Pokazano metodę opartą na żywicy anionowymiennej, dostosowaną do pobierania próbek wirusów z bioaerozolu na bazie płynnych uderzeń. W połączeniu z detekcją molekularną, metoda ta pozwala na łatwe i czułe wykrywanie wirusów w bioaerozolach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Pokazano metodę opartą na żywicy anionowymiennej, dostosowaną do pobierania próbek wirusów z bioaerozolu na bazie płynnych uderzeń. W połączeniu z detekcją molekularną, metoda ta pozwala na łatwe i czułe wykrywanie wirusów w bioaerozolach.
Ten protokół demonstruje dostosowaną metodę pobierania próbek bioaerozolu dla wirusów. W tym systemie żywica anionowymienna jest sprzężona z urządzeniami do pobierania próbek powietrza na bazie cieczy w celu skutecznego zagęszczenia ujemnie naładowanych wirusów z bioaerozoli. W ten sposób żywica służy jako dodatkowy etap zatężania w procesie pobierania próbek bioaerozolu. Ekstrakcja kwasów nukleinowych cząstek wirusa jest następnie przeprowadzana bezpośrednio z żywicy anionowymiennej, a otrzymana próbka nadaje się do analiz molekularnych. Ponadto protokół ten opisuje specjalnie zbudowaną komorę bioaerozolową zdolną do generowania bioaerozoli zawierających wirusy w różnych warunkach środowiskowych i pozwalającą na ciągłe monitorowanie zmiennych środowiskowych, takich jak temperatura, wilgotność, prędkość wiatru i stężenie masy aerozolu. Główną zaletą stosowania tego protokołu jest zwiększona czułość wykrywania wirusa, oceniana poprzez bezpośrednie porównanie z niemodyfikowanym konwencjonalnym impingerem cieczowym. Inne zalety to możliwość koncentracji różnych ujemnie naładowanych wirusów, niski koszt żywicy anionowymiennej (~0,14 USD za próbkę) oraz łatwość użycia. Wady obejmują niezdolność tego protokołu do oceny zakaźności cząstek wirusa zaadsorbowanych przez żywicę oraz potencjalną potrzebę optymalizacji buforu do pobierania próbek cieczy stosowanego w impingerze.
Celem tej metody jest dostarczenie bardzo czułej platformy do pobierania próbek bioaerozoli, która ułatwi molekularne wykrywanie ujemnie naładowanych wirusów z bioaerozoli. Mikroorganizmy, w tym cząsteczki wirusów, mogą przetrwać w bioaerozolach przez dłuższy czas1. Bioaerozole mogą przemieszczać się na stosunkowo duże odległości i utrzymywać żywotność i zakaźność, o czym świadczy wybuch choroby legionistów, który wywodzi się z przemysłowych chłodni kominowych znajdujących się w odległości 6 km od dotkniętych osób i spowodował 18 ofiar śmiertelnych2. Pośrednia transmisja wirusów na ludzi za pośrednictwem bioaerozoli może wystąpić w wielu sytuacjach i wykazano w przypadku epidemii norowirusów w szkołach i restauracjach3,4. Podobnie, przenoszenie wirusów przez bioaerozol może wystąpić w warunkach rolniczych, takich jak fermy trzody chlewnej i drobiu, przy czym ta droga transmisji jest uważana za główny czynnik przemieszczania się wirusów między zakładami produkcyjnymi5,6,7,8,9.
Skuteczne pobieranie próbek bioaerozoli zawierających wirusy pozwala na poprawę szybkiej diagnostyki i przygotowania do zapobiegania wybuchom epidemii, jak pokazano w demonstracjach, w których wirusy grypy H5 A zostały wykryte z bioaerozoli na targach żywych zwierząt w Chinach i Stanach Zjednoczonych10,11. Obecne technologie pobierania próbek bioaerozoli obejmują wiele różnych zasad wychwytywania cząstek i można je ogólnie podzielić na uderzenia, cyklony, impaktory i filtry12. Wyczerpujące omówienie wszystkich zalet i wad tych platform do pobierania próbek wirusów z bioaerozoli wykracza poza zakres niniejszego protokołu; Można jednak stwierdzić, że większość tych urządzeń do pobierania próbek nie została zoptymalizowana pod kątem zbierania wirusów i bakteriofagów13. Co więcej, zakaźność cząstek wirusa jest często negatywnie naruszona, przy czym uważa się, że płynne uderzenia utrzymują zakaźność wirusa skuteczniej niż urządzenia do pobierania próbek, takie jak stałe impaktory lub filtry14. Jednak jedną z wad uderzenia cieczy jest efekt docelowego rozcieńczenia, który występuje, ponieważ wirusy są gromadzone w stosunkowo dużych objętościach (zwykle ≥20 ml) cieczy w naczyniu zbiorczym. Inną ważną wadą jest nieoptymalna wydajność cieczy w koncentracji cząstek o rozmiarze <0,5 μM15. Jednak skuteczność wychwytywania tych urządzeń można poprawić poprzez unieruchomienie na matrycach stałych, ponieważ immobilizacja może poprawić zachowanie wirusowych kwasów nukleinowych i zakaźność wirusa16,17.
Wcześniej wykazaliśmy, że żywica anionowymienna jest skutecznym narzędziem do wychwytywania i koncentracji wirusów z płynnych matryc, w tym bakteriofagów F-RNA, wirusa zapalenia wątroby typu A, ludzkiego adenowirusa i rotawirusa18,19,20. Zgodnie z definicją producenta, żywica anionowymienna wykorzystana w tej pracy jest makrosiatkowatą żywicą anionowymienną o silnej zasadzie polistyrenowej, w której funkcjonalizowane czwartorzędowe grupy aminowe pośredniczą w przyciąganiu i wychwytywaniu anionów w ciekłym ośrodku21. W związku z tym oczekuje się, że żywica anionowymienna wychwytuje wirusy o ujemnych ładunkach powierzchniowych, w tym wiele wirusów jelitowych, wirusów grypy i innych wirusów istotnych dla zdrowia publicznego i zwierząt.
Obecny protokół polega na dodaniu żywicy anionowymiennej do płynnego impingera. W tym systemie żywica służy jako wtórny etap zagęszczania cząstek wirusa wychwyconych w cieczy impingerowej. Kwasy nukleinowe mogą być następnie bezpośrednio eluowane w małych objętościach, zapewniając skoncentrowaną próbkę do analiz molekularnych. Tak więc główną zaletą tej metody jest poprawa czułości wykrywania wirusów, przede wszystkim poprzez zmniejszenie objętości próbki. Dodatkowo, ze względu na nieodłączne niespecyficzne wychwytywanie ujemnie naładowanych wirusów, metoda ta jest prawdopodobnie stosowana do wykrywania dużej liczby wirusów będących przedmiotem zainteresowania. W tym miejscu metoda została zademonstrowana dla szczepów szczepionkowych wirusów grypy typu A i typu B oraz grupy coli FRNA MS2 (MS2). Wirusy te są następnie wykrywane za pomocą standardowych testów qRT-PCR, jak opisano wcześniej22. Użytkownik punktu końcowego nie powinien spodziewać się trudności w wykonywaniu tej metody, ponieważ modyfikacje obecnie istniejącego sprzętu nie stanowią poważnych zakłóceń w konwencjonalnym przepływie pobierania próbek i analizy bioaerozoli.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Konfiguracja komory bioaerozolowej (Zobacz Rysunek 2)
2. Modelowe eksperymenty bioaerozolowe (zobacz Rysunek 3)
3. Ekstrakcja kwasów nukleinowych i wykrywanie qRT-PCR
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1 przedstawia zasadę przechwytywania wirusów z bioaerozoli na podstawie ładunku poprzez zastosowanie żywicy w impingerach cieczowych. Rysunek 2 pokazuje konfigurację specjalnie zbudowanej komory do bioaerozoli. Rysunek 3 opisuje kroki involved w przygotowaniu eksperymentu aerozolizacji oraz środki zapewniające kontrolę jakości. Rysunek 4 przedstawia krzywe amplif...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten przedstawia metodę czułego wychwytywania wirusa z bioaerozoli przy użyciu zmodyfikowanych płynnych uderzeń. Metoda jest zoptymalizowana pod kątem wykrywania i oznaczania ilościowego miana wirusa w bioaerozolach. Przedstawiona tutaj specyficzna modyfikacja polega na dodaniu żywicy anionowymiennej do cieczy zawartej w zwykłym impingerze cieczowym. Metoda ta została opracowana ze względu na jej prostotę w dalszym przetwarzaniu próbek, podczas gdy inne techniki przetwarzania próbek, takie jak wirowanie, filtracj...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez fundusze z CDC/NIOSH High Plains Intermountain Center for Agricultural Health and Safety (5U54OH008085) oraz Colorado Bioscience Discovery Evaluation Grant Program (14BGF-16).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Escherichia coli bakteriofag MS2 (ATCC 15597-B1) | Kolekcja kultur typu amerykańskiego | ATCC 15597-B1 | |
| FluMist Czterowalentny | AstraZeneca | Skontaktuj się z producentem | Składniki wirusowe tej szczepionki mogą ulegać corocznym zmianom |
| CFX96 Dotykowy system wykrywania PCR w czasie rzeczywistym | Bio-Rad | 1855195 | |
| Startery i sondy | Zintegrowane technologie DNA | NA | |
| 0,2 i mikro; M sterylny filtr | NA | NA | |
| 1 L butelki z pyreksu lub równoważne | NA | NA | |
| 1 ml końcówki do pipet | NA | NA | |
| 1 ml pipeta | NA | NA | |
| 50 ml pipeta serologiczna | NA | ||
| NA PCR probówki | NA | NA NA | |
| Pomoca do pipetowania lub równoważne | NA | NA NA | |
| QIAamp Viral RNA Mini Kit | Qiagen | 52904 | |
| Sonda QuantiTect Zestaw RT-PCR | Qiagen | 204443 | |
| Postać chlorku Amberlite IRA-900 | Sigma-Aldrich | 216585-500G | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami | Sigma-Aldrich | P5368-10PAK | |
| Woda (klasa biologii molekularnej) | Sigma-Aldrich | W4502-1L | |
| Probówki do mikrowirówek Eppendorf DNA LoBind | ThermoFisher | 13-698-791 | |
| Stożkowe probówki wirówkowe Falcon 50 ml | ThermoFisher | 14-432-22 | |
| Polipropylenowe probówki | ThermoFisher | 05-538-62 | |
| SuperScript III Platynowy jednoetapowy zestaw qRT-PCR z ROX | ThermoFisher | 11745100 | |
| SKC Biosampler 20 mL, 3-częściowy zestaw szklanek | SKC Inc. | 225-9593 | |
| Pompy do pobierania próbek Vac-u-Go | SKC Inc. | 228-9695 | |
| Nebulizator Collison (6-dyszowy) | BGI Inc. | Kapsuła NA | |
| HEPA | PALL | 12144 | |
| Q-TRAK monitor jakości powietrza w pomieszczeniach 8554 | TSI Inc. | NA | |
| Wiatromierz termiczny Alnor AVM440-A TSI | Inc. | NA | |
| SidePak AM510 osobisty monitor aerozoli | TSI Inc. | NA | |
| Komora bioaerozolowa | NA | NA |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.