Infektiöse cDNA-Klone sind wesentliche molekulare Werkzeuge für die Grundlagenforschung von RNA-Viren und die Entwicklung von Impfstoffen und/oder die Identifizierung antiviraler Strategien. Bei vielen positiv gestrandeten RNA-Viren, einschließlich Flaviviren, ist die Erzeugung infektiöser cDNA-Klone jedoch aufgrund der Instabilität der geklonten cDNAs schwierig, wenn sie in Bakterien mit Standard-Plasmiden mit hoher Kopierzahl vermehrt werden. Im Falle von ZIKV und anderen Flaviviren ist diese Instabilität hauptsächlich auf die undichte Expression toxischer viraler Proteine von kryptischen bakteriellen Promotoren im viralen Genom14,15,16,17 zurückzuführen. . Hier beschreiben wir ein alternatives und leistungsfähiges Protokoll zur Erzeugung eines stabilen ZIKV-Infektiösen CDNA-Klons in voller Länge als einzelnes Plasmid, basierend auf der Verwendung des BAC-Plasmids pBeloBAC1134 (Abbildung 2A), um das Toxizitätsproblem, die CMV-Promotor, um die Expression der vRNA im Zellkern transfizierter Zellen zu ermöglichen, und der HDV RZ, um vRNAs mit genauen 3'-Enden zu erzeugen (Abbildung 2B). Mit dieser Methode haben wir erfolgreich einen vollständig stabilen infektiösen Klon des ZIKV-Stamms RGN erzeugt, der die effiziente und zuverlässige Rückgewinnung von infektiösem rZIKV nach der direkten Transfektion anfälliger Vero-Zellen ermöglicht (Abbildung 3 und Abbildung 4).
In den letzten Jahren wurden große Anstrengungen unternommen, um die Instabilitätsprobleme im Zusammenhang mit ZIKV-infektiösen cDNA-Klonen zu überwinden, und mehrere Ansätze wurden erfolgreich umgesetzt18, einschließlich der In-vitro-Ligation von cDNA-Fragmenten24 ,25, kopierarme Plasmide19,20, die Inaktivierung kryptischer bakterieller Promotoren durch die Einführung von stillen Mutationen26,27, Intron Insertion21, 22 , 23, die Gibson-Bauart30, die ISA-Methode28,29und die Verwendung von CPER31. Obwohl diese Ansätze das Toxizitätsproblem überwinden und nützlich sind, um ZIKV-infektiöse cDNA-Klone zu erzeugen, sind einige von ihnen mühsam und stellen mehrere Nachteile dar, einschließlich der Notwendigkeit von In-vitro-Ligations- und Transkriptionsschritten, die Viren reduzieren. Erholungseffizienz oder die Einführung einer hohen Anzahl von stillen Mutationen, um kryptischen bakteriellen Promotor zu inaktivieren, die virale Fitness beeinflussen könnte, unter anderem. Der in diesem Protokoll beschriebene Ansatz bietet die folgenden Vorteile. i) Das BAC-Plasmid pBeloBAC1134 hat eine streng kontrollierte Replikation, die eine oder zwei Kopien des Plasmids pro Zelle enthält, was die Toxizität minimiert und eine stabile Wartung von Bakterien instabiler cDNAs ermöglicht. ii) Die Vermehrung und Modifikation von BAC-Plasmiden ist fast ähnlich denen herkömmlicher Plasmide, wenn man die in diesem Protokoll beschriebenen geringfügigen Änderungen berücksichtigt, um großformatige BAC-DNA-Fragmente und kopierarme Plasmide zu manipulieren. Insbesondere kann der BAC cDNA-Klon auch durch homologe Rekombination mit dem Red-Rekombinationssystem42,43,44. iii) in E. coli modifiziert werden. intrazelluläre Expression von capped ZIKV vRNA und die Wiederherstellung von infektiösen Viren, ohne dass ein In-vitro-Transkriptionsschritt erforderlich ist. iv) Infektiöse sZIKV wird nach der direkten Transfektion von anfälligen Zellen (z.B. Vero) mit dem BAC cDNA Klon erzeugt. Da die DNA-Transfektion in Säugetierzellen effizienter ist als die RNA-Transfektion, ist die Effizienz der Viruswiederherstellung mit dem BAC-Ansatz höher als die, die mit RNA-Transkripten beobachtet wird, wodurch die Anzahl der Passagen in Kulturzellen reduziert wird, um einen viralen Bestand zu erzeugen, und die Einführung unerwünschter Mutationen durch Zellkulturanpassung zu begrenzen.
Schließlich wird das Potenzial des BAC-Ansatzes durch die erfolgreiche Anwendung dieser Methode (mit leichten Modifikationen) unterstützt, um infektiöse cDNA-Klone anderer Flaviviren, einschließlich des Dengue-Virus36, und mehrere Coronaviren mit hoher Wirkung in Gesundheit von Mensch und Tier, wie übertragbare Gastroenteritis Coronavirus37 (TGEV), Fein infektiöse peritonitis Virus38 (FIPV), humanes Coronavirus OC4339 (HCoV-OC43), schweres akutes Atemwegssyndrom Coronavirus40 (SARS-CoV) und das Middle East respiratory syndrome coronavirus41 (MERS-CoV), unter anderem.
In dem hier beschriebenen Protokoll sind zwei wichtige Schritte zu berücksichtigen. Eine wichtige Überlegung ist die Identifizierung geeigneter einzigartiger Restriktionsstellen im viralen Genom, die im BAC-Plasmid fehlen. Wenn keine ausreichenden Restriktionsstellen verfügbar sind, können während des Klonens durch die Einführung von stillen Nukleotidmutationen neue Restriktionsstandorte erzeugt werden. Ein weiteres wichtiges Problem ist, dass die BAC-Plasmide nur in einer oder zwei Kopien pro Zelle vorhanden sind, und daher werden niedrige Erträge von BAC-Plasmiden mit einer hohen Kontamination der bakteriellen genomischen DNA mit Standardprotokollen für hoch- und Plasmide mit mittlerer Kopierzahl. Dieses potenzielle Problem lässt sich mit großen Kulturvolumina leicht lösen und das BAC-Plasmid mit einem kommerziellen Kit reinigen, das speziell für die BAC-Reinigung entwickelt wurde.
Zusammenfassend haben wir einen leistungsstarken ZIKV-Reverse-Genetik-Ansatz entwickelt, der auf der Verwendung eines BAC basiert, der angepasst werden könnte, um stabile und voll funktionsfähige infektiöse cDNA-Klone anderer positiv gestrandeter RNA-Viren zu erzeugen, um das Studium der Biologie dieser und die Entwicklung von Impfstoffen und/oder die Identifizierung antiviraler Arzneimittel zu erleichtern.