אנו מציגים פרוטוקול מבחנה אופטימלי לייצור חלקיקים דמויי נגיף SARS-CoV-2 המחקים באופן הדוק את הנגיף האותנטי. גישה זו מאפשרת לחקור מנגנוני זיהום, הרכבה ויציאה של זיהום נגיפי ללא האילוצים של דרישת מעבדת בטיחות ביולוגית ברמה 3.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
אנו מציגים פרוטוקול מבחנה אופטימלי לייצור חלקיקים דמויי נגיף SARS-CoV-2 המחקים באופן הדוק את הנגיף האותנטי. גישה זו מאפשרת לחקור מנגנוני זיהום, הרכבה ויציאה של זיהום נגיפי ללא האילוצים של דרישת מעבדת בטיחות ביולוגית ברמה 3.
שיטת החלקיקים דמויי הנגיף (SC2-VLP) של תסמונת נשימתית חריפה חמורה - נגיף קורונה 2 (SARS-CoV-2) מציעה כלי רב עוצמה ונגיש לחקר מחזור החיים של SARS-CoV-2 ללא צורך במעבדות בטיחות ביולוגית ברמה 3 (BSL-3). מערכת זו מחקה ביעילות שלבים קריטיים במחזור החיים הנגיפי, כולל הרכבה, אריזת גנום ויציאה, באמצעות מדווח לוציפראז המותך לאות T20 לזיהוי רגיש ומדויק של ייצור חלקיקים נגיפיים. SC2-VLPs נוצרים על ידי ביטוי משותף של חלבונים מבניים של SARS-CoV-2, כולל ממברנה (M), נוקלאוקפסיד (N), מעטפת (E) וספייק (S), יחד עם אות אריזת ה-RNA בתאי HEK-293T. בניגוד למערכות חלקיקים מסורתיות דמויות נגיף, שיטת SC2-VLP מבטיחה כימות מדויק ונאמנות רבה יותר למחזור החיים הנגיפי הטבעי. יתר על כן, בהשוואה לשיטות פסאודו-טיפוס לנטי-ויראליות, המוגבלות לחקר כניסה ויראלית באמצעות שילוב של חלבון S בחלקיקים לנטי-ויראליים מבוססי HIV, מערכת SC2-VLP מספקת פלטפורמה מקיפה יותר לחקר שלבים מרובים של ביולוגיה של SARS-CoV-2. בעוד ששיטה זו עוקפת את הסיכונים בטיפול בנגיף חי ומרחיבה את הנגישות. שיטת SC2-VLP מייצגת התקדמות משמעותית במחקר אנטי-ויראלי ובפיתוח אסטרטגיות טיפוליות נגד SARS-CoV-2.
מגיפת COVID-19 התגלתה כאחד ממשברי הבריאות העולמיים ההרסניים ביותר בהיסטוריה המודרנית, וכתוצאה מכך מיליוני מקרי מוות ברחבי העולם1. הנגיף האחראי, SARS-CoV-2, עוקב אחר מחזור חיים מורכב הכולל שלבי מפתח כגון זיהום, שכפול גנום, הרכבה ויציאה. תהליך ההדבקה מתחיל כאשר חלבון הספייק הנגיפי (S) נקשר לקולטן התא המארח, אנזים הממיר אנגיוטנסין 2 (ACE2), מה שמקל על שחרור הגנום הנגיפי לתא המארח 2,3. לאחר מכן, ה-RNA פולימראז התלוי ב-RNA הנגיפי (RdRp) מזרז את השכפול של ה-RNA הגנומי. RNA זה, בקומפלקס עם חלבון הנוקלאוקפסיד (N), יוצר מבנה יציב המזוהה על ידי חלבון הממברנה (M). חלבון M ממלא תפקיד מרכזי בהרכבה הנגיפית על ידי גיוס קומפלקס ה-RNA-N, S, וחלבון המעטפת (E)4,5. לאחר ההרכבה, הוויריון משלים את יציאתו דרך נתיב סחר לא קנוני בתיווך ליזוזום6.
בתגובה למגפה גויסו משאבים גלובליים משמעותיים לפיתוח חיסונים, נוגדנים מנטרלים ותרופות אנטי-ויראליות. הערכת התערבויות אלה הייתה חיונית לקידום מחקר SARS-CoV-27. עם זאת, חקר הנגיף החי מציב אתגרים לוגיסטיים משמעותיים, שכן ניסויים הכוללים את הנגיף חייבים להתבצע במעבדות ברמת בטיחות ביולוגית 3 (BSL-3). הזמינות המוגבלת של מתקני BSL-3 הגבילה את קצב המחקר שמטרתו להבין ולהילחם ב-SARS-CoV-2.
כדי להתמודד עם אתגרים אלה, שתי מערכות עיקריות - חלקיק דמוי וירוס (VLP) ופסאודוטיפ לנטי-ויראלי - אומצו באופן נרחב במחקר SARS-CoV-2, שניהם אינם דורשים הכלת BSL-38. מערכת ה-VLP כוללת טרנספקציה משותפת של תאים עם גנים המקודדים חלבונים מבניים ויראליים, כולל M, S, E ו-N, המייצרים יחד חלקיקים דמויי נגיף. חלקיקים אלה מחקים את התכונות המבניות והתפקודיות של הנגיף, מה שהופך אותם לכלי רב ערך לחקר תהליכי מפתח במחזור החיים של SARS-CoV-2, ואפילו לאנטיגן יעיל לפיתוח חיסון 9,10,11.
לעומת זאת, מערכת הפסאודוטיפ של לנטי-ויראלי כוללת החלפת חלבון G של נגיף הסטומטיטיס השלפוחית (VSV) ב-lentivirus בחלבון SARS-CoV-2 S, המאפשר ייצור של חלקיקים לנטי-ויראלים שיכולים לשלב גנים מדווחים כגון לוציפראז או GFP. מערכת זו שימושית במיוחד לחקירת נוגדנים מנטרלים החוסמים את אינטראקציית S-ACE212. עם זאת, פסאודוטיפ לנטי-ויראלי אינו משקף הרכבה או יציאה של נגיף SARS-CoV-2 עקב השימוש בחלבונים מבניים של HIV, המתווכים שחרור חלקיקים בקרום הפלזמה.
כדי להתגבר על מגבלות אלה, סייד ועמיתיו זיהו לאחרונה את אות האריזה של SARS-CoV-2 בתוך גנום ה-RNA שלו, מה שמדגים את הספציפיות של חלבון ה-N לזיהוי גנום ויראלי13. על ידי מיזוג אות האריזה הזה לגנים המדווחים, ניתן לשלב ביעילות את הגנים הללו בחלקיקים דמויי נגיף SARS-CoV-2 (SC2-VLPs)13. אסטרטגיה זו לא רק משכפלת את תהליכי ההרכבה והיציאה של SARS-CoV-2 אלא גם מאפשרת מדידה רגישה של שלבי ההדבקה. במחקר זה, אנו מציגים את המתודולוגיה הניסיונית לשימוש במערכת SC2-VLP ומדגישים שיקולים מרכזיים לביצוע גישה זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. יצירת SC2-VLPs
2. בחינת יעילות SC2-VLP
הערה: קו התאים HEK-293T המבטא ביציבות ACE2 ו-TMPRSS2 הוקם באמצעות גישת התמרה לנטי-ויראלית14,15. ביטוי חלבון הן של ACE2 והן של TMPRSS2 אושר על ידי ניתוח כתמים מערביים, בעקבות פרוטוקול דומה לזה שתואר בשלב 3 (ניתוח הרכב SC2-VLP).
3. בחינת הרכב SC2-VLP
4. ניתוח לוקליזציה תת-תאית של S והמוטציות שלו בתאים המייצרים SC2-VLP
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלבי היציאה וההרכבה של מחזור החיים של SARS-CoV-2 נחקרו פחות משלבי ההדבקה והשכפול17,18. לפני פיתוח שיטת SC2-VLP, ניתן היה לחקור תהליכים אלה רק באמצעות SARS-CoV-2 חי, מה שהגביל את המחקר למעבדות BSL-313. זרימת העבודה SC2-VLP, המוצגת באיור 1, מתארת את פרוטוקול הניסוי וממחישה את התהליכים המעורבים בשלבים אלה של מחזור החיים של SARS-CoV-2. בגישה זו, פלסמידים המקודדים את החלבונים המבניים של SARS-CoV-2 (M, E, S ו-N) ואו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטה פשוטה ויעילה למידול מחזור החיים של SARS-CoV-2 במערכות תרבית תאים, ללא האילוצים של מעבדות BSL-3, מייצגת התקדמות מרכזית למחקר נגד SARS-CoV-2. שיטת SC2-VLP עונה על צורך זה, ומציעה פלטפורמה חזקה ונגישה. במחקר זה, אנו מספקים פרוטוקול מפורט לשיטת SC2-VLP, המתאר שלבים ניסיוניים קריטיים לייצור SC2-VLPs. בנוסף, אנו מדגישים את הרבגוניות והיישומים הפוטנציאליים שלו בקידום ההבנה שלנו בביולוגיה של SARS-CoV-2 והקלה על פיתוח אסטרטגיות אנטי-ויראליות.
שיטות מסורתיות של SAR...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית קרן הסטארט-אפ באוניברסיטת בייג'ינג לרפואה סינית (BUCM) (90011451310011). אנו מביעים את תודתנו לכל חברי מעבדת ד"ר מא ב-BUCM על הדיון והסיוע שלא יסולא בפז בניסויים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| סרום בקר אלבומין (BSA) | טכנולוגיית איתות תאים | 9998S | |
| מיקרוסקופ סריקת לייזר קונפוקלי | אולימפוס | FV3000 | |
| DMEM | קורנינג | 10-013-CV | |
| סרום בקר עוברי (FBS) | Thermofisher | A5670402 | |
| עז נגד עכבר IgG H& L (Alexa Fluor 488) נוגדן | Invitrogen | A11001 | יחס דילול: IF 1:1000 |
| עז נגד ארנב IgG H& יחס דילול L (Alexa Fluor 594) Abcam | ab150080 | : IF 1:1000 | |
| קו תאים HEK-293T | תשתית לאומית של משאבי קו תאים (NICR) | NICR-293T-001 | כדי להבטיח יעילות טרנספקציה גבוהה וייצור אופטימלי של SC2-VLP, יש לשמור על תאי HEK-293T במספרי מעבר נמוכים (≤ עמ' 10). |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | H1399 | ריכוז עבודה: 2.5 μ g/mL |
| Luciferase Reporter Assay System | Promega | E1500 | |
| Luc-T20 | Addgene | 177941 | |
| עכבר חד-שבטי אנטי-GAPDH | Proteintech | 60004-1-Ig | יחס דילול: WB 1:20,000 |
| עכבר חד-שבטי אנטי-S RBD | אבקלונלי | A23771 | יחס דילול: IF 1:200 |
| OptiMEM | Thermofisher | 31985070 | מדיום נטול סרום להעברה |
| PEG3350 | סיגמא-אולדריץ' | P3635 | |
| PEG8000 | סיגמא-אולדריץ' | P2139 | |
| פניצילין-סטרפטומיצין | תרמופישר | 15140122 | |
| פוליאתילן (PEI) | Thermofisher | 43896.01 | |
| מאגר ליזה פסיבי של | פרומגה Promega | E1941 | |
| יחס דילול ארנב פוליקלונלי אנטי-ACE2 | Proteintech | 21115-1-AP | : WB 1:1000 |
| ארנב פוליקלונלי אנטי-ERGIC53 | Proteintech | 13364-1-AP | : IF 1:200 |
| ארנב פוליקלונלי אנטי-GM130 | Proteintech | 11308-1-AP | יחס דילול: IF 1:200 |
| ארנב פוליקלונלי אנטי-S | Abcam | ab272504 | יחס דילול: WB 1:1000 |
| ארנב פוליקלונלי אנטי-Sec61β | Proteintech | 15087-1-AP | : IF 1:200 |
| ארנב פוליקלונלי אנטי-TMPRSS2 | Abcam | ab109131 | : WB 1:1000 |
| SARS-CoV-2 M-IRES-E פלסמיד | Addgene | 177938 | |
| SARS-CoV-2 N פלסמיד | Addgene | 177959 | |
| SARS-CoV-2 Nucleoprotein Rabbit mAb | Abclonal | A21042 | WB 1:4000 |
| SARS-CoV-2 S פלסמיד | Addgene | 177960 | |
| נוגדן משני, HRP, עיזים נגד עכבר IgG (H+L) | Invitrogen | 31460 | : WB 1:5000 |
| נוגדן משני, HRP, עיזים נגד ארנב IgG (H+L) | Invitrogen | 31430 | : WB 1:5000 |
| SpectraMax i3x קורא צלחות | התקנים מולקולריים | SpectraMax i3x |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.