تقدم هذه المقالة طريقة عالية الإنتاجية قائمة على تعبير لوسيفيراز لمعايرة فيروسات الحمض النووي الريبي والحمض النووي المختلفة باستخدام معالجات السوائل الآلية واليدوية.
مقالة منهجية
تقدم هذه المقالة طريقة عالية الإنتاجية قائمة على تعبير لوسيفيراز لمعايرة فيروسات الحمض النووي الريبي والحمض النووي المختلفة باستخدام معالجات السوائل الآلية واليدوية.
يمكن أن تستغرق فحوصات البلاك القياسية لتحديد العيارات الفيروسية المعدية وقتا طويلا ، ولا يمكن أن تكون قابلة لحجم كبير من العينات ، ولا يمكن إجراؤها مع الفيروسات التي لا تشكل لويحات. كبديل لمقايسات البلاك، قمنا بتطوير طريقة معايرة بالتحليل الحجمي عالية الإنتاجية تسمح بالمعايرة بالتحليل الحجمي المتزامن لعدد كبير من العينات في يوم واحد. يتضمن هذا النهج إصابة العينات بفيروس لوسيفيراز يراع ، ونقل العينات المصابة إلى خط خلوي متساهل مناسب ، والإضافة اللاحقة للوسيفيرين ، وقراءة الألواح من أجل الحصول على قراءات اللمعان ، وأخيرا التحويل من اللمعان إلى العيار الفيروسي. يمكن دمج تقييم السمية الخلوية باستخدام صبغة الجدوى الأيضية بسهولة في سير العمل بالتوازي وتوفير معلومات قيمة في سياق شاشة الدواء. توفر هذه التقنية طريقة موثوقة وعالية الإنتاجية لتحديد العيارات الفيروسية كبديل لمقايسة البلاك القياسية.
لا تزال فحوصات اللويحات الفيروسية الكلاسيكية دعامة أساسية في أبحاث الفيروسات على الرغم من أنها يمكن أن تستغرق وقتا طويلا وتشكل عنق زجاجة كبير للحصول على نتائج من التجارب. ظهرت طرق قياس كمية الفيروس غير المباشرة بشكل أسرع بما في ذلك تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR) و ELISA وقياس التدفقالخلوي 1-4. يمكن للابتكارات الحديثة مثل عداد الفيروسات Virocyt حساب الفيروسات مباشرة باستخدام تقنية فرز التدفق المتقدمة ومن خلال مزيج من البروتين وأصباغ الحمض النووي / الحمض النوويالريبي 5. في حين أن كل هذه الأساليب قد سرعت بلا شك وتيرة أبحاث الفيروسات ، إلا أن كل طريقة لها مزاياها وعيوبها. على سبيل المثال ، يمكن أن يسمح qPCR بالقياس الكمي لتسلسل الجينوم الفيروسي المحدد ولكن لا يمكنه التمييز بشكل فعال بين الفيروسات المعدية والمعيبة6. يمكن أن تكون ELISAs محددة للغاية ولكنها تتطلب جسما مضادا مناسبا ضد البروتين الفيروسي المستهدف المطلوب ويمكن أن تكون باهظة الثمن. في حين أن تقنية قياس التدفق الخلوي توفر العديد من المزايا وقد تحسنت بشكل كبير ، إلا أن الإنتاجية وإمكانية الوصول إلى المعدات عالية التخصص لا تزال تشكل عقبة. الأهم من ذلك ، أن كل هذه التقنيات ليست مناسبة بشكل مثالي للفحص عالي الإنتاجية ، حيث تكون السهولة والوقت المطلوبة لخطوة القياس الكمي للفيروس ذات أهمية حاسمة.
نصف هنا تقنية عالية الإنتاجية وقابلة للتشغيل الآلي بسهولة لمعايرة الفيروسات التي تعبر عن الجين المعدل لوسيفيراز Firefly (Fluc). تولد هذه الطريقة عيار فيروسي تقريبي في عينة اختبار بناء على قراءات إشارة التلألؤ من خلال الاستخدام الموازي لمنحنى قياسي للكميات المعروفة من الفيروس. يتم نقل العينات التي تحتوي على كميات غير معروفة من الفيروس الذي يعبر عن اللوسيفيراز إلى خط خلية "لويحات" متساهل بالتوازي مع منحنى تخفيف الفيروس القياسي ويتم قراءة التلألؤ المرتبط بالفيروس بعد بضع ساعات من وقت الحضانة. يسمح هذا بتوليد نتائج سريعة وكمية وغالبا ما تكون في نفس اليوم ، على عكس بروتوكولات فحص البلاك الكلاسيكية التي تتطلب عادة عدة أيام من الحضانة من أجل حساب اللويحات المرئيةيدويا 7-9.
يحدد البروتوكول خطوات طريقة المعايرة بالتحليل الحجمي باستخدام فيروس التهاب الفم الحويصلي الورمي الذي يشفر جين متحول Fluc (VSV∆51-Fluc) كمثال ويقدم نظرة عامة على 1. تحضير العينة 2. طلاء خط خلوي متساهل لمعايرة الفيروس باستخدام موزع آلي 3. إعداد منحنى المعيار الفيروسي 4. نقل عينة المواد الطافية إلى خط الخلية المسموح به باستخدام ماصة يدوية ذات 96 بئرا 5. تقييم السمية الخلوية للعينة باستخدام كاشف صلاحية الخلية 6. تحضير ركيزة لوسيفيرين 7. قراءة التلألؤ البيولوجي و 8. تحليل البيانات.
إعداد 1. عينة
2. إعداد الخلايا لفيروس متساهل المعايرة
3. إعداد منحنى قياسي الفيروسي
4. نقل عينة Supernatants على خلايا متساهل
تقييم 5. من بقاء الخلية
6. إعداد الركيزة luciferin
7. القراءة ضوء بارد
تحليل البيانات 8.
ويوضح ملخص سير العمل واصفا طريقة الإنتاجية العالية في الشكل 1 الشكل 2 يوضح نتائج منحنى معيار نموذجي ofVSVΔ51-Fluc. أربعة المعلمة تحليل الانحدار غير الخطية ولدت مؤامرة هيل الذي غير معروف المدخلات PFU (تقدير عيار الفيروسية) يمكن محرف. وتسمى هذه الوحدات يقدر التتر التعبير الفيروسية (VEU). يبين الشكل 3A VEUs والتتر التي تم الحصول عليها عن طريق إجراء فحص اللوحة القياسية مع نفس العينات 10. عينات نشأت من تجربة حيث تم استخدام المواد الكيميائية المختلفة لتعزيز تكرار وانتشار VSVΔ51-Fluc في 786-0 الخلايا. VEUs محرف من منحنى القياسية يجب مضروبا في عامل الذي يقوم على التخفيف من supernatants عينة نقله إلى خلايا فيرو (في هذه الحالة، هو عامل التخفيف 5). يظهر علاقة خطية بين التتر وVEU في الشكل 3B مع R 2 من 0.8083 وبيرسون النتيجة ص من 0.899 (P <0.0001). في الشكل 4، يظهر بيانات السمية لخلايا نموذجية تم الحصول عليها من فحص التمثيل الغذائي للخلايا 786-0 تعامل مع المواد الكيميائية قبل الإصابة VSVΔ51-Fluc. أخيرا، ويبين الشكل 5 منحنيات نموذجية معيار تم الحصول عليها مع مختلف الفيروسات (فيروس الهربس البسيط (HSV)، فيروس اللقاحية والغدة اسوشيتد الفيروسات (AAV)، وكلها تعبر عن اليراع وسيفيراز) ويصف مرات حضانة ودورات تجميد ذوبان الجليد، على النحو المطلوب.

الرقم 1. سير العمل من الإنتاجية العالية titering الفيروسات وفحص السمية الخلوية باستخدام VSV Δ 51 Fluc. (A) البذور 2.5 × 10 4 خلايا فيرو لكل بئر (100 ميكرولتر) واحتضان عند 37 درجة مئوية. (B) 24ساعة في وقت لاحق نقل 25 ميكرولتر من منحنى القياسية إلى خلايا فيرو (2 الأعمدة لكل لوحة) (C) نقل 25 ميكرولتر من العينات المراد titered إلى خلايا فيرو المتبقية. لوحات أجهزة الطرد المركزي واحتضان عند 37 درجة مئوية. (D) في مبلغ يساوي 10٪ من حجم في البئر، إضافة ريسازورين كاشف لوحة تحتوي على عينات الأصلي. احتضان لوحات عند 37 درجة مئوية. (E) بعد 3 دقائق، وقراءة وتسجيل مضان وتقييم السمية الخلوية. (F) بعد 5 ساعة، إضافة 25 ميكرولتر من محلول 2 ملغ / مل من وسيفيرين إلى كل بئر من خلايا فيرو. قراءة التلألؤ وحساب وحدات التعبير الفيروسية.

الشكل 2. المتوقعة منحنى مستوى VSV Δ 51 Fluc. كان لي التعبير وسيفيرازasured 5 ساعة نقل آخر طاف في خمس نقاط مختلفة داخل بئر باستخدام luminometer وأعرب عن تلألؤ بيولوجي في متوسط الوحدات الخفيفة النسبية (RLU). يعني RLU وقد تآمر ضد المدخلات معروف PFU / مل لحل الانحدار غير الخطية وتوليد معادلة هيل. ويبين متوسط اثنين من منحنيات تكرار وأشرطة الخطأ القياسية (ص 2 = 0.9993).

الرقم 3. مقارنة القياسية التتر فحص اللوحة مع تلك التي تم الحصول عليها عن طريق أسلوب الإنتاجية العالية. (A) التتر الفيروسية في PFU / مل حصلت عليها فحص اللوحة القياسية على خلايا فيرو قورنت مع التتر الفيروسية حساب (VEU / مل) من نفس عينات titered باستخدام مقايسة الإنتاجية العالية وسيفيراز. (B) الخطي العلاقة بين VEU / مل وعيار الحصول عبر معيار صفحص LAQUE. وتظهر منحنى الانحدار الخطي ومعامل التحديد (R 2).

الرقم 4. عينة جدوى. جدوى عينة قبل تقرر نقل طاف على خلايا فيرو من خلال تقييم النشاط الأيضي الخلوي باستخدام محلول ريسازورين متاحة تجاريا. كانت القيم مضان الخام تطبيع إلى أن من غير المعالجة والآبار غير المصابة.

الشكل 5. المتوقعة المنحنيات القياسية مع HSV اللقاحية والفيروسات AAV. تم قياس التعبير وسيفيراز في خمس نقاط مختلفة داخل بئر باستخدام luminometer وأعرب عن تلألؤ بيولوجي في RELA متوسطالوحدات الخفيفة TIVE (RLU). (A) تم إضافة منحنى القياسية HSV على خلايا فيرو مطلي 24 ساعة في وقت سابق في مناطق ذات كثافة من 2.5 × 10 4 خلايا لكل بئر (100 ميكرولتر) وقياس وسيفيراز جاء 17 ساعة نقل آخر supernantant (R 2 = 0.9489، ن = 1). تكونت معادلة هيل من خلال حل الانحدار غير الخطية. تمت إضافة منحنى (B) الوقس القياسية على خلايا فيرو مطلي 24 ساعة في وقت سابق من كثافة 2.5 × 10 4 خلايا لكل بئر (100 ميكرولتر) وحضنت لمدة 2.5 ساعة عند 37 درجة C، وبعد ذلك تم أخذ قياسات وسيفيراز (R 2 = 0.9892). فقد تولدت معادلة خطية من خلال حل للالانحدار الخطي. تم إضافة (C) AAV منحنى القياسية على خلايا سرطان الرئة الإنسان (A549) مطلي 24 ساعة في وقت سابق في مناطق ذات كثافة من 2.5 × 10 4 خلايا لكل بئر (100 ميكرولتر) وقياس وسيفيراز وقدم 24 إصابة آخر ساعة. تكونت معادلة هيل من خلال حل الانحدار غير الخطية. المتوسطمن ترد خمسة منحنيات تكرار وأشرطة الخطأ القياسية (R 2 = 0.9926).
النهج القائم على وسيفيراز الموصوفة هنا يوفر عددا من المزايا أكثر من غيرها من الطرق القائمة بما في ذلك سهولة والسرعة، ومعدات الحد الأدنى من الحاجة، وبتكلفة منخفضة نسبيا. والمساهم الرئيسي في ذلك هو تجنب خطوة التخفيف التسلسلية. ومع ذلك، مسلسل المشتقات القائم على التخفيف من هذا البروتوكول هي بالتأكيد مجدية واستخدمت مؤخرا لتقييم، معربا عن وسيفيراز التتر إيبولا في الشاشة المضادة للفيروسات الإنتاجية العالية 11. في حين أن أكثر بطبيعتها تستغرق وقتا طويلا وأكثر تكلفة، ويمكن أن توفر هذه التعديلات أكبر النطاق الديناميكي لالكمي الفيروسي عند الضرورة. بالإضافة إلى كونها خاصة مناسبة تماما لتقييم التتر الفيروسية في سياق شاشات عالية الإنتاجية، طريقة القياس الكمي الفيروسي خطوة واحدة وسيفيراز استنادا يولد لدينا تقديرات دقيقة لvirions المعدية في حالة تكرار الفيروسات. وعلاوة على ذلك، قراءات من التألق مع بيانات السمية الخلوية من نفس التجربة تعطي أكثرصورة كاملة عن تأثير الظروف التجريبية على الخلايا المستهدفة، وهي مفيدة بشكل خاص في سياق الفيروسات حال الورم وشاشات المخدرات.
على سبيل المثال يتضح هنا يستخدم السلبي ضفيرة واحدة فيروس RNA تكرار. ومع ذلك، يمكن تكييف هذا البروتوكول إلى عدد من تكرار وتكرار غير-الفيروسات مع بعض التعديلات الطفيفة البروتوكول. وهذا يشمل فيروسات الحمض النووي مثل الوقس، HSV، وAAV (انظر الشكل 5). عينات الخلايا المصابة بفيروسات مثل فيروس الوقس على سبيل المثال، تتطلب خطوة فيروس الإفراج قبل الكمي (مثل دورة تجميد ذوبان الجليد واحد على الأقل). عند تطبيق هذه التقنية لفيروسات أخرى، فمن الضروري لتحسين فترة حضانة من نقل طاف الفيروسية أو المحللة لقراءة لوحات من قبل luminometer. وسوف تعتمد هذه المعلمة بشكل رئيسي على دورة النسخ المتماثل للفيروس في خط خلية متساهل وقوة عromoter القيادة التعبير وسيفيراز. من الأفضل القيام بذلك عن طريق استخدام منحنى القياسية الكامل في الخطوة الأمثل. للقيام بذلك، يجب على المرء أن تصيب خط الخلية متساهل المناسب مع مكررات مختلفة من منحنى القياسية وأعدت قراءة كل تكرار في وقت مختلف نقاط بعد نقل. من الناحية المثالية، يتم اختيار نقطة وفترة حضانة الذي يؤدي إلى وجود علاقة خطية بين سجل (RLU) وسجل (عيار) التي تغطي مجموعة وعينة عيار المتوقع. لVSVΔ51-Fluc، وهذا هو عادة من 10 4 PFU / مل -10 7 PFU / مل لفترة حضانة 5 ساعة. إذا كان من المتوقع من عينات التتر أقل أو أعلى، يمكن للمرء ببساطة زيادة أو تقليل فترة حضانة التوالي. بالتناوب، يمكن تخفيفه عينات لتقع ضمن نطاق الكثير كما هو الحال عادة لELISA.
كما ذكر أعلاه، هي مناسبة هذه الطريقة بشكل جيد لأداء شاشات المخدرات الإنتاجية العالية باستخدام مكتبات المخدرات لأن معظم الخطوات التي يمكن الآلي. خلايا يمكن مطلي الإلكترونيةfficiently باستخدام موزع صفيحة ميكروسكوبية الآلي، يمكن إضافة مكتبة المخدرات باستخدام معالج السائل 96 قناة، ويمكن أن يضاف فيروس باستخدام موزع صفيحة ميكروسكوبية وقراءة لوحات باستخدام luminometer الآلي. من الناحية النظرية، وهذا يمكن أيضا أن تتكيف مع 384 بئر أو صيغ أصغر؛ ومع ذلك، فإن القيد لتحقيق هذه الغاية هو عدد الخلايا التي يمكن مطلي، نظرا عدد أقل من خلايا يؤدي إلى مجموعة وأضيق في الخطي من سجل (RLU) لتسجيل الدخول (عيار) العلاقة. أخيرا، وتقييم بقاء الخلية باستخدام ريسازورين أو الأصباغ الأيضية الأخرى يمكن أن تدمج بسهولة في سير العمل، مما يسمح للتمييز من المركبات السامة للخلايا في شاشات المضادة للفيروسات أو تحديد المركبات التي تؤدي إلى قتل التآزر في تركيبة مع الفيروسات 12. ومع ذلك، فإن القيود المفروضة على هذه الطريقة فإن شرط وسيفيراز فيروس التحوير التعبير، وهي ليست دائما ممكنة، وتوافر خط خلية متساهل بما فيه الكفاية. ومع ذلك، فمن المرجح ممكن للتكيفطريقة للاستخدام مع مراسل الجينات الأخرى (مثل GFP) توفير طريقة مراسل الكمي لديه الخطي مناسبة وإشارة إلى نسبة الضوضاء. وعموما، فإن طريقة الإنتاجية العالية وصفها يمكن تعديلها لتناسب العديد من الفيروسات المختلفة ومصممة لتطبيقات متنوعة.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
فانيسا جارسيا ممولة من منحة الملكة إليزابيث الثانية أونتاريو للخريجين في العلوم والتكنولوجيا وكوري باتنتشوك من قبل زمالة مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Dulbeccos' Modified Eagle's Medium (DMEM) | Corning | SH30243.01 | |
| مصل الأبقار الجنيني | NorthBio Inc. | NBSF-701 | |
| محلول ملحي مخزن بالفوسفات | Corning | 21-040-CV | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310-1 | تحضير محلول 1 ملي مولار ، درجة الحموضة 7.3 |
| alamarBlue & nbsp ؛ | AbD Serotec | BUF012B | |
| D-Luciferin ملح البوتاسيوم | Biotium | 10101-2 | |
| 96 جيدا من البوليسترين ذو القاع المسطح الصلب المعالج TC يمكن | Corning | 3917 | 384 بئر لإنتاجية أعلى |
| Synergy Mx | BioTek | SMTBL | Monochromator |
| Liquidator96 | Mettler Toledo | LIQ-96-200 | نظام سحب العينات اليدوي 96 طرف |
| Liquidator96 LTS نصائح معقمة بمرشحات | Mettler Toledo | LQR-200F | أي أطراف معقمة مفلترة متوافقة مع الماصات التي تختارها مناسبة |
| Microflo | BioTek | 111-206-21 | تستخدم لألواح الخلايا في لوحة 96 بئرا |
| Fluoroskan Ascent FL | Thermo Scientific | 5210450 | Microplate fluorometer |