1. Transfekcja w celu odzyskania wirusa grypy
Wirus grypy A należy do rodziny Orthomyxoviridae otoczkowych wirusów RNA o ujemnej polarności nici. Genom wirusa grypy A składa się z ośmiu różnych genów RNA o ujemnej polarności, które kodują co najmniej 11 białek wirusowych (Rycina 1) 4. W niniejszym opracowaniu skupimy się na ratowaniu jednego z najczęstszych szczepów laboratoryjnych, grypy A/PR/8/34, 5 przy użyciu plazmidów ambisensownych (pDZ) zawierających 8 segmentów wirusowych grypy A/PR/8/34 (Rycina 2).
W celu odzyskania rekombinowanych wirusów grypy z plazmidowego DNA zalecamy przeprowadzenie 3 niezależnych transfekcji dla każdego rekombinowanego wirusa. W przypadku próby odzyskania więcej niż jednego rekombinowanego wirusa, należy odpowiednio przeskalować poniższe kroki zgodnie z liczbą wirusów przeznaczonych do odzyskania. Poniższy protokół transfekcji i infekcji opracowano dla płytek 6-dołkowych. Schematyczny przebieg protokołu przedstawiono na Ryc. 3.
- Mieszanina OptiMEM-Lipofectamine 2000 (LPF2000): Na jedną transfekcję przygotować 250 μl pożywki OptiMEM oraz 6-8 μl LPF2000. Inkubować przez 5-10 minut w temperaturze pokojowej (RT). W tym czasie przygotować mieszaninę do transfekcji plazmidowej.
- Mieszanina do transfekcji plazmidowej: Przygotować koktajl do transfekcji plazmidowej w 50 μl pożywki OptiMEM. Zazwyczaj stosujemy 1 μg każdego plazmidu DNA grypy na jedną próbę ratowania wirusa (rescue). Do probówki zawierającej 50 μl pożywki OptiMEM dodać po 1 μl plazmidów pDZ (w stężeniu 1 μg/μl) PB2, PB1, PA, HA, NP, NA, M oraz NS.
- Mieszanina OptiMEM-LPF2000-plazmid DNA: Dodać 250 μl z kroku 1.1 do mieszaniny do transfekcji plazmidów DNA grypy (krok 1.2). Inkubować tę mieszaninę przez 20-30 minut w RT. W tym czasie przygotować zawiesiny komórek 293T i MDCK do transfekcji.
- Przygotowanie kokultury 293T/MDCK: Przed rozpoczęciem doprowadzić PBS 1X, pożywkę DMEM 10%FBS 1% PS oraz mieszaninę EDTA-trypsyny do temperatury 37°C. W dniu transfekcji gęstość komórek powinna wynosić 80-90% konfluencji. Zazwyczaj jedna konfluentna szalka 100 mm komórek 293T i jedna konfluentna szalka 100 mm komórek MDCK wystarczają na 10-12 prób ratowania wirusa. Stosujemy 250 μl komórek na dołek. Obie linie komórkowe zostaną resuspendowane w łącznej objętości 3 ml DMEM 10%FBS 1%PS.
- Każdą linię komórkową ostrożnie resuspendować w 10 ml DMEM 10%FBS 1%PS w probówce wirówkowej 15 ml. Przygotować oddzielną probówkę dla komórek 293T i oddzielną dla komórek MDCK.
- Komórki 293T resuspendować w 3 ml DMEM 10%FBS 1%PS, a następnie przenieść te 3 ml do komórek MDCK, aby je resuspendować. W ten sposób powstanie mieszanina komórek 293T i MDCK do wykorzystania w kokulturze.
- Dodać 250 μl komórek 293T/MDCK na dołek (10-12 dołków w płytce 6-dołkowej).
- Po 20-30 minutach inkubacji w RT (krok 1.3), dodać 1 ml DMEM 10%FBS 1%PS do mieszaniny OptiMEM-LPF2000-plazmid DNA grypy.
- Dodać 1,3 ml (krok 1.5) do dołków zawierających 250 μl komórek 293T/MDCK (krok 1.4).
- Delikatnie potrząsnąć płytką 6-dołkową i inkubować transfekcję przez noc (ON) w inkubatorze w temperaturze 37°C i 5% CO2.
- Następnego dnia, około 16-24 godziny po transfekcji, wymienić pożywkę do transfekcji i inkubować transfekowane komórki w DMEM 0,3%BA 1%PS zawierającym 1 μg/ml TPCK-trypsyny przez 48 godzin.
- Po 48 godzinach od wymiany pożywki przenieść nadsącz z transfekowanych komórek do probówki do mikrowirówki.
- Wirować nadsącz z hodowli tkankowej w mikrowirówce przez 1-2 minuty przy 13 000 rpm.
- Zainfekować świeże komórki MDCK w płytkach 6-dołkowych (wysiane dzień wcześniej) lub 10-dniowe zarodki kurzych jaj 200 μl odwirowanego nadsączu z hodowli tkankowej z kroku 1.10. Inkubować komórki i/lub jaja w 37°C przez 2-3 dni.
- Infekcja 10-dniowych zarodków kurzych jaj: Wszystkie procedury infekcji zarodków kurzych jaj wykonuje się w warunkach sterylnych.
- Prześwietlić 10-dniowe jaja za pomocą lampy do prześwietlania, aby zobaczyć granicę między workiem powietrznym a jamą allantoiczną. Zaznaczyć granicę ołówkiem.
- Za pomocą igły strzykawki 5 ml wykonać otwór w skorupce jaja.
- Za pomocą strzykawki 1 ml zainfekować każde jajo 200 μl nadsączu z hodowli tkankowej z kroku 1.10.
- Zakryć otwór w skorupce jaja roztopionym woskiem za pomocą patyczka higienicznego.
- Inkubować zainfekowane jaja w 37οC przez 2-3 dni.
- Infekcja świeżych komórek MDCK: Dzień przed pasażowaniem nadsączu z hodowli tkankowej z kokultur 293T/MDCK, przygotować płytki 6-dołkowe z komórkami MDCK tak, aby następnego dnia osiągnęły 80-90% konfluencji. Zazwyczaj konfluentną płytkę tkankową 100 mm można podzielić na 6-8 dołków. Przemyć komórki dwukrotnie PBS 1X, trypsynizować i przygotować płytki 6-dołkowe. Delikatnie potrząsnąć płytkami ręcznie, aby uzyskać jednorodne rozłożenie komórek. Hodować komórki przez noc (ON) w inkubatorze 37°C, 5% CO2. Przed infekcją sprawdzić komórki pod mikroskopem w celu potwierdzenia obecności monowarstwy, a następnie przystąpić do infekcji:
- Przemyć komórki dwukrotnie 1 ml PBS 1X.
- Zainfekować 200 μl odwirowanego nadsączu z hodowli tkankowej przez 1 godzinę w RT. Nie dopuścić do wyschnięcia komórek. Kołysać płytką 6-dołkową co 10 minut.
- Po 1 godzinie adsorpcji wirusa usunąć pożywkę do infekcji z komórek MDCK i dodać 2 ml DMEM 0,3%BA 1%PS zawierającego 1 μg/ml TPCK-trypsyny.
- W czasie 48-72 godzin po pasażu, zależnie od wydajności transfekcji i ładunku wirusowego, w zainfekowanych komórkach MDCK zaobserwowany zostanie efekt cytopatyczny (CPE). CPE sugeruje pomyślne ratowanie wirusa. Należy jednak przeprowadzić test HA (sekcja 2), aby potwierdzić obecność wirusa w nadsączach z hodowli tkankowej.
- Zbiór płynu allantoicznego z zainfekowanych zarodków kurzych jaj: Wszystkie procedury zbioru płynu allantoicznego z zainfekowanych jaj wykonuje się w warunkach sterylnych. Z każdego zainfekowanego 10-dniowego jaja można zebrać około 8-12 ml płynu allantoicznego. Przed zbiorem płynu allantoicznego inkubować jaja kurze przez 2 godziny (lub przez noc ON) w 4°C, aby zabić zarodek i spowodować koagulację krwi.
- Przemyć skorupki jaj 70% etanolem w celu zapewnienia sterylności.
- Ostrożnie otworzyć jajo nad jamą powietrzną, uderzając łyżką. Usunąć rozbitą skorupkę za pomocą pęsety.
- Za pomocą igły 1 ml usunąć błonę allantoiczną, nie uszkadzając żółtka.
- Ustabilizować zarodek kurzego jaja szpatułką, wprowadzając pipetę 10 ml do płynu allantoicznego. Zebrać jak najwięcej płynu allantoicznego do probówki wirówkowej 15 ml w pojemniku z lodem, unikając rozbicia lub pobrania żółtka. Użyć oddzielnej probówki 15 ml dla każdego jaja.
- Wirować przez 5 minut w 4°C i przenieść płyn allantoiczny (bez osadu z erytrocytów) do świeżych probówek wirówkowych 15 ml.
- Przechowywać probówki z odwirowanym płynem allantoicznym w 4°C do czasu sprawdzenia obecności uratowanego wirusa za pomocą testu hemaglutynacji (HA).
2. Test HA w celu potwierdzenia odzyskania rekombinowanych wirusów grypy
Test hemaglutynacji (HA) jest rutynowo stosowany do wykrywania obecności odzyskanego wirusa w supernatantach kultur tkankowych MDCK i/lub w płynie alantoicznym pochodzącym z pobranych jaj. Alternatywnie można przeprowadzić testy immunofluorescencji (IFA). Po zidentyfikowaniu obecności odzyskanego wirusa za pomocą testu, wirusa należy poddać oczyszczaniu metodą plackową, a jego skład genetyczny potwierdzić za pomocą RT-PCR i sekwencjonowania.
Obecność wirusa w nadsączach z hodowli tkankowych komórek MDCK i/lub w płynie alantoicznym z zakażonych jaj można określić makroskopowo za pomocą testu HA z wykorzystaniem czerwonych krwinek (RBC) kurczaka (lub innego źródła). Obecność wirusa indukuje hemaglutynację RBC, podczas gdy brak wirusa pozwala na powstanie czerwonego osadu na dnie dołka (Rysunek 4). W przypadku wirusa grypy uważa się, że do uzyskania pozytywnego sygnału w teście HA wymagane jest około 103-104 jednostek tworzących plaki (PFU); dlatego równolegle z testem HA można przeprowadzić test IFA, aby potwierdzić prawdziwie negatywny wynik. IFA z wykorzystaniem pierwszorzędowych przeciwciał przeciwko wirusowi grypy jest bardziej czuła niż test HA, ponieważ techniką tą można wykryć mniej niż 103-104 wirusów. Możliwe jest, że nadsącze lub płyny alantoiczne negatywne w teście HA okażą się pozytywne w teście IFA. W takim przypadku wirusa należy namnożyć poprzez ponowne pasażowanie w komórkach MDCK lub w jajach. Płyn alantoiczny i/lub nadsącze z hodowli tkankowej z drugiego pasażu powinny być teraz wyraźnie pozytywne w teście HA.
Testy HA przeprowadza się na 96-dołkowych płytkach z dnem w kształcie litery V. W celu walidacji każdego testu HA należy zawsze uwzględnić próbki kontrolne ujemne (np. PBS 1X) oraz dodatnie (nadnadkresty z kultur tkankowych i/lub płyn alantoiczny z infekcji wirusem grypy).
- Do każdego dołka płytki 96-dołkowej z dnem w kształcie litery V odmież 50 μl PBS 1X.
- Do pierwszego dołka dodaj 50 μl nadnadkładu z hodowli tkankowej MDCK i/lub płynu alantoicznego z zakażonych jaj, a następnie wykonaj 2-krotne rozcieńczenia seryjne w kolejnych dołkach. Nadmiar 50 μl z ostatniego dołka odrzuć.
- Do każdego dołka dodaj 50 μl 0,5%-1,0% zawiesiny erytrocytów kurzych (przygotowanej w PBS 1X).
- Inkubuj płytkę 96-dołkową z dnem w kształcie litery V na lodzie przez 30-45 minut (do czasu pojawienia się czerwonej kropki na dnie próbki PBS z kontroli negatywnej). Odczytaj i zinterpretuj wyniki zgodnie z instrukcjami na Ryc. 4.
3. Pasaż supernatantów z kultur tkankowych
Negatywny wynik w teście HA może wynikać z niskiej wydajności transfekcji, co prowadzi do niskiego poziomu wirusa w nadsączach kultur tkankowych i/lub płynie alantois. Pasażowanie tych próbek w świeżych komórkach MDCK i/lub zarodowanych jajach pozwoli na amplifikację wirusa (jak pokazano na Rysunku 3). Infekcje przeprowadza się zgodnie z wcześniejszym opisem w sekcji 1.11.2.
4. Reprezentatywne wyniki
Pomyślne odzyskanie wirusa grypy zostanie potwierdzone pozytywnym wynikiem testu HA (Rysunek 4). Ponadto obecność CPE w komórkach zainfekowanych nadnadłożnymi kulturami tkankowymi lub płynem z jamniówkowym z jaj sugerować będzie pozytywny wynik odzyskiwania wirusa.

Rycina 1. Budowa wirusa grypy: Wirus grypy jest otoczony lipidową dwuwarstwą zawierającą dwie glikoproteiny wirusowe (HA, NA) oraz białko kanału jonowego M2. HA jest białkiem adhezyjnym wirusa, odpowiedzialnym za wiązanie się z receptorami zawierającymi kwas sjalowy. NA odpowiada za uwalnianie wirusów z komórek gospodarza. Pod dwuwarstwą lipidową znajduje się warstwa białkowa składająca się z białka macierzy wewnętrznej otoczki 1, M1, które odgrywa rolę w składaniu i pączkowaniu wirionów, oraz białka eksportującego z jądra (NEP), niezbędnego do eksportu rybonukleokapsydów wirusowych z jądra komórkowego. Rdzeń wirusa tworzy kompleks rybonukleoproteinowy (RNP), składający się z 8 jednoniciowych negatywnych genów RNA wirusa zamkniętych w kapsydzie z białka nukleoproteinowego NP. Z kompleksem RNP powiązane są podjednostki wirusowej polimerazy RNA zależnej od RNA: PA, PB1 i PB2. Białka niestrukturalne NS1 i PB1-F2, kodowane odpowiednio przez segmenty RNA NS i PB1, nie wchodzą w skład struktury wirionu.

Rysunek 2. Plazmidy do ratowania wirusa grypy: Wskazano osiem genów wirusa grypy sklonowanych w plazmidzie ambisense pDZ. Plazmid pDZ 6, pochodny od plazmidu do ekspresji białek pCAGGs 7, jest dwukierunkowym wektorem plazmidowym z ludzkim promotorem polimerazy RNA I oraz mysią sekwencją terminatora, które kodują genomowe RNA o orientacji ujemnej; w orientacji przeciwnej do jednostki polimerazy I, kaseta transkrypcyjna polimerazy II (promotor β-aktyny kurczaka i polyA) koduje białka wirusowe z tego samego genu wirusowego. cDNA z każdego segmentu wirusowego są generowane metodą RT-PCR z wykorzystaniem starterów forward i reverse zawierających miejsce rozpoznawania endonukleazy restrykcyjnej SapI oraz regiony niekodujące każdego segmentu (czarne pola na końcach genów wirusowych). Produkt PCR jest klonowany do plazmidu pDZ trawionego enzymem Sap-I.

Rycina 3. System odzyskiwania wirusa grypy oparty na ośmiu plazmidach: plazmidy pDZ zawierające 8 genów wirusa grypy są współtransfekowane w zawiesinie w kokulturach komórek 293T-MDCK (dzień 1). Dwadzieścia cztery godziny po transfekcji wymieniane jest medium bez FBS, ale zawierające TPCK/trypsynę (dzień 2). Czterdzieści osiem godzin po zmianie medium pobiera się nadsącz z hodowli tkankowej i wykorzystuje go do zakażenia komórek MDCK lub 10-dniowych zarodków kurzych w jajach (dzień 4). Od 48 do 72 godzin po amplifikacji pobiera się nadsącze z hodowli zakażonych komórek MDCK lub płyn alantoiczy z jaj i wykonuje test HA w celu wykrycia obecności wirusa (dzień 6). Jeśli nie wykryto wirusa, te same nadsącze i/lub płyny alantoiczne można poddać ponownemu pasażowi na świeże komórki MDCK i/lub zarodki kurze.

Rysunek 4. Test hemaglutynacji (HA): Hemaglutynacja krwinek czerwonych (RBC) przez cząsteczki wirusa jest widoczna makroskopowo i stanowi podstawę wykrywania cząsteczek wirusowych w nadsączach kultur tkankowych lub/i w płynach allantoicznych. Chociaż test HA nie rozróżnia cząsteczek wirusowych zakaźnych od cząsteczek zdegradowanych, które nie są już zdolne do infekowania komórek, test ten jest dobrym wskaźnikiem obecności wirusa w próbkach. A) Brak (góra) lub obecność (dół) wirusa w próbkach biologicznych jest określana odpowiednio przez obecność RBC na dnie płytki lub ich brak. B) Przedstawiono reprezentatywny wynik testu HA dla poziomu wirusa niewykrywalnego (góra) lub przy obecności wirusa (dół).