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Research Article
Xiaoyan Chang*1, Keru Zhou*1, Yanguang Liu1,2, Lian Duan3, Lichun Zhang2, Guoliang Zhang3, Haikun Wang4, Guiqin Wang1
1Nanjing Advanced Academy of Life and Health, 2Institute of Animal Bio-technology,Jilin Academy of Agricultural Sciences, 3National Clinical Research Center for Infectious Diseases, Shenzhen Third People’s Hospital,Southern University of Science and Technology, 4CAS Key Laboratory of Molecular Virology and Immunology, Institut Pasteur of Shanghai, Chinese Academy of Sciences,University of Chinese Academy of Sciences
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Aquí describimos un protocolo para el empaquetado de pseudovirus y la medición de la actividad neutralizante de anticuerpos.
Desde 1996, los virus H5 de la influenza aviar altamente patógena (HPAI) de linaje A/ganso/Guangdong/1/96 han estado causando brotes de influenza en aves de corral y aves silvestres. Ocasionalmente, los humanos también son víctimas de ella, lo que resulta en una alta mortalidad. No obstante, la investigación del virus HPAI a menudo se ve obstaculizada, teniendo en cuenta que debe manejarse dentro de los laboratorios de nivel 3 de bioseguridad. Para abordar este problema, los pseudovirus se adoptan como una alternativa a los virus de tipo salvaje en algunos experimentos de estudios de HPAI H5. Los pseudovirus demuestran ser las herramientas ideales para estudiar anticuerpos neutralizantes contra los virus H5 HPAI. Este protocolo describe los procedimientos y pasos críticos de las preparaciones de pseudovirus H5 HPAI y los ensayos de neutralización de pseudovirus. Además, se analiza la solución de problemas, la limitación y las modificaciones de estos ensayos.
Desde 1996, los virus H5 de la influenza aviar altamente patógena (HPAI) de linaje A/goose/Guangdong/1/96 han estado causando brotes continuos de gripe en aves de corral y aves silvestres, lo que representa enormes pérdidas socioeconómicas en la industria avícola mundial. A veces, los humanos también se infectan con ella, enfrentándose a una alta tasa de mortalidad 1,2. Sin embargo, la investigación del virus HPAI a menudo se ve obstaculizada, dado que no se puede manejar fuera de los laboratorios de nivel 3 de bioseguridad. Para abordar este problema, los pseudovirus se adoptan como una alternativa a los virus de tipo salvaje en algunos experimentos de estudios de HPAI H5. Los pseudovirus son lo suficientemente seguros como para practicarlos en laboratorios de nivel 2 de bioseguridad.
Los pseudovirus H5 HPAI pertenecen a virus quiméricos que consisten en núcleos de virus sustitutos, envolturas lipídicas con glicoproteínas de superficie de los virus de la influenza y genes reporteros. Los núcleos de pseudovirus generalmente se derivan del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) lentiviral, retrovirus como el virus de la leucemia murina (MLV) y el virus de la estomatitis vesicular (VSV)3. Específicamente, el sistema de empaquetado del VIH-1 es ampliamente utilizado para producir pseudovirus de la influenza, donde los genes primarios proporcionados son gag y pol. El gen gag del VIH expresa proteínas centrales. El gen pol expresa la integrasa y la transcriptasa inversa, las cuales son necesarias para la expresión del gen reportero en las células transducidas. Imitando el genoma del virus sustituto, el gen reportero se adopta en el núcleo del pseudovirus en forma de ARN. El gen reportero expresará la proteína en las células huésped. Los niveles de expresión génica de los genes reporteros pueden ser utilizados para medir la eficiencia de la infección por pseudovirus 3,4. El reportero principal es luciferasa luciérnaga para medir las unidades de luminiscencia relativa (RLU) o la actividad relativa de luciferasa (RLA) en células transducidas. También se utilizan otros reporteros como lacZ, Gaussia y Renilla luciferasa, solo que en menor medida5.
Los pseudovirus son herramientas ideales para estudiar anticuerpos neutralizantes contra los virus H5 HAPI. Para medir la potencia de los anticuerpos neutralizantes, se utilizan ensayos de neutralización de pseudovirus (PN)6. La hemaglutinina (HA) y la neuraminidasa (NA) son glicoproteínas en la superficie del virus de la gripe A 7,8. El AH está compuesto por un dominio globular de la cabeza para la unión al receptor y un dominio del tallo para la fusión de la membrana. La proteína NA tiene la actividad sialidasa para facilitar la liberación del virus 7,8. Un ensayo de PN puede medir anticuerpos neutralizantes dirigidos a proteínas HA. Los anticuerpos neutralizantes dirigidos a la región de la cabeza y el tallo de HA también se pueden detectar mediante ensayos de unión viral y entrada. En comparación con los virus de tipo salvaje, los experimentos de neutralización de pseudovirus tienen valores de detección más sensibles, se pueden manejar de manera segura en un laboratorio de bioseguridad de Nivel 2 y, en general, son más fáciles de operar en la práctica.
Este protocolo presenta en detalle los procedimientos y pasos críticos de las preparaciones de pseudovirus H5 HPAI y los ensayos de PN. Además, se analiza la solución de problemas, la limitación y las modificaciones de estos ensayos. En este estudio, se utilizó como ejemplo la cepa A/Thailand/1(KAN)-1/2004(TH) de los virus H5N1 HPAI. Para obtener los sueros inmunes utilizados en los ensayos, este protocolo seleccionó la proteína HA procedente de la cepa TH como inmunógeno para inmunizar ratones.
Todas las operaciones experimentales relacionadas con pseudovirus se realizaron bajo la condición ABSL2 en el Instituto Pasteur de la Academia China de Ciencias de Shanghai (IPS, CAS). Los experimentos con animales se realizaron con base en los protocolos animales aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de IPS, CAS.
1. Envasado de pseudovirus con transfección de fosfato de calcio
2. Detección de la expresión de la proteína HA, NA y VIH-1 p24 del pseudovirus de la gripe
3. Titulación de pseudovirus
4. Preparación de sueros inmunes
NOTA: El suero inmune se utilizará para experimentos relacionados con células, y la operación experimental debe llevarse a cabo en condiciones asépticas.
5. Ensayo de neutralización de pseudovirus (PN)
6. Ensayo de unión de pseudovirus
7. Evaluación de la entrada viral
Expresión de la proteína HA, NA y VIH-1 p24 del pseudovirus de la gripe
Para identificar la eficiencia del empaquetado viral, las existencias de pseudovirus de la influenza se detectaron primero mediante el ensayo de AH (Figura 2A). Las unidades de AH por mililitro de pseudovirus de influenza son 643 (Tabla 3). Se utilizó el ensayo Western blot y los ensayos ELISA sándwich para probar la expresión de la proteína p24 de HA, NA y VIH-1. Luego se calcularon las proporciones de la unidad HA y la cantidad de gag p24 para pseudovirus. Los resultados del ensayo de Western blot mostraron que había 4 tipos de proteínas: proteínas HA0, HA1, HA2 y NA (Figura complementaria 2). Esto indica que las proteínas envolventes de los pseudovirus de la influenza son similares a las de los virus de tipo salvaje. Las razones de AH y Gag p24 estaban dentro de un rango normal según lo informado (Tabla 3)9.
| Cepas de pseudovirus | HAU/ml | 1.00E + 05 pg/mL | Relación de HAU/1.00E+05 pg* |
| P A/Tailandia/(KAN-1)/2004 | 642,52 ± 30,26 | 4,20 ± 0,17 | 152.98 |
| *Las proporciones de las unidades de AH y la cantidad de VIH-1 Gag p24 en pseudovirus se calcularon de la siguiente manera: unidades de HA/la cantidad de Gag p24. |
Tabla 3: Cuantificación del pseudovirus H5.
Titulación de pseudovirus
Para medir la concentración de partículas virales funcionales, se detectó actividad relativa de luciferasa (RLA) del pseudovirus. Las lecturas de RLA dependen de muchas variables. Para identificar el efecto de la cantidad de células transducidas en las lecturas de RLA, sembramos las células de 1250, 2500, 5000, 10000, 20000 y 40000 por pocillo de placa de 96 pocillos (Figura 2). Los resultados mostraron que las lecturas de RLA de pseudovirus son las más altas, y el error estándar de media es el más bajo cuando se siembran 5000 células en un pocillo de placa de 96 pocillos (Figura 4A). Para identificar el efecto del tiempo de incubación, las lecturas de RLA se detectan a las 48 h, 60 h y 72 h después de la infección por el virus. Los resultados mostraron que cuando se incuban durante 60 h, las lecturas de RLA del pseudovirus son más altas en valores y mejores en repetibilidad con bajo error estándar de la media (Figura 4B). Los resultados indican que es adecuado para sembrar 5000 células en un pocillo de una placa de 96 pocillos y detectar lecturas de RLA 60 h después de la infección por virus.
Ensayos de PN
Los títulos de neutralización de sueros inmunes del grupo control y del grupo DDV se midieron mediante ensayos de PN (Figura 5). Como se muestra en la Figura 5A, los sueros inmunes del grupo DDV exhibieron altos títulos de neutralización contra la cepa del pseudovirus A/Thailand/1(KAN)-1/04. En contraste, los sueros del grupo control no exhibieron ninguna actividad de neutralización (Figura 5B). En comparación con los ensayos serológicos tradicionales (ensayos HI y MN), los ensayos de NP son más sensibles (no se muestran datos).
Ensayo de neutralización de accesorios
Algunos anticuerpos de neutralización pueden dificultar la unión de los virus a los receptores de ácido siálico. Estos anticuerpos se dirigen a la cabeza de HA y son predominantes después de la inmunización mediante vacuna comercial o infección por el virus de la gripe. Para identificar la actividad neutralizante de estos anticuerpos, se realizan ensayos de neutralización de unión (Figura 3). En comparación con los sueros de control, la actividad neutralizante de los sueros inmunes es potente, lo que indica que hay muchos anticuerpos dirigidos a la cabeza de HA en los sueros inmunes (Figura 6A).
Evaluación de la entrada viral
Este ensayo se utiliza para identificar anticuerpos que dificultan la fusión de la envoltura del virus y las membranas endosomales durante la infección por el virus de la influenza. Estos anticuerpos se dirigen al dominio del tallo HA y comúnmente son menos potentes. Para medir los títulos de neutralización de estos anticuerpos, se realizan ensayos posteriores a la unión (Figura 3). Existen diferencias significativas entre los sueros inmunes y los sueros control, lo que indica que hay anticuerpos dirigidos a la región madre HA en los sueros inmunes (Figura 6B).

Figura 1: Diagrama de flujo de transfección mediada por calcio. Este diagrama de flujo se utiliza para describir los principales procedimientos de transfección mediada por calcio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Cuantificación y titulación del pseudovirus. (A) Diagrama de flujo del ensayo de HA de pseudovirus que describe los pasos principales del ensayo de HA de pseudovirus. (B) Diagrama de flujo del ensayo de pseudovirus P24 que describe los pasos principales del ensayo de pseudovirus P24. (C) Diagrama de flujo del ensayo de titulación de pseudovirus que describe los pasos principales del ensayo de titulación de pseudovirus. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Ensayos de neutralización basados en pseudovirus. (A) Diagrama de flujo del ensayo de PN que describe los pasos principales del ensayo de PN. (B) Diagrama de flujo del ensayo de unión de pseudovirus que describe los pasos principales del ensayo de apego. (C) Diagrama de flujo de evaluación del ensayo de entrada viral que describe los pasos principales del ensayo de entrada viral. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Titulación de pseudovirus. (A) Diferentes cantidades de células por pocillo en una placa de 96 pocillos influyen en las lecturas de RLA. Se sembraron 1250, 2500, 5000, 10000, 20000 y 40000 células en una placa de 96 pocillos. (B) El tiempo de cosecha diferente influye en las lecturas de RLA. Las lecturas de RLA se detectan a las 48 h, 60 h y 72 h después de la infección por el virus. Los datos recopilados de tres experimentos independientes se presentan como media ± SEM; las barras de error representan el error estándar de la media (SEM). Se realizó ANOVA unidireccional con prueba de Tukey. P < 0,0001; ns, no significativo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Respuestas de anticuerpos neutralizantes H5 detectadas con pseudovirus. (A) Titulación de las respuestas de anticuerpos neutralizantes de los sueros inmunes del grupo DDV. (B) Titulación de las respuestas de anticuerpos neutralizantes de los sueros inmunes del grupo control. El IC 50 se define como las diluciones recíprocas del anticuerpo neutralizante que puede inhibir el50 % del pseudovirus. Los datos recopilados de tres experimentos independientes se presentan como media ± SEM; las barras de error representan el error estándar de la media (SEM). El pseudovirus VSVG se utilizó como control negativo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Detección de la potencia de anticuerpos de neutralización mediante ensayos de unión y entrada viral. (A) Los sueros inmunes del grupo DDV, no los del grupo control, inhiben la unión viral a las células. (B) Los sueros inmunes del grupo DDV, no los del grupo de control, inhiben parcialmente la infección viral posterior al apego. Los datos recopilados de tres experimentos independientes se presentan como media ± SEM; las barras de error representan el error estándar de la media (SEM). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Composición media DMEM completa | Concentración |
| Medio Águila Modificada de Dulbecco (DMEM) | 1x |
| Suero bovino fetal | 10% |
| Penicilina(1 U/ml)/estreptomicina | 1 μg/ ml |
Tabla 1: Composición media DMEM completa.
| Materiales | Concentración | Volumen |
| 2x HEPES (pH 7.1) | -- | 675,0 μL |
| CaCl 2 (2,5 m) | -- | 67,5 μL |
| ddH2O | -- | 529,2 μL |
| pCMV Δ 8.9 | 1000 ng/μL | 18,9 μL |
| pCMV/R-HA | 100 ng/μL | 27,0 μL |
| pCMV/R-NA | 50 ng/μL | 13,5 μL |
| pHR-Luc | 1000 ng/μL | 18,9 μL |
Tabla 2: Sistema de empaquetado de pseudovirus.
Figura complementaria 1: Diagrama de flujo de la inmunización del ratón. Este diagrama de flujo describe los principales procedimientos de inmunización del ratón. Los sueros inmunes se utilizaron como muestras. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 2: Expresión de la proteína HA, NA y VIH-1 p24 del pseudovirus de la gripe. Western blot de proteínas pseudovirus. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Los autores no tienen nada que revelar.
Aquí describimos un protocolo para el empaquetado de pseudovirus y la medición de la actividad neutralizante de anticuerpos.
Este trabajo fue apoyado por las becas de investigación del Proyecto de Desarrollo de Capacidades de Innovación de la provincia de Jiangsu (BM2020019), el Proyecto Científico y Tecnológico de Shenzhen (No. JSGG20200225150702770), el Programa de Investigación Estratégica Prioritaria de la Academia China de Ciencias (XDB29030103), el Proyecto Científico y Tecnológico de Guangdong (No. 2020B1111340076) y el Programa de Investigación Abierta del Laboratorio de la Bahía de Shenzhen (No. SZBL202002271003).
| Reactivo al 1% Biocanal de eritrocitos de Chiken | BC-RBC-C001 | Placas | |
| cultivo celular de 96 pocillos (fondo plano) | Material consumible | de167008 | Thermo fisher scientific |
| Placas de cultivo celular de 96 pocillos (fondo redondo) | Materialconsumible | Thermo fisher scientific | 163320 |
| Reja Allegra X-15R | Beckman - | Equipo / Centrífuga | |
| BD Jeringas de insulina | BD | 324910 | material consumible |
| Cloruro de calcio anhidro | AMRESCO | 1B1110-500G | Reactivo |
| cloroquina difosfato | Selleck | S4157 | Reactivo |
| Dulbecco' s Medio de águila modificado (DMEM) | Gibco | 12100-046 | Reactivo |
| Suero fetal bovino | Gibco | 16000-044 | Reactivo |
| HEK293FT | Gibco | R700-07 | Línea celular |
| HEPES FREE ACID | AMRESCO | 0511-250G | Reactivo |
| VIH-1 p24 ELISA | Antígeno ZeptoMetrix | 801111 | Kit de reactivos |
| Sistema de ensayo de luciferasa Congelador Pack | Promega | E4530 | Kit de reactivos |
| MDCK.1 | ATCC | CRL-2935 | Tubo |
| de microcentrífuga para líneas celulares 1,5 mL | Materialconsumible | Thermo fisher scientific | 509-GRD-Q |
| Tubos de centrífuga cónicos Nunc 15 mL | Materialconsumible | Thermo fisher scientific | 339650 | Tubos
| centrífuga cónicos Nunc 50 mL | Thermo fisher scientific | 339652 | material consumible |
| Nunc EasYFlask 75 cm2 | Thermo fisher scientific | 156499 material consumible | |
| Penicilina-Estreptomicina | Gibco | 15140-122 | Puntas | de
| (10 μ L) | Puntas de pipeta dematerial consumible | Thermo fisher scientific | TF102-10-Q |
| (100 μ L) | Thermo fisher scientific | TF113-100-Q | material consumible |
| Puntas de pipeta (1000 μ L) | Materialconsumible | Thermo fisher scientific | TF112-1000-Q |
| Pipetas serológicas (5 mL) | Materialconsumible | Thermo fisher scientific | 170355N |
| Pipetas serológicas (10 mL) | Materialconsumible | Thermo fisher scientific | 170356N |
| Tripsina/EDTA | Gibco | 25200-072 | Reactivo |
| Varioskan Flash | Thermo fisher scientific | -- | Equipo/Lector de microplacas |
| Incubadora de camisa de agua | Thermo fisher scientific | 3111 | Equipo/Incubadora |
| células Pentobarbital sal sódica | Sigma | 57-33-0 | Reactivo |