrose 亲和层析方法纯化牛布鲁菌OMP22外膜蛋白,并 通过EI ISA方法验证其反应性。根据EI ISA方法 检测布鲁菌的阳性值最低判定标准,OMP22抗原 具有很好的反应原性,可作为诊断抗原应用于牛布 Mizanbayeva S,Smits H L,Zhalilova K,at a1.The Evaluation of a user—。friendly lateral flow assay for the serodiagnosis of hu— man brucellosis in Kazakhstan[J].Diagn Microbiol Infect Dis, 2009。65:14-20. 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Establishment of Fluorescence Labeled Immunochromatographic Strip Method for Rapid Detection of Bovine Brucellosis LIU Jia—j ia ,WU Tong。,MEI Lin ,HAN Xue—qing ,WU Shao—qiang , LIN Xiang—mei .WANG H ui—yu (1.Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing,100176,China; 2.Kailu Center for Livestock Improvement Workstation,Kailu,Inner Mongolia,028400,China) Abstract:To establish a new method of rapidly detecting Brucella,the rocombiant outer membrane protein OMP22 was expressed in Escherichia coli and purified to serve as detection antigens.Immunochromato— graphic strips were prepared with fluorescent—labeled IgG antibody as the marker,and the sensitivity and specificity of the method were analyzed.The minimum number of fluorescent—labeled immunechromatogra— phy strip established can be detected at 1:100 times diluted bovine brucellosis standard positive serum, and there is no cross reaction with the sera of other related diseases.The rate of concordance between strips and commercia1 ELISA kit(IDEXX)was 93.5 .It is indicated that he fluorescent—labeled immunochroma— tographic test strips can be used to detect brucellosis antibodies in bovine serum rapidly with good sensitiv— ity and specificity,and it has great potential in preliminary detection of the antibody of bovine brucellosis serum quickly in practice. Key words:Brucella;rapid detection;fluorescence;immunochromatographic strip