Die COVID-19-Pandemie hat sich zu einer der verheerendsten globalen Gesundheitskrisen der modernen Geschichte entwickelt, die weltweit Millionen von Todesfällen geforderthat 1. Das verantwortliche Virus, SARS-CoV-2, durchläuft einen komplexen Lebenszyklus, der Schlüsselstadien wie Infektion, Genomreplikation, Assemblierung und Austritt umfasst. Der Infektionsprozess beginnt, wenn das virale Spike-Protein (S) an den Wirtszellrezeptor Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2) bindet und so die Freisetzung des viralen Genoms in die Wirtszelleerleichtert 2,3. Die virale RNA-abhängige RNA-Polymerase (RdRp) katalysiert dann die Replikation der genomischen RNA. Diese RNA bildet im Komplex mit dem Nukleokapsidprotein (N) eine stabile Struktur, die vom Membranprotein (M) erkannt wird. Das M-Protein spielt eine zentrale Rolle bei der viralen Assemblierung, indem es den RNA-N-Komplex S und das Hüllprotein (E)4,5 rekrutiert. Nach dem Assemblieren schließt das Virion seinen Austritt über einen nicht-kanonischen Lysosomen-vermittelten Transportwegab 6.
Als Reaktion auf die Pandemie wurden erhebliche globale Ressourcen mobilisiert, um Impfstoffe, neutralisierende Antikörper und antivirale Medikamente zu entwickeln. Die Evaluierung dieser Interventionen war für die Weiterentwicklung der SARS-CoV-2-Forschung von entscheidender Bedeutung7. Die Untersuchung des lebenden Virus stellt jedoch erhebliche logistische Herausforderungen dar, da Experimente mit dem Virus in Labors der Biosicherheitsstufe 3 (BSL-3) durchgeführt werden müssen. Die begrenzte Verfügbarkeit von BSL-3-Einrichtungen hat das Tempo der Forschung zum Verständnis und zur Bekämpfung von SARS-CoV-2 eingeschränkt.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurden zwei wichtige Systeme – virusähnliche Partikel (VLP) und lentivirale Pseudotypisierung – in der SARS-CoV-2-Forschung weitgehend eingesetzt, die beide kein BSL-3-Containment8 erfordern. Das VLP-System beinhaltet die Co-Transfektion von Zellen mit Genen, die für virale Strukturproteine wie M, S, E und N kodieren, die zusammen virusähnliche Partikel erzeugen. Diese Partikel ahmen die strukturellen und funktionellen Eigenschaften des Virus nach und sind damit ein wertvolles Werkzeug für die Untersuchung wichtiger Prozesse im SARS-CoV-2-Lebenszyklus und sogar ein wirksames Antigen für die Impfstoffentwicklung 9,10,11.
Umgekehrt beinhaltet das lentivirale Pseudotypisierungssystem den Ersatz des G-Proteins des Vesikulären Stomatitis-Virus (VSV) im Lentivirus durch das SARS-CoV-2 S-Protein, wodurch die Produktion von lentiviralen Partikeln ermöglicht wird, die Reportergene wie Luciferase oder GFP einbauen können. Dieses System ist besonders nützlich für die Untersuchung neutralisierender Antikörper, die die S-ACE2-Interaktion blockieren12. Die lentivirale Pseudotypisierung spiegelt jedoch nicht die Assemblierung oder den Ausgang von SARS-CoV-2-Viren wider, da HIV-Strukturproteine verwendet werden, die die Partikelfreisetzung an der Plasmamembran vermitteln.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben Syed et al. kürzlich das SARS-CoV-2-Verpackungssignal in seinem RNA-Genom identifiziert, was die Spezifität des N-Proteins für die virale Genomerkennung demonstriert13. Durch die Fusion dieses Verpackungssignals mit Reportergenen ist es möglich, diese Gene effizient in SARS-CoV-2-Virus-ähnliche Partikel (SC2-VLPs) einzubauen13. Diese Strategie repliziert nicht nur die SARS-CoV-2-Assemblierungs- und -Austrittsprozesse, sondern ermöglicht auch die empfindliche Messung von Infektionsschritten. In dieser Studie stellen wir die experimentelle Methodik für die Verwendung des SC2-VLP-Systems vor und beleuchten wichtige Überlegungen zur Durchführung dieses Ansatzes.