מאמר זה מציג שיטה מבוססת ביטוי לוציפראז בתפוקה גבוהה לטיטרציה של נגיפי RNA ו-DNA שונים באמצעות מטפלים אוטומטיים וידניים בנוזלים.
מאמר שיטה
מאמר זה מציג שיטה מבוססת ביטוי לוציפראז בתפוקה גבוהה לטיטרציה של נגיפי RNA ו-DNA שונים באמצעות מטפלים אוטומטיים וידניים בנוזלים.
בדיקות פלאק סטנדרטיות לקביעת טיטרים נגיפיים זיהומיים יכולות לגזול זמן, אינן ניתנות לכמות גדולה של דגימות, ולא ניתן לבצע אותן עם וירוסים שאינם יוצרים פלאק. כחלופה לבדיקות פלאק, פיתחנו שיטת טיטרציה בתפוקה גבוהה המאפשרת טיטרציה בו-זמנית של נפח גבוה של דגימות ביום אחד. גישה זו כוללת הדבקה של הדגימות בנגיף המתויג לוציפראז גחלילית, העברת הדגימות הנגועות לקו תאים מתירני מתאים, הוספה לאחר מכן של לוציפרין, קריאת צלחות על מנת לקבל קריאות זוהר, ולבסוף המרה מלומינסנציה לטיטר ויראלי. ניתן לשלב בקלות את הערכת הציטוטוקסיות באמצעות צבע כדאיות מטבולית בזרימת העבודה במקביל ולספק מידע רב ערך בהקשר של מסך תרופות. טכניקה זו מספקת שיטה אמינה ובעלת תפוקה גבוהה לקביעת טיטרים נגיפיים כחלופה לבדיקת פלאק סטנדרטית.
בדיקות פלאק ויראליות קלאסיות ממשיכות להיות עמוד התווך בחקר הנגיפים למרות שהן עלולות לגזול זמן רב ולהוות צוואר בקבוק משמעותי להשגת תוצאות מניסויים. שיטות כימות עקיפות מהירות יותר של הנגיף הופיעו כולל תגובת שרשרת פולימראז כמותית (qPCR), ELISA וזרימהציטומטרית 1-4. חידושים אחרונים כמו מונה וירוסים Virocyt יכולים לספור ישירות וירוסים באמצעות טכנולוגיית מיון זרימה מתקדמת ובאמצעות שילוב של חלבון וצבעי DNA/RNA5. בעוד שכל השיטות הללו ללא ספק האיצו את קצב מחקר הנגיפים, לכל שיטה יש את היתרונות והחסרונות שלה. לדוגמה, qPCR יכול לאפשר כימות של רצף גנום ויראלי ספציפי אך אינו יכול להבחין ביעילות בין נגיפים זיהומיים לוויריונים פגומים6. ELISA יכול להיות מאוד ספציפי אך דורש נוגדן מתאים כנגד החלבון הנגיפי הרצוי ויכול להיות יקר מאוד. בעוד שטכנולוגיית ציטומטריית זרימה מציעה יתרונות רבים והשתפרה משמעותית, תפוקה ונגישות לציוד מיוחד ביותר עדיין נותרו מכשול. חשוב לציין, כל הטכניקות הללו אינן מתאימות באופן אידיאלי לבדיקות סקר בתפוקה גבוהה, שעבורן יש חשיבות קריטית לדרישת הקלות והזמן של שלב כימות הנגיף.
כאן אנו מתארים טכניקה בעלת תפוקה גבוהה וניתנת לאוטומציה בקלות לטיטר וירוסים המבטאים טרנסגן של לוציפראז גחלילית (Fluc). שיטה זו מייצרת טיטרים נגיפיים משוערים בדגימת בדיקה המבוססת על קריאות אות זוהר באמצעות שימוש מקביל בעקומה סטנדרטית של כמויות ידועות של נגיף. דגימות המכילות כמויות לא ידועות של נגיף המבטא לוציפראז מועברות לקו תאים "פלאק" מתירני במקביל לעקומת דילול הנגיף הסטנדרטית וזוהר הקשור לנגיף נקרא לאחר מספר שעות זמן דגירה. זה מאפשר יצירת תוצאות מהירה, כמותית, לעתים קרובות באותו יום, בניגוד לפרוטוקולי בדיקת פלאק קלאסיים הדורשים בדרך כלל מספר ימי דגירה על מנת לספור ידנית את הפלאקיםהגלויים 7-9.
הפרוטוקול מתאר את השלבים של שיטת הטיטרציה שלנו באמצעות וירוס סטומטיטיס שלפוחית אונקוליטי המקודד טרנסגן Fluc (VSV∆51-Fluc) כדוגמה ומספק סקירה כללית של 1. הכנת מדגם 2. ציפוי קו תאים מתירני לטיטרציה של וירוסים באמצעות מתקן אוטומטי 3. הכנת העקומה הסטנדרטית הנגיפית 4. העברת הסופרנטנטים הדגימיים לקו התאים המתירני באמצעות פיפטור ידני בעל 96 בארות 5. הערכת ציטוטוקסיות הדגימה באמצעות מגיב כדאיות תאים 6. הכנת מצע הלוציפרין 7. קריאה של ביולומינסנציה ו 8. ניתוח נתונים.
הכנת .1 לדוגמא
.2 הכנת תאים מתירנית לכותרות וירוס
.3 הכנת עקומת סטנדרט ויראלי
.4 העברת Supernatants לדוגמא על תאים מתירנית
.5 הערכה של כדאיויות תא
.6 הכנת מצע Luciferin
.7 קריאת פליטת אור
ניתוח .8 נתונים
סיכום של העבודה המתארת את שיטת התפוקה הגבוהה מתואר באיור 1. איור 2 מראה את התוצאות של עקומת סטנדרט טיפוסית ofVSVΔ51-Fluc. ארבעה פרמטר ניתוח רגרסיה שאינו ליניארי שנוצר עלילת היל שממנו pfu קלט לא ידועים (הערכה של כייל נגיף) יכולים להיות באינטרפולציה. ההערכה היא titers אלה מכונים יחידות ביטוי נגיפיות (VEU). איור 3 א מציג VEUs וtiters מתקבלים על ידי ביצוע assay פלאק סטנדרטי עם אותו הדגימות 10. דגימות שמקורם ניסוי שבו כימיקלים שונים המשמשים כדי לשפר את השכפול ואת ההתפשטות של VSVΔ51-Fluc ב786-0 תאים. VEUs אינטרפולציה מהעקומה סטנדרטית יש להכפיל בפקטור המבוסס על הדילול של supernatants המדגם מועבר לתאי Vero (במקרה זה, גורם לדילול הוא 5). קשר לינארי בין titers וVEU מוצג באיור 3 ב עם ציון r של פירסון של .899 (p <0.0001) R 2 של .8083 ו. באיור 4, נתונים cytotoxicity התא טיפוסיים המתקבלים מassay חילוף חומרים מוצגים ל786-0 תאים שטופלו בכימיקלים לפני הדבקה עם VSVΔ51-Fluc. לבסוף, איור 5 מראה עקומות טיפוסיות סטנדרטית שהושגו עם וירוסים שונים (וירוס הרפס סימפלקס (HSV), וירוס Vaccinia, וAdeno הקשורים וירוס (AAV), כל לוציפראז Firefly להביע) ומתאר פעמים דגירה ולהקפיא להפשיר מחזורים, כנדרש.

איור 1 זרימת עבודה של titering תפוקה גבוהה וירוס וassay cytotoxicity באמצעות VSV Δ 51-Fluc. (א) זרעים 2.5 x 10 4 תאי Vero לכל טוב (100 μl) ו לדגור על 37 ° C. (B) 24ההעברה מאוחר יותר לשעה 25 μl של עקומת סטנדרט לתאי Vero (2 עמודים לכל צלחת). העברה (C) 25 μl של דגימות להיות titered על תאי Vero שנותרו. הצלחות וצנטריפוגה לדגור על 37 מעלות צלזיוס. (ד) בסכום השווה ל10% מהנפח בבאר, להוסיף מגיב resazurin לצלחת המכילה את הדגימות המקוריות. דגירה צלחות על 37 מעלות צלזיוס. (E) לאחר 3 שעות, לקרוא וקרינת שיא ולהעריך רעילה. (F) אחרי 5 שעות, להוסיף 25 μl של פתרון 2 מ"ג / מ"ל של וציפרין היטב בכל תאי Vero. קראו הארה ולחשב יחידות ביטוי ויראלי.

איור 2 צפוי עקומה סטנדרטית של VSV Δ 51-Fluc. ביטוי לוציפראז- היה ליasured 5 העברת ההודעה supernatant שעה בחמש נקודות שונות בתוך גם באמצעות luminometer ופליטת האור באה לידי הביטוי בממוצע יחידות יחסי אור (RLU). אומר RLU היה להתוות נגד קלט ידוע pfu / מ"ל כדי לפתור את רגרסיה שאינה ליניארי וליצור משוואת היל. הממוצע של שתי עקומות לשכפל וברים שגיאה סטנדרטיים מוצג (r 2 = .9993).

איור 3 השוואה בין titers assay פלאק הסטנדרטי עם אלו המתקבלות בשיטת תפוקה גבוהה. () Titers ויראלי בpfu / מתקבל על ידי assay פלאק הסטנדרטי על תאי Vero הושוו עם titers מחושב נגיפי (VEU / מ"ל) מאותו הדגימות titered באמצעות assay לוציפראז תפוקה הגבוהה. (ב) קשר לינארי בין מ"ל VEU / מ"ל וכייל להשיג באמצעות p הסטנדרטיassay laque. עקומת רגרסיה ליניארית ומקדם של נחישות (R 2) מוצגים.

איור 4 דוגמא כדאיות. כדאיות לדוגמא לפני העברת supernatant על תאי Vero נקבעה על ידי הערכת פעילות המטבולית סלולרית באמצעות פתרון resazurin זמין מסחרי. ערכי הקרינה גלם היו מנורמלים לזה של בארות שלא טופלו, נגוע.

איור 5 צפוי עקומות סטנדרטיים עם HSV, Vaccinia, ווירוסים AAV. ביטוי לוציפראז- נמדד בחמש נקודות שונות בתוך גם באמצעות luminometer ופליטת האור באה לידי ביטוי ברלה הממוצעתיחידות אור מופרזות (RLU). () העקומה סטנדרטית HSV נוספה על תאי Vero מצופה 24 שעות קודם לכן בצפיפות של 2.5 x 10 4 תאים לכל טוב (100 μl) ומדידת לוציפראז נעשתה העברת ההודעה supernantant 17 שעה (R 2 = .9489, N = 1). משוואת היל נוצרה על ידי פתרון רגרסיה שאינה ליניארי. העקומה סטנדרטית (B) Vaccinia נוספה על תאי Vero מצופה 24 שעות קודם לכן צפיפות של 2.5 x 10 4 תאים לכל טוב (100 μl) וטופחו במשך 2.5 שעה על 37 מעלות C, לאחר שמדידות לוציפראז נלקחו (R 2 = .9892). משוואה ליניארית נוצרה על ידי הפתרון לרגרסיה ליניארית. (C) AAV עקומה סטנדרטית נוספה על תאים אנושיים קרצינומה של ריאה (A549) מצופה 24 שעות קודם לכן בצפיפות של 2.5 x 10 4 תאים לכל טוב (100 μl) ומדידת לוציפראז נעשה 24 הודעה שעה זיהום. משוואת היל נוצרה על ידי פתרון רגרסיה שאינה ליניארי. הממוצעשל חמש עקומות לשכפל וברים שגיאה סטנדרטיים מוצגים (R 2 = .9926).
הגישה מבוססת לוציפראז המתואר כאן מספקת מספר היתרונות על פני שיטות קיימות אחרות, כוללים קלות, זריזות, צורך ציוד מינימאלי, ועלות נמוכה יחסית. גורם עיקרי בזה הוא ההימנעות מצעד דילול סדרתי. יחד עם זאת, נגזרים מבוססי דילול סדרתי של פרוטוקול זה בהחלט אפשריים והיו בשימוש לאחרונה להעריך titers אבולה להביע לוציפראז במסך אנטי תפוקה גבוהה 11. בעוד מטבעו זמן רב יותר ויקר יותר, עיבודים כזה עשויים לספק טווח דינמי גדול יותר לכימות נגיפית בעת צורך. בנוסף להיות גם מתאים במיוחד להערכת titers ויראלי בהקשר של מסכי תפוקה גבוהה, השיטה הנגיפית הכימות מבוסס לוציפראז צעד אחד שלנו יוצרת הערכות מדויקות של virions זיהומיות במקרה של שכפול וירוסים. יתר על כן, מונה המציין הארה, יחד עם נתונים רעילים מאותו הניסוי לתת יותרתמונה של ההשפעה של תנאי ניסוי על תאי יעד מלא, וזה שימושי במיוחד בהקשר של וירוסי oncolytic ומסכי סמים.
הדוגמא מאוירת כאן משתמשת וירוס RNA משכפלים שלילי גדיל בודד; עם זאת, פרוטוקול זה יכול להיות מותאם למספר משכפלים ולא משכפלים את וירוסים עם כמה התאמות פרוטוקול קטין. זה כולל וירוסי DNA כגון Vaccinia, HSV, וAAV (ראה איור 5). דגימות נגועות בוירוסים תאיים, כגון וירוס Vaccinia למשל, דורשות צעד שחרור וירוס לפני כימות (למשל, מחזור ההפשרה הקפאה לפחות אחד). כאשר מיישם את הטכניקה הזאת לוירוסים אחרים, יש צורך לייעל את זמן דגירה מהעברת supernatant או lysate הנגיפיים לקריאה של הצלחות על ידי luminometer. פרמטר זה יהיה תלוי בעיקר במחזור השכפול של הנגיף בתא הקו מתירני ואת כוחו של עמ 'romoter נהיגה ביטוי בלוציפראז. זה נעשה הכי טוב על ידי שימוש בעקומה סטנדרטית המלאה בצעד אופטימיזציה. כדי לעשות זאת, יש להדביק את שורת התאים מתירנית המתאימה עם משכפל שונים של העקומה סטנדרטית מוכנה ולקרוא כל לשכפל בכל פעם שונה מצביע הודעה העברה. באופן אידיאלי, נקודת זמן דגירה נבחרה שמובילה לקשר לינארי בין LOG (RLU) וLOG (כייל) פורש מגוון כייל המדגם הצפוי. לVSVΔ51-Fluc, זה בדרך כלל מ10 4 pfu / מ"ל -10 7 pfu / מ"ל לזמן דגירה 5 שעות. אם titers נמוך יותר או גבוה יותר צפויים מדגימות, אפשר פשוט להגדיל או להקטין את זמן הדגירה בהתאמה. לחלופין, דגימות עשויות להיות מדוללים ליפול בטווח הרבה כפי שנעשה בדרך כלל עבור ELISA.
כפי שצוין לעיל, שיטה זו מתאימה גם לביצוע מסכי תרופת תפוקה גבוהה באמצעות ספריות סמים כמו רוב הצעדים יכולים להיות אוטומטיים. יכולים להיות מצופים תאים דוארfficiently באמצעות מתקן microplate אוטומטי, ספריית התרופה ניתן להוסיף באמצעות מטפל נוזלי 96 ערוצים, ניתן להוסיף וירוס באמצעות מתקן microplate וצלחות לקרוא באמצעות luminometer אוטומטי. בתאוריה, זה יכול גם להיות מותאם ל384 גם או פורמטים קטנים יותר; עם זאת, ההגבלה לשם כך הוא מספר התאים שיכולים להיות מצופה, תאים פחות נתונה מובילה למגוון צר יותר בליניאריות של LOG (RLU) לLOG מערכת יחסים (כייל). לבסוף, הערכה של כדאיות תא באמצעות resazurin או צבעים מטבולים אחרים ניתן לשלב בקלות בזרימת העבודה, המאפשר לאפליה של תרכובות רעילות לתאים במסכים אנטי או זיהוי של תרכובות שהובילו להרג סינרגיסטי בשילוב עם וירוסים 12. עם זאת, מגבלות של שיטה זו כוללות את הדרישה של וירוס transgene להביע לוציפראז, וזה לא תמיד אפשרי, ואת הזמינות של שורת תאים מספיק מתירנית. עם זאת, סביר להניח ניתן להתאיםהשיטה לשימוש עם גני כתב אחרים (למשל, GFP) בתנאים שיש שיטת כימות כתב ליניאריות מתאימה ויחס אות לרעש. בסך הכל, שיטת התפוקה גבוהה שתוארה יכולה להיות שונה כדי להתאים לוירוסים רבים ושונים ומותאם ליישומים מגוונים.
למחברים אין מה לחשוף.
ונסה גרסיה ממומנת על ידי מלגת המלכה אליזבת השנייה באונטריו לתואר שני במדע וטכנולוגיה וקורי באטנצ'וק על ידי מלגת מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Dulbeccos' Modified Eagle's Medium (DMEM) | Corning | SH30243.01 | |
| סרום בקר עוברי | NorthBio Inc. | NBSF-701 | |
| פוספט חוצץ מלח | קורנינג | 21-040-CV | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310-1 | הכן תמיסה של 1 מ"מ, pH 7.3 |
| alamarBlue | AbD Serotec | BUF012B | |
| D-Luciferin מלח אשלגן | ביוטיום | 10101-2 | |
| 96 בארות מוצק לבן שטוח פוליסטירן תחתון שטוח מטופל TC | קורנינג | 3917 | 384 בארות יכולות לשמש גם לתפוקה גבוהה יותר |
| Synergy Mx | BioTek | SMTBL | מונוכרומטור קורא מיקרו-פלטות |
| Liquidator96 | Mettler Toledo | LIQ-96-200 | מערכת פיפטינג ידנית 96 טיפים |
| Liquidator96 LTS טיפים מעוקרים עם פילטרים | Mettler Toledo | LQR-200F | כל טיפים מסוננים סטריליים התואמים לפיפטורים לבחירה מתאימים |
| Microflo | BioTek | 111-206-21 | משמש לצלחת תאים בצלחת 96 בארות |
| פלואורומטר פלואורומטר פלואורומטר פלואור 5210450 ומטר פלואורומטר פלואורומטר |