نقدم بروتوكولا محسنا في المختبر لإنتاج جزيئات شبيهة بفيروس SARS-CoV-2 تحاكي الفيروس الأصلي عن كثب. يتيح هذا النهج التحقيق في العدوى الفيروسية ، والتجميع ، وآليات الخروج دون قيود الحاجة إلى مختبر من المستوى 3 للسلامة البيولوجية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
نقدم بروتوكولا محسنا في المختبر لإنتاج جزيئات شبيهة بفيروس SARS-CoV-2 تحاكي الفيروس الأصلي عن كثب. يتيح هذا النهج التحقيق في العدوى الفيروسية ، والتجميع ، وآليات الخروج دون قيود الحاجة إلى مختبر من المستوى 3 للسلامة البيولوجية.
توفر طريقة الجسيمات الشبيهة بفيروس المتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة - فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) (SC2-VLP) أداة قوية ويمكن الوصول إليها لدراسة دورة حياة SARS-CoV-2 دون الحاجة إلى مختبرات السلامة البيولوجية من المستوى 3 (BSL-3). يحاكي هذا النظام بشكل فعال المراحل الحرجة من دورة الحياة الفيروسية ، بما في ذلك التجميع وتغليف الجينوم والخروج ، باستخدام مراسل لوسيفيراز مدمج في إشارة T20 للكشف الحساس والدقيق عن إنتاج الجسيمات الفيروسية. يتم إنشاء SC2-VLPs عن طريق التعبير المشترك عن البروتينات الهيكلية SARS-CoV-2 ، بما في ذلك الغشاء (M) ، والنوكليوكابسيد (N) ، والمغلف (E) ، والارتفاع (S) ، جنبا إلى جنب مع إشارة تغليف الحمض النووي الريبي في خلايا HEK-293T. على عكس أنظمة الجسيمات التقليدية الشبيهة بالفيروسات ، تضمن طريقة SC2-VLP القياس الكمي الدقيق ودقة أكبر لدورة الحياة الفيروسية الطبيعية. علاوة على ذلك ، بالمقارنة مع طرق التنميط الزائف الفيروسي ، والتي تقتصر على دراسة دخول الفيروس من خلال دمج بروتين S في جزيئات الفيروسات العدسية القائمة على فيروس نقص المناعة البشرية ، يوفر نظام SC2-VLP منصة أكثر شمولا لاستكشاف مراحل متعددة من بيولوجيا SARS-CoV-2. بينما تتجاوز هذه الطريقة مخاطر التعامل مع الفيروسات الحية وتوسع إمكانية الوصول. تمثل طريقة SC2-VLP تقدما كبيرا في الأبحاث المضادة للفيروسات وتطوير الاستراتيجيات العلاجية ضد SARS-CoV-2.
برزت جائحة COVID-19 كواحدة من أكثر الأزمات الصحية العالمية تدميرا في التاريخ الحديث ، مما أدى إلى وفاة ملايين الأشخاص في جميع أنحاءالعالم 1. يتبع الفيروس المسؤول ، SARS-CoV-2 ، دورة حياة معقدة تتضمن مراحل رئيسية مثل العدوى وتكرار الجينوم والتجميع والخروج. تبدأ عملية العدوى عندما يرتبط بروتين السنبلة الفيروسي (S) بمستقبل الخلية المضيفة ، إنزيم محول الأنجيوتنسين 2 (ACE2) ، مما يسهل إطلاق الجينوم الفيروسي في الخلية المضيفة2،3. ثم يحفز بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي الفيروسي (RdRp) تكرار الحمض النووي الريبي الجيني. يشكل هذا الحمض النووي الريبي ، المركب مع بروتين النوكليوكابسيد (N) ، بنية مستقرة يتعرف عليها بروتين الغشاء (M). يلعب بروتين M دورا مركزيا في التجميع الفيروسي عن طريق تجنيد مركب RNA-N ، S ، وبروتين الغلاف (E) 4،5. بعد التجميع ، يكمل الفيروس خروجه من خلال مسار الاتجار بوساطة الليزوزوم غير المتعارفعليه 6.
واستجابة للجائحة، تم حشد موارد عالمية كبيرة لتطوير اللقاحات والأجسام المضادة المعادلة والأدوية المضادة للفيروسات. كان تقييم هذه التدخلات ضروريا في النهوض بأبحاث SARS-CoV-27. ومع ذلك ، فإن دراسة الفيروس الحي تمثل تحديات لوجستية كبيرة ، حيث يجب إجراء التجارب التي تنطوي على الفيروس في مختبرات السلامة البيولوجية من المستوى 3 (BSL-3). أدى التوافر المحدود لمرافق BSL-3 إلى تقييد وتيرة البحث التي تهدف إلى فهم ومكافحة SARS-CoV-2.
لمواجهة هذه التحديات ، تم اعتماد نظامين رئيسيين - الجسيمات الشبيهة بالفيروسات (VLP) والتنميط الزائف الفيروسي - على نطاق واسع في أبحاث SARS-CoV-2 ، وكلاهما لا يتطلب احتواء BSL-38. يتضمن نظام VLP التعداء المشترك للخلايا مع الجينات التي تشفر البروتينات الهيكلية الفيروسية ، بما في ذلك M و S و E و N ، والتي تولد معا جزيئات شبيهة بالفيروسات. تحاكي هذه الجسيمات الخصائص الهيكلية والوظيفية للفيروس ، مما يجعلها أداة قيمة لدراسة العمليات الرئيسية في دورة حياة SARS-CoV-2 ، وحتى مستضد فعال لتطوير اللقاح9،10،11.
على العكس من ذلك ، يتضمن نظام التنميط الكاذب الفيروسي العدسي استبدال بروتين فيروس التهاب الفم الحويصلي (VSV) G في الفيروس العدسي ببروتين SARS-CoV-2 S ، مما يتيح إنتاج جزيئات الفيروسات العدسية التي يمكن أن تتضمن جينات المراسل مثل لوسيفيراز أو GFP. هذا النظام مفيد بشكل خاص لفحص تحييد الأجسام المضادة التي تمنع تفاعل S-ACE212. ومع ذلك ، فإن التنميط الكاذب الفيروسي العدسي لا يعكس التجمع الفيروسي SARS-CoV-2 أو الخروج بسبب استخدام البروتينات الهيكلية لفيروس نقص المناعة البشرية ، والتي تتوسط إطلاق الجسيمات في غشاء البلازما.
للتغلب على هذه القيود ، حدد سيد وآخرون مؤخرا إشارة تغليف SARS-CoV-2 داخل جينوم الحمض النووي الريبي الخاص به ، مما يوضح خصوصية بروتين N تجاه التعرف على الجينوم الفيروسي13. من خلال دمج إشارة التغليف هذه مع جينات المراسل ، من الممكن دمج هذه الجينات بكفاءة في الجسيمات الشبيهة بفيروس SARS-CoV-2 (SC2-VLPs) 13. لا تكرر هذه الإستراتيجية عمليات تجميع وخروج SARS-CoV-2 فحسب ، بل تسمح أيضا بالقياس الحساس لخطوات العدوى. في هذه الدراسة ، نقدم المنهجية التجريبية لاستخدام نظام SC2-VLP ونسلط الضوء على الاعتبارات الرئيسية لإجراء هذا النهج.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. توليد SC2-VLPs
2. فحص فعالية SC2-VLP
ملاحظة: تم إنشاء خط خلايا HEK-293T الذي يعبر بثبات عن ACE2 و TMPRSS2 باستخدام نهج نقل الفيروساتالعدسية 14،15. تم تأكيد التعبير البروتيني لكل من ACE2 و TMPRSS2 عن طريق تحليل اللطخة الغربية ، باتباع بروتوكول مشابه لتلك الموصوفة في الخطوة 3 (تحليل تكوين SC2-VLP).
3. فحص تكوين SC2-VLP
4. تحليل التوطين تحت الخلوي ل S وطفراتها في الخلايا المنتجة ل SC2-VLP
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت دراسة خطوات الخروج والتجميع لدورة حياة SARS-CoV-2 أقل من خطوات العدوى والتكاثرالمتماثل 17،18. قبل تطوير طريقة SC2-VLP ، لا يمكن التحقيق في هذه العمليات إلا باستخدام SARS-CoV-2 الحي ، مما يقتصر البحث على مختبرات BSL-313. يحدد سير عمل SC2-VLP ، الموضح في الشكل 1 ، البروتوكول التجريبي ويوضح العمليات المتضمنة في هذه الخطوات من دورة حياة SARS-CoV-2. في هذا النهج ، يتم نقل البلازميدات التي تشفر البروتينات الهيكل...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمثل الطريقة البسيطة والفعالة لنمذجة دورة حياة SARS-CoV-2 في أنظمة زراعة الخلايا ، دون قيود مختبرات BSL-3 ، تقدما محوريا لأبحاث مكافحة SARS-CoV-2. تلبي طريقة SC2-VLP هذه الحاجة ، حيث توفر نظاما أساسيا قويا ويمكن الوصول إليه. في هذه الدراسة ، نقدم بروتوكولا مفصلا لطريقة SC2-VLP ، يحدد الخطوات التجريبية الحاسمة لإنتاج SC2-VLPs. بالإضافة إلى ذلك ، نسلط الضوء على تعدد استخداماته وتطبيقاته المحتملة في تعزيز فهمنا لبيولوجيا SARS-CoV-2 وتسهيل تطوير استراتيجيات مضادة للفيروسات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
تم دعم هذا العمل من قبل برنامج صندوق الشركات الناشئة في جامعة بكين للطب الصيني (BUCM) (90011451310011). نعرب عن امتناننا لجميع أعضاء مختبر الدكتور ما في BUCM على المناقشة التي لا تقدر بثمن والمساعدة في التجارب.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| ألبومين مصل الأبقار (BSA) | تقنية إشارات الخلية | 9998S | |
| مجهر المسح الضوئي بالليزر متحد البؤر | أوليمبوس | FV3000 | |
| DMEM | Corning | 10-013-CV | |
| مصل الأبقار الجنيني (FBS) Thermofisher | A5670402 | ||
| الماعز المضاد للفأر IgG H& L (Alexa Fluor 488) الأجسام المضادة | Invitrogen | A11001 | نسبة التخفيف: IF 1: 1000 |
| Goat Anti-Rabbit IgG H& L (Alexa Fluor 594) الجسم المضاد | Abcam | ab150080 | نسبة التخفيف: IF 1: 1000 |
| HEK-293T خط | الخلية البنية التحتية الوطنية لموارد خط الخلية (NICR) | NICR-293T-001 | لضمان كفاءة عالية في التعداء والإنتاج الأمثل SC2-VLP ، يجب الحفاظ على خلايا HEK-293T بأعداد مرور منخفضة (& le; ص 10). |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H1399 | تركيز العمل: 2.5 & mu; جم / مل |
| نظام فحص مراسل لوسيفيراز | Promega | E1500 | |
| Luc-T20 | Addgene | 177941 | |
| ماوس أحادي النسيلة مضاد ل GAPDH | Proteintech | 60004-1-Ig | نسبة التخفيف: WB 1: 20،000 |
| ماوس أحادي النسيلة مضاد ل S RBD | Abclonal | A23771 | : IF 1: 200 |
| OptiMEM | Thermofisher | 31985070 | وسيط خال من المصل للتعداء |
| PEG3350 | Sigma-Aldrich | P3635 | |
| PEG8000 | Sigma-Aldrich | P2139 | |
| البنسلين الستربتومايسين | ثيرموفيشر | 15140122 | |
| البولي إيثيلين إيثيلين (PEI) | Thermofisher | 43896.01 | |
| Promega عازلة التحلل السلبي | Promega | E1941 | |
| نسبة تخفيف الأرانب متعددة النسيلة المضادة ل ACE2 | Proteintech | 21115-1-AP | : WB 1: 1000 |
| نسبة تخفيف الأرنب متعدد النسيلة المضادة ERGIC53 | Proteintech | 13364-1-AP | : IF 1: 200 |
| نسبة تخفيف الأرانب متعددة النسيلة المضادة ل GM130 | Proteintech | 11308-1-AP | : IF 1: 200 |
| نسبة تخفيف الأرانب متعددة النسيلة المضادة ل S | Abcam | ab272504 | : WB 1: 1000 |
| أرنب متعدد النسيلة مضاد ل Sec61 & بيتا ؛ | Proteintech | 15087-1-AP | : IF 1: 200 |
| نسبة تخفيف الأرانب متعددة النسيلة المضادة TMPRSS2 | Abcam | ab109131 | : WB 1: 1000 |
| SARS-CoV-2 M-IRES-E البلازميد | Addgene | 177938 | |
| SARS-CoV-2 N البلازميد | Addgene | 177959 | |
| SARS-CoV-2 Nucleoprotein Rabbit mAb | التخفيف الاستئصالية | A21042 | : WB 1: 4000 |
| SARS-CoV-2 S البلازميد | Addgene | 177960 | |
| الجسم المضاد الثانوي ، HRP ، الماعز المضاد للفأر IgG (H + L) | التخفيف Invitrogen | 31460 | : WB 1: 5000 |
| الجسم المضاد الثانوي ، HRP ، الماعز المضاد للأرانب IgG (H + L) | التخفيف Invitrogen | 31430 | : WB 1: 5000 |
| قارئ لوحة SpectraMax i3x ؛ | الأجهزة الجزيئية | SpectraMax i3x |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.