$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Tradycyjnie, ekspresja wirusa jest badana za pomocą technik biologii molekularnej (np. northern blotting, western blotting, hybrydyzacja mikromacierzy, itp.) 1. Chociaż metody te są w stanie dostarczyć szczegółowych informacji w odniesieniu do kategoryzacji zmian ekspresji poszczególnych mRNA lub białek, zazwyczaj nie są one podatne na procesy w czasie rzeczywistym i wysokoprzepustowe. Alternatywne podejścia wykorzystujące reportery oparte na fluorescencji były stosowane wcześniej podczas pracy z pokswirusami; Jednak ich rozwój i wykorzystanie było motywowane różnymi celami. Opracowano kilka takich metod selekcji rekombinowanych wirusów 2,3. Techniki te wyrażają EGFP po prawidłowym włączeniu i ekspresji egzogennego DNA z rekombinowanych klonów krowianki. Podobnie, kilka szczepów krowianki wykazujących stabilną ekspresję rozpuszczalnych białek znakowanych EGFP lub GFP ulega ekspresji pod natywnym promotorem krowianki. Są one zwykle używane do ilościowego określania wnikania i replikacji wirusa podczas testów neutralizacji opartych na przeciwciałach, hamowania chemicznego lub porównywania skuteczności przeciwwirusowej 4-6. Chociaż wirusy te okazały się przydatne, ich zdolność do dostarczania szczegółowych informacji o punkcie zahamowania jest ograniczona ze względu na użycie jednego niejednoznacznego wczesnego/późnego promotora wirusa. Poprzednie metody wykorzystywały również białko EGFP o nieoptymalnej charakterystyce sygnału do szumu.
Ze względu na złożoność replikacji poxwirusa i brak istniejących narzędzi do testowania zmian w ekspresji genów wirusa w czasie rzeczywistym, opracowaliśmy zestaw jedno- i wieloetapowych wirusów reporterowych 7,8. Jak opisano w poprzednich publikacjach, wirusy te wyrażają jedno, dwa lub trzy spektralnie odrębne białka fluorescencyjne z natywnych promotorów krowianki we wczesnych, pośrednich lub późnych stadiach infekcji. Wirusy te mogą być wykorzystywane jako wskaźniki postępu replikacji wirusa za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego i równie dobrze nadają się do wysokoprzepustowych testów opartych na płytkach i czytnikach. Wirusy te są łatwe w użyciu zamiast wirusa typu dzikiego, rosną z podobną kinetyką, aby osiągnąć równoważne miana 7. Podczas planowania i tworzenia tych wirusów zwrócono dużą uwagę na wybór fluoroforów, które mają wysoką charakterystykę sygnału do tła z doskonałą wydajnością fałdowania, aby ułatwić wiarygodną kwantyfikację z szybkim sprzężeniem zwrotnym na zmiany w ekspresji (Venus, mCherry i TagBFP). Ponadto wybrano kombinacje promotorów wirusa, które dają wysoką wierność, jednoznaczną ekspresję specyficzną dla etapu, dostarczając informacji o pełnym zakresie ekspresji genów wczesnych (promotor C11R), pośrednich (promotor G8R) i późnych (promotor F17R), w przeciwieństwie do niejednoznacznych promotorów wczesnych/późnych.
Te wirusy mogą być używane jako narzędzie do badania cyklu życia prototypowego wirusa ospy, wirusa krowianki. Nadal wiele nie wiadomo na temat interakcji gospodarz-wirus, pomimo długiej historii badań. Krowianka jest złożona, wytwarza ponad 200 unikalnych białek, z których wiele jest immunomodulujących i antagonistycznych wobec gospodarza. Po zakażeniu wirus krowianki natychmiast rozpoczyna wczesną transkrypcję mRNA. Jest to ułatwione przez polimerazę RNA i czynniki transkrypcyjne, które zostały załadowane do genomu wirusa podczas pakowania wirionu i utrzymywane w stanie wstrzymania do czasu kolejnej infekcji. Ta wczesna ekspresja wytwarza głównie białka wymagane do supresji układu odpornościowego gospodarza (deapping mRNA, sekwestracja dsRNA i białka receptora wabika, a także inhibitory apoptozy, odpowiedzi na stres oraz sygnalizacji Toll, IL i NF-κB) oraz replikacji genomu. Wczesna ekspresja wytwarza również czynniki transkrypcyjne niezbędne do ekspresji pośredniej. Ekspresja pośrednia obejmuje ekspresję czynników transkrypcyjnych w późnym stadium. Ta kaskada ekspresji prowadzi do produkcji strukturalnych i enzymatycznych białek wirusa w późnych stadiach infekcji, które są niezbędne do pełnego złożenia dojrzałego wirionu krowianki.
Nasz zestaw fluorescencyjnych wirusów reporterowych pozwala na szybki postęp w zrozumieniu biologii pokswirusa. Jedną z najczęstszych i najbardziej czasochłonnych metod w dziedzinie wirusologii jest próba wzrostu. Zazwyczaj obejmuje to infekowanie komórek, przeprowadzanie serii zabiegów, zbieranie wirusa poprzez lizę zakażonych komórek i ilościowe określanie wynikowego miana wirusa za pomocą testu płytki nazębnej. Wykorzystanie opisanych tutaj wirusów reporterowych pozwala na pomiar wzrostu wirusa w czasie rzeczywistym, który można łatwo ocenić i porównać między wieloma zabiegami wykonywanymi równolegle. Przewidujemy, że ten zestaw odczynników będzie używany w różnych protokołach do identyfikacji zmian w ekspresji genów wirusa w odpowiedzi na leczenie farmakologiczne, knockdown RNAi lub ograniczenie zakresu gospodarza.
Ta metoda umożliwia również analizę o wysokiej zawartości na większą skalę niż poprzednio dostępne, co pozwala na wysokoprzepustowe badania przesiewowe leków przeciwwirusowych dla konkretnie zdefiniowanych etapów docelowych będących przedmiotem zainteresowania. Chociaż zidentyfikowano wiele potencjalnych metod leczenia zakażenia pokswirusem, jedynymi zatwierdzonymi przez FDA terapiami skutecznymi w leczeniu zakażenia pokswirusem są alizatyczny nukleozyd fosfonianu, cydofowir i leczenie immunoglobuliną krowianki 9,10. Pomimo zwalczenia ospy prawdziwej w 1977 r. 11 wirusy ospy nadal stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego 12 . Zaprzestanie powszechnych szczepień przeciwko wirusowi ospy wietrznej doprowadziło do zwiększenia podatności na inne pokswirusy 13. Na przykład regiony Afryki Środkowej, które wcześniej były chronione przez szczepienia, doświadczają gwałtownego wzrostu zakażeń wirusem małpiej ospy 14. Poważne obawy wzbudziła również utajona podatność na celowe uwolnienie wirusa ospy wietrznej. Ze względu na ograniczoną liczbę dostępnych obecnie terapii istnieje pilna potrzeba opracowania nowatorskich metod leczenia. Te wirusy reporterowe umożliwiają szybkie i wysokoprzepustowe badania przesiewowe inhibitorów małych cząsteczek w celu zahamowania określonego etapu replikacji wirusa. Identyfikacja inhibitorów, które są ukierunkowane na etapy ekspresji wirusa, które obecnie nie są celem hamowania, ułatwi opracowanie terapii skojarzonych o zwiększonej sile.
Wiele można dowiedzieć się o biologii komórek krowianki, obserwując zmiany w ekspresji genów na każdym etapie. Osłabienie zakażonej komórki gospodarza przez manipulację chemiczną lub genetyczną jest zwykle wyrażane w postaci obniżonych mian wirusa. Jednak porównując zmiany na każdym etapie kaskady ekspresji wirusa, można uzyskać pełniejsze zrozumienie, w jaki sposób określone leczenie wpływa na zdolność wirusa. Wykazano, że dane te dobrze korelują z tradycyjnym wynikiem miana wirusa, ale dostarczają bardziej szczegółowych informacji mechanistycznych, a także zapewniają wysoką przepustowość 7.