Background: Currently, a lack of consensus exists on how best to perform and interpret quantitative real-time PCR (qPCR) experiments. The problem is exacerbated by a lack of sufficient experimental detail in many publications, which impedes a reader's ability to evaluate critically the quality of the results presented or to repeat the experiments. Content: The Minimum Information for Publication of Quantitative Real-Time PCR Experiments (MIQE) guidelines target the reliability of results to help ensure the integrity of the scientific literature, promote consistency between laboratories, and increase experimental transparency. MIQE is a set of guidelines that describe the minimum information necessary for evaluating qPCR experiments. Included is a checklist to accompany the initial submission of a manuscript to the publisher. By providing all relevant experimental conditions and assay characteristics, reviewers can assess the validity of the protocols used. Full disclosure of all reagents, sequences, and analysis methods is necessary to enable other investigators to reproduce results. MIQE details should be published either in abbreviated form or as an online supplement. Summary: Following these guidelines will encourage better experimental practice, allowing more reliable and unequivocal interpretation of qPCR results.

Analysis of RNA expression using techniques like real-time PCR has traditionally used reference or housekeeping genes to control for error between samples. This practice is being questioned as it becomes increasingly clear that some housekeeping genes may vary considerably in certain biological samples. We used real-time reverse transcription PCR (RT-PCR) to assess the levels of 13 housekeeping genes expressed in peripheral blood mononuclear cell culture and whole blood from healthy individuals and those with tuberculosis. Housekeeping genes were selected from conventionally used ones and from genes reported to be invariant in human T cell culture. None of the commonly used housekeeping genes [e.g., glyceraldehyde-phosphate-dehydrogenase (GAPDH)] were found to be suitable as internal references, as they were highly variable (>30-fold maximal variability). Furthermore, genes previously found to be invariant in human T cell culture also showed large variation in RNA expression (>34-fold maximal variability). Genes that were invariant in blood were highly variable in peripheral blood mononuclear cell culture. Our data show that RNA specifying human acidic ribosomal protein was the most suitable housekeeping gene for normalizing mRNA levels in human pulmonary tuberculosis. Validations of housekeeping genes are highly specific for a particular experimental model and are a crucial component in assessing any new model.

Abstract There is growing interest in digital PCR (dPCR) because technological progress makes it a practical and increasingly affordable technology. dPCR allows the precise quantification of nucleic acids, facilitating the measurement of small percentage differences and quantification of rare variants. dPCR may also be more reproducible and less susceptible to inhibition than quantitative real-time PCR (qPCR). Consequently, dPCR has the potential to have a substantial impact on research as well as diagnostic applications. However, as with qPCR, the ability to perform robust meaningful experiments requires careful design and adequate controls. To assist independent evaluation of experimental data, comprehensive disclosure of all relevant experimental details is required. To facilitate this process we present the Minimum Information for Publication of Quantitative Digital PCR Experiments guidelines. This report addresses known requirements for dPCR that have already been identified during this early stage of its development and commercial implementation. Adoption of these guidelines by the scientific community will help to standardize experimental protocols, maximize efficient utilization of resources, and enhance the impact of this promising new technology.

To screen and validate reference genes suitable for gene mRNA expression study in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) between septic patients and healthy controls (HC).Total RNA in PBMCs was extracted and RT-qPCR was used to determine the mRNA expression profiles of 9 candidate genes, including ACTB, B2M, GAPDH, GUSB, HPRT1, PGK1, RPL13A, SDHA and YWHAZ. The genes expression stabilities were assessed by both geNorm and NormFinder software.YWHAZ was the most stable gene among the 9 candidate genes evaluated by both geNorm and NormFinder in mixed and sepsis groups. The most stable gene combination in mixed group analyzed by geNorm was the combination of GAPDH, PKG1 and YWHAZ, while that in sepsis group was the combination of ACTB, PKG1 and YWHAZ.Our first systematic analysis of the reference genes in PBMC of septic patients suggested YWHAZ was the best candidate. The combination of ACTB, PKG1 and YWHAZ could improve RT-qPCR accuracy in septic patients. Our results identified the most stable reference genes to standardize RT-qPCR of sepsis patients, which can serve as a useful tool for gene function exploration in the future.

One of the benefits of Digital PCR (dPCR) is the potential for unparalleled precision enabling smaller fold change measurements. An example of an assessment that could benefit from such improved precision is the measurement of tumour-associated copy number variation (CNV) in the cell free DNA (cfDNA) fraction of patient blood plasma. To investigate the potential precision of dPCR and compare it with the established technique of quantitative PCR (qPCR), we used breast cancer cell lines to investigate HER2 gene amplification and modelled a range of different CNVs. We showed that, with equal experimental replication, dPCR could measure a smaller CNV than qPCR. As dPCR precision is directly dependent upon both the number of replicate measurements and the template concentration, we also developed a method to assist the design of dPCR experiments for measuring CNV. Using an existing model (based on Poisson and binomial distributions) to derive an expression for the variance inherent in dPCR, we produced a power calculation to define the experimental size required to reliably detect a given fold change at a given template concentration. This work will facilitate any future translation of dPCR to key diagnostic applications, such as cancer diagnostics and analysis of cfDNA.

Mycobacterium tuberculosis resistance to anti-tuberculosis drugs is a major threat to global public health. Whole genome sequencing (WGS) is rapidly gaining traction as a diagnostic tool for clinical tuberculosis settings. To support this informatically, previous work led to the development of the widely used TBProfiler webtool, which predicts resistance to 14 drugs from WGS data. However, for accurate and rapid high throughput of samples in clinical or epidemiological settings, there is a need for a stand-alone tool and the ability to analyse data across multiple WGS platforms, including Oxford Nanopore MinION. We present a new command line version of the TBProfiler webserver, which includes hetero-resistance calling and will facilitate the batch processing of samples. The TBProfiler database has been expanded to incorporate 178 new markers across 16 anti-tuberculosis drugs. The predictive performance of the mutation library has been assessed using > 17,000 clinical isolates with WGS and laboratory-based drug susceptibility testing (DST) data. An integrated MinION analysis pipeline was assessed by performing WGS on 34 replicates across 3 multi-drug resistant isolates with known resistance mutations. TBProfiler accuracy varied by individual drug. Assuming DST as the gold standard, sensitivities for detecting multi-drug-resistant TB (MDR-TB) and extensively drug-resistant TB (XDR-TB) were 94% (95%CI 93–95%) and 83% (95%CI 79–87%) with specificities of 98% (95%CI 98–99%) and 96% (95%CI 95–97%) respectively. Using MinION data, only one resistance mutation was missed by TBProfiler, involving an insertion in the tlyA gene coding for capreomycin resistance. When compared to alternative platforms (e.g. Mykrobe predictor TB, the CRyPTIC library), TBProfiler demonstrated superior predictive performance across first- and second-line drugs. The new version of TBProfiler can rapidly and accurately predict anti-TB drug resistance profiles across large numbers of samples with WGS data. The computing architecture allows for the ability to modify the core bioinformatic pipelines and outputs, including the analysis of WGS data sourced from portable technologies. TBProfiler has the potential to be integrated into the point of care and WGS diagnostic environments, including in resource-poor settings.

Abstract Digital PCR (dPCR) has developed considerably since the publication of the Minimum Information for Publication of Digital PCR Experiments (dMIQE) guidelines in 2013, with advances in instrumentation, software, applications, and our understanding of its technological potential. Yet these developments also have associated challenges; data analysis steps, including threshold setting, can be difficult and preanalytical steps required to purify, concentrate, and modify nucleic acids can lead to measurement error. To assist independent corroboration of conclusions, comprehensive disclosure of all relevant experimental details is required. To support the community and reflect the growing use of dPCR, we present an update to dMIQE, dMIQE2020, including a simplified dMIQE table format to assist researchers in providing key experimental information and understanding of the associated experimental process. Adoption of dMIQE2020 by the scientific community will assist in standardizing experimental protocols, maximize efficient utilization of resources, and further enhance the impact of this powerful technology.

The emerging technique of microfluidic digital PCR (dPCR) offers a unique approach to real-time quantitative PCR for measuring nucleic acids that may be particularly suited for low-level detection. In this study, we evaluated the quantitative capabilities of dPCR when measuring small amounts (<200 copies) of DNA and investigated parameters influencing technical performance. We used various DNA templates, matrixes, and assays to evaluate the precision, sensitivity and reproducibility of dPCR, and demonstrate that this technique can be highly reproducible when performed at different times and when different primer sets are targeting the same molecule. dPCR exhibited good analytical sensitivity and was reproducible outside the range recommended by the instrument manufacturer; detecting 16 estimated targets with high precision. The inclusion of carrier had no effect on this estimated quantity, but did improve measurement precision. We report disagreement when using dPCR to measure different template types and when comparing the estimated quantities by dPCR and UV spectrophotometry. Finally, we also demonstrate that preamplification can impose a significant measurement bias. These findings provide an independent assessment of low copy molecular measurement using dPCR and underline important factors for consideration in dPCR experimental design.

Circulating cell-free DNA (cfDNA) is becoming an important clinical analyte for prenatal testing, cancer diagnosis and cancer monitoring. The extraction stage is critical in ensuring clinical sensitivity of analytical methods measuring minority nucleic acid fractions, such as foetal-derived sequences in predominantly maternal cfDNA. Consequently, quality controls are required for measurement of extraction efficiency, fragment size bias and yield for validation of cfDNA methods. We evaluated the utility of an external DNA spike for monitoring these parameters in a study comparing three specific cfDNA extraction methods [QIAamp circulating nucleic acid (CNA) kit, NucleoSpin Plasma XS (NS) kit and FitAmp plasma/serum DNA isolation (FA) kit] with the commonly used QIAamp DNA blood mini (DBM) kit. We found that the extraction efficiencies of the kits ranked in the order CNA kit > DBM kit > NS kit > FA kit, and the CNA and NS kits gave a better representation of smaller DNA fragments in the extract than the DBM kit. We investigated means of improved reporting of cfDNA yield by comparing quantitative PCR measurements of seven different reference gene assays in plasma samples and validating these with digital PCR. We noted that the cfDNA quantities based on measurement of some target genes (e.g. TERT) were, on average, more than twofold higher than those of other assays (e.g. ERV3). We conclude that analysis and averaging of multiple reference genes using a GeNorm approach gives a more reliable estimate of total cfDNA quantity.