本方案描述了从双质粒感染性cDNA克隆中回收具有感染性的寨卡病毒的方法。
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本方案描述了从双质粒感染性cDNA克隆中回收具有感染性的寨卡病毒的方法。
感染性cDNA克隆可实现对病毒的遗传操作,从而促进疫苗、致病机制、复制、传播及病毒进化等方面的研究。本文描述了一种寨卡病毒(ZIKV)感染性克隆的构建方法,该病毒目前在美洲地区引发大规模暴发流行。为避免黄病毒来源质粒在细菌中常见的毒性问题,我们构建了一个双质粒系统,将基因组在NS1基因处分割,其稳定性优于全长构建体;后者若无突变则难以成功回收。经酶切与连接反应将两个片段连接后,可体外转录生成全长病毒RNA 体外 使用T7 RNA聚合酶进行转录。将转录所得RNA通过电穿孔导入细胞后,成功回收到表现出相似特性的病毒 体外 生长动力学和 体内 小鼠和蚊子中的毒力和感染表型
寨卡病毒(ZIKV;黄病毒科 Flaviviridae:黄病毒属 Flavivirus)是一种通过蚊子传播的黄病毒,于2013至2014年间传入巴西,并随后引发了一场大规模发热性疾病暴发,疫情蔓延至整个美洲地区1。此外,ZIKV还与多种严重疾病结局相关,例如成人中的吉兰-巴雷综合征以及胎儿和新生儿中的小头畸形2。在该病毒于西半球迅速传播之前,人们对ZIKV的了解甚少,包括缺乏可用的分子工具,从而阻碍了对其致病机制的研究。针对病毒的分子工具,例如感染性cDNA克隆,有助于疫苗和抗病毒治疗药物的开发,并可用于评估与病毒致病性差异、免疫应答及病毒进化相关的病毒遗传因素。
黄病毒的感染性克隆由于其基因组中存在隐蔽的原核启动子,已知在细菌中极不稳定3已采用多种方法来改善这一问题,包括在病毒序列上游插入串联重复序列4,假定的原核生物启动子序列的突变5将基因组分割成多个质粒6,低拷贝数载体(包括细菌人工染色体)7,8 病毒基因组中内含子的插入9一种未经修饰的全长ZIKV系统已有描述;然而,该克隆在细胞培养和小鼠中均表现出减毒现象10其他研究团队已将内含子插入ZIKV基因组中,从而可在细菌中破坏不稳定的序列,并在哺乳动物细胞中通过剪接将其去除 体外 用于感染性病毒的制备11,12此外,一种基于PCR的系统,称为感染性亚基因组扩增子(Infectious-Subgenomic-Amplicons),已成功用于拯救寨卡病毒(ZIKV)原型株MR76613该方法无需引入外源序列,而是利用多个质粒靶向基因组的高不稳定性区域进行破坏,此前已在黄热病病毒研究中成功应用。6,登革热14,15 和西尼罗病毒16此外,在病毒基因组末端添加丁型肝炎病毒核酶序列,有助于形成真实的3'末端,而无需引入线性化位点。同时,这两个质粒均构建于低拷贝数载体(pACYC177,约每细胞15个拷贝)中,以减轻可能存在的残留毒性。17. 分离得到的病毒在生长特性上与亲本病毒相当 体外 在8种细胞系中绘制生长曲线,这些细胞系包含来源于哺乳动物和昆虫的多种细胞类型,并在小鼠中表现出相同的致病特征,以及在蚊子中具有相同的感染、扩散和传播速率18.
在此,我们详细描述了一种用于扩增感染性克隆质粒并生成全长病毒RNA(即病毒基因组)的实验方案。 体外 并在细胞培养中回收具有感染性的病毒。首先,我们描述了在细菌中扩增质粒,或使用滚环扩增(RCA)进行无菌扩增的方法。接着,我们展示了如何将两个质粒进行酶切消化,随后连接形成全长病毒基因组。最后,我们描述了RNA的体外转录及其通过电穿孔导入Vero细胞的过程,随后对回收的病毒进行滴度测定。图1该方法快速高效,可在1至2周内获得具有感染性的病毒毒种。
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1. 感染性克隆质粒的转化与回收
2. 准备足量的质粒 DNA 用于连接
注意:连接反应及后续的电穿孔实验需要足量的质粒 DNA,该 DNA 必须通过大提(maxiprep)或滚环扩增(RCA)方法制备。虽然大提是传统常用的方法,但 RCA 的优势在于无需使用细菌,从而避免了质粒在细菌中可能引发的毒性问题,防止由此导致的质粒不稳定事件。
| 引物名称 | 序列(5' - 3') |
| ZIKV PRVABC59 1For | AGTTGTTGATCTGTGTGAATCAGAC |
| ZIKV 保守序列 632For | GCCCTATGCTGGATGAGG |
| ZIKV 保守序列 692反向 | GGTTCCGTACACAACCCAAGTTG |
| ZIKV 保守序列 1313Rev | CTCCCTTTGCCAAAAAGTCCACA |
| ZIKV 保守序列 1201For | CCAACACAAGGTGAAGCCTAC |
| ZIKV 保守序列 1663For | GCAGACACCGGAACTCCACACT |
| ZIKV 保守序列 2008For | CAGATGGCGGTGGACATGC |
| ZIKV 保守序列 2350Rev | GTGAGAACCAGGACATTCCTCC |
| ZIKV 保守序列 2605For | TACAAGTACCATCCTGACTCCC |
| ZIKV 保守序列 3499反向 | GCCTTATCTCCATTCCATACCA |
| ZIKV 保守序列 3961Rev. | TTGCCAACCAGGCCAAAG |
| ZIKV 保守序列 4132For | CATTTGTCATGGCCCTGG |
| ZIKV 保守序列 4561反向引物 | CTATTGGGTTCATGCCACAGAT |
| ZIKV 保守序列 4665For | GACCACAGATGGAGTGTACAGAGT |
| ZIKV 保守序列 5189Rev | AAGACAGTTAGCTGCTTCTTCTTCAG |
| ZIKV 保守序列 5219For | GAGAGTTCTTCCTGAAATAGTCCGTGA |
| ZIKV 保守序列 6086反向引物 | CTTGCTTCAAGCCAGTGTGC |
| ZIKV 保守序列 6119For | GCCTCATAGCCTCGCTCTATCG |
| ZIKV 保守位点 6721反向引物 | CCATTCCAAAGCCCATCTTCCC |
| ZIKV 保守序列 6769For | CCAGCCAGAATTGCATGTGTCC |
| ZIKV 保守序列 7209反向 | ATCATTAGCAGCGGGACTCCAA |
| ZIKV 保守序列 7343For | GTTGTGGATGGAATAGTGGT |
| ZIKV 保守序列 8243For | TGCCCATACACCAGCACTATGA |
| ZIKV PRVABC59 8893Rev. | TGCATTGCTACGAACCTTGTTG |
| ZIKV 保守序列 9133For | AGCCCTTGGATTCTTGAACGAGGA |
| ZIKV PRVABC59 9673Rev. | AACGCAATCATCTCCACTGACT |
| ZIKV 保守序列 9686For | GATGATAGGTTTGCACATGCC |
| ZIKV 保守序列 10321反向 | GTCCATGTACTTTTCTTCATCACCTAT |
| ZIKV 保守序列 10455For | CAGGAGAAGCTGGGAAACC |
| ZIKV 保守序列 10621反向引物 | CAGATTGAAGGGTGGGGAAGGTC |
表1:cDNA克隆测序引物。 所列引物可用于对质粒进行全序列测序。标记为“保守”的引物表示其可能能够对所有ZIKV基因型进行测序/扩增。标注为“PRVABC59”的引物特异于该毒株,但可能也适用于其他亚洲基因型毒株,甚至可能适用于其他基因型。
3. 准备 体外 转录的RNA
4. 通过电穿孔拯救感染性病毒
5. 恢复病毒的滴定
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此处描述的实验方案可用于获得感染性克隆来源的寨卡病毒。与全长版本相比(全长版本极不稳定,数据未显示),在谨慎操作下,双质粒感染性克隆系统的操作更为简便。在对两个不同的片段进行酶切与连接后,使用体外转录系统生成带帽的RNA 体外 使用T7聚合酶进行转录,然后通过电穿孔将产物导入Vero细胞(图1)。质粒序列的正确性可通过小量提取质粒后进行限制性酶切消化作为替代方法进行检测(图 2a)以及在通过RCA或质粒大提进行大规模DNA制备后,经Sanger测序验证。在测序确认克隆正确后,仅需进行酶切和连接即可恢复获得具有感染性的病毒, 体外 转录,最后进行电穿孔。这些步骤可在一天内完成。可通过琼脂糖凝胶电泳监测酶切和连接的正确性(图2b),必要时可进行故障排查。
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本文描述了一种寨卡病毒(ZIKV)双组分感染性cDNA克隆系统的构建方法。先前报道的ZIKV克隆系统存在减毒现象,或需插入内含子,导致质粒体积增大,并阻碍在昆虫细胞中拯救病毒。利用该双质粒克隆系统,可在哺乳动物细胞或昆虫细胞中成功拯救出具有感染性的病毒(数据未显示)。此外,从该系统拯救出的病毒在多种细胞系、免疫缺陷小鼠模型以及蚊虫中均表现出与野生型病毒相似的生物学特性。
由于黄病毒基因组中存在隐蔽的细菌启动子3,全长黄病毒克隆难以操作,常导致质粒中出现突变、插入、缺失或重排。为解决这些问题,我们将寨卡病毒(ZIKV)基因组拆分为两个质粒,从而打断病毒NS1基因中存在的毒性序列。该策略获得了一个更稳定的系统,并且易于引入遗传修饰。利用此克隆系统,我们已在ZIKV基因组中引入多个点突变,并在3'非翻译区(UTR)插入外源序列(数据未显示)。该系统还为研究致病性的遗传决定因素、构建疫苗候选株以及开发报告病毒提供了理想的起点。此外,克隆来源的病毒已被证实是研究病毒进化的重要工具22。
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢Kristen Bullard-Feibelman、Milena Veselinovic和Claudia Rückert在克隆来源病毒的表征工作中提供的帮助。本研究部分得到了美国国立过敏与传染病研究所(NIH)资助项目AI114675(BJG)和AI067380(GDE)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| NEB Stable 感受态 E. coli | 新英格兰生物实验室 | C3040H | |
| 羧苄青霉素二钠盐 | 多个供应商 | ||
| Zyppy 质粒小量提取试剂盒 | Zymo 研究公司 | D4036 | |
| ZymoPURE 质粒大量提取试剂盒 | Zymo 研究公司 | D4202 | |
| SalI-HF | 新英格兰生物实验室 | R3138S | 20,000 单位/毫升 |
| NheI-HF | 新英格兰生物实验室 | R3131S | 20,000 单位/毫升 |
| ApaLI | 新英格兰生物实验室 | R0507S | 10,000 单位/毫升 |
| EcoRI-HF | 新英格兰生物实验室 | R3101S | 20,000 单位/毫升 |
| BamHI-HF | 新英格兰生物实验室 | R3136S | 20,000 单位/毫升 |
| HindIII-HF | 新英格兰生物实验室 | R3104S | 20,000 单位/毫升 |
| illustra TempliPhi 100 扩增试剂盒 | GE 医疗生命科学 | 25640010 | |
| NucleoSpin 凝胶与 PCR 产物纯化试剂盒 | Macherey-Nagel | 740609.5 | |
| 虾碱性磷酸酶 (rSAP) | 新英格兰生物实验室 | M0371S | 1,000 单位/毫升 |
| 小牛肠碱性磷酸酶 (CIP) | 新英格兰生物实验室 | M0290S | 10,000 单位/毫升 |
| T4 DNA 连接酶 | 新英格兰生物实验室 | M0202S | 400,000 单位/毫升 |
| HiScribe T7 ARCA mRNA 合成试剂盒 | 新英格兰生物实验室 | E2065S | |
| Vero 细胞 | ATCC | CCL-81 | |
| ECM 630 高通量电穿孔系统 | BTX | 45-0423 | 其他设备亦可接受。 |
| 含琼脂的 LB 培养基(Miller 配方) | Sigma | L3147 | 也可自行配制。 |
| 优质肉汤(Terrific Broth) | Sigma | T0918 | 也可自行配制。 |
| 培养皿 | Celltreat | 229693 | |
| 培养管 | VWR 国际公司 | 60818-576 | |
| T75 培养瓶 | Celltreat | 229340 | |
| T182 培养瓶 | Celltreat | 229350 | |
| 1× PBS | Corning | 21-040-CV | |
| 含 L-谷氨酰胺的 RPMI 1640 培养基 | Corning | 10-040-CV | |
| 含 L-谷氨酰胺和 4.5 g/L 葡萄糖的 DMEM 培养基 | Corning | 10-017-CV | |
| 胎牛血清 (FBS) | Atlas Biologicals | FP-0500-A | |
| 刺梧桐胶粉末 | MP Bio | MP 104792 | |
| 结晶紫 | Amresco | 0528-1006 | |
| 变性乙醇 | VWR 国际公司 | BDH1156-1LP | |
| 6 孔板 | Celltreat | 229106 | |
| 12 孔板 | Celltreat | 229111 | |
| 测序引物 | IDT | 见表 1 | |
| Qubit 3.0 | 赛默飞世尔科技 | Qubit 3.0 | 其他方法亦可接受。 |
| Qubit dsDNA BR 检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | Q32850 | 其他方法亦可接受。 |
| Qubit RNA HS 检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | Q32852 | 其他方法亦可接受。 |
| II 级生物安全柜 | 不同厂家 | 不适用 | 活病毒实验必需。 |
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