Opisany protokół opisuje procedurę wytwarzania kompleksu białkowego HiBiT wiążącego receptor domeny oraz jego zastosowanie do szybkiego i czułego wykrywania przeciwciał SARS-CoV-2.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisany protokół opisuje procedurę wytwarzania kompleksu białkowego HiBiT wiążącego receptor domeny oraz jego zastosowanie do szybkiego i czułego wykrywania przeciwciał SARS-CoV-2.
Pojawienie się pandemii COVID-19 zwiększyło zapotrzebowanie na lepsze metody wykrywania serologicznego w celu określenia epidemiologicznego wpływu koronawirusa zespołu ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej 2 (SARS-CoV-2). Rosnąca liczba zakażeń SARS-CoV-2 rodzi potrzebę lepszych testów wykrywania przeciwciał. Obecne metody wykrywania przeciwciał obniżają czułość ze względu na szybkość lub są czułe, ale czasochłonne. Duża część przeciwciał neutralizujących SARS-CoV-2 jest ukierunkowana na domenę wiążącą receptor (RBD), jeden z głównych przedziałów immunogennych SARS-CoV-2. Niedawno zaprojektowaliśmy i opracowaliśmy wysoce czuły, znakowany bioluminescencyjnie RBD (NanoLuc HiBiT-RBD) do wykrywania przeciwciał SARS-CoV-2. Poniższy tekst opisuje procedurę wytwarzania kompleksu HiBiT-RBD oraz szybki test do oceny obecności przeciwciał ukierunkowanych na RBD za pomocą tego narzędzia. Ze względu na trwałość produktu białkowego HiBiT-RBD w szerokim zakresie temperatur oraz krótszą procedurę eksperymentalną, którą można zakończyć w ciągu 1 godziny, protokół można uznać za bardziej efektywną alternatywę do wykrywania przeciwciał SARS-CoV-2 w próbkach surowicy pacjenta.
Niedawne pojawienie się nowego koronawirusa, SARS-CoV21, spowodowało ponad 2 800 000 ofiar śmiertelnych i 128 milionów infekcji na dzień 30 marca 2021roku2. Ze względu na brak wiarygodnej i ugruntowanej procedury leczenia klinicznych SARS-CoV-2 podjęto wiele wysiłków w celu ograniczenia dalszej transmisji wirusa, a co ważniejsze, opracowania skutecznego i solidnego leczenia lub szczepionki3. Do tej pory w badaniach zgłoszonych przez Światową Organizację Zdrowia jest ponad 50 kandydatów na szczepionkę przeciwko COVID-19 class<="xref">4. Wykrycie przeciwciał przeciwko SARS-CoV-2 ma ogromne znaczenie dla określenia długoterminowej stabilności odpowiedzi humoralnej po podaniu szczepionki, a także u ozdrowieńców z COVID-195. Niektóre badania wykazały, że istnieje możliwość, że ozdrowieńcy z SARS-CoV-2 tracą większość przeciwciał wiążących RBD po 1 roku5,6,7,8,9. Konieczne są dalsze badania, aby lepiej zrozumieć trwałą odporność, a bardziej czułe platformy wykrywania przeciwciał mogą pomóc w dalszych pracach. Interesującym i wartym uwagi obszarem badań są również doniesienia o utrzymującej się odporności po łagodnych infekcjach SARS-CoV-2, które sugerują długotrwałą odpowiedź przeciwciał. Szybka i dokładna metoda wykrywania jest niezbędna do monitorowania przeciwciał w surowicach poszczególnych osób, aby uzyskać więcej informacji na temat odporności w populacji.
Podobnie jak inne koronawirusy, SARS-CoV-2 wykorzystuje wystającą glikoproteinę kolca do wiązania się z enzymem konwertującym angiotensynę-2 (ACE2) w celu zainicjowania kaskady zdarzeń, które prowadzą do fuzji błony wirusowej i komórkowej6,7. Kilka badań dowiodło niedawno, że RBD białka Spike odgrywa kluczową rolę w wywoływaniu silnej i swoistej odpowiedzi przeciwciał przeciwko SARS-CoV28,9,10,11. W szczególności korelacje zaobserwowane przez Premkumara i wsp. między mianem przeciwciała wiążącego RBD a siłą neutralizacji SARS-CoV-2 w osoczu pacjentów są zgodne z tym, że RBD jest immunogennym przedziałem struktury wirusa9. Mając to na uwadze, wiele testów diagnostycznych dostępnych do wykrywania przeciwciał SARS-CoV-2 jest czasochłonnych i kosztownych, wymaga długotrwałej procedury inkubacji i płukania (test immunoenzymatyczny [ELISA]) lub brakuje im czułości i dokładności (test immunologiczny przepływu bocznego [LFIA])12. W związku z tym ilościowa i szybka komplementarna metoda serologiczna wykrywania przeciwciał pochodzących z COVID-19 o wysokiej czułości, szybkiej odpowiedzi i stosunkowo niskich kosztach zaspokoiłaby potrzebę wiarygodnego testu serologicznego do nadzoru epidemiologicznego nad SARS-CoV-2.
Podsumowując, ograniczenia obecnych testów serologicznych skłoniły do zbadania bioluminescencyjnego systemu raportowania jako potencjalnego czynnika diagnostycznego w przyszłych badaniach serologicznych. Bioluminescencja to naturalnie występująca reakcja enzym/substrat, z emisją światła. Lucyferazy Nanoluc jest najmniejszym (19 kDa), ale najjaśniejszym systemem w porównaniu do lucyferazy Renilla i świetlika (odpowiednio 36 kDa i 61 kDa)13,14. Co więcej, Nanoluc ma najwyższy stosunek sygnału do szumu i stabilność spośród wcześniej wymienionych systemów. Wysoka intensywność sygnału Nanoluc wspiera detekcję nawet bardzo małych ilości fuzji reporterowych15. Technologia binarna Nanoluc (NanoBiT) to podzielona wersja systemu Nanoluc, która składa się z dwóch segmentów: małego BiT (11 aminokwasów; SmBiT) i duży BiT (LgBiT) o stosunkowo niskim powinowactwie oddziaływań (KD = 190 μM ), tworząc kompleks luminescencyjny16. NanoBiT jest szeroko stosowany w różnych badaniach obejmujących identyfikację interakcji białko-białko15,17,18,19 i komórkowych szlaków sygnałowych11,20,21.
Niedawno wprowadzono inny mały peptyd o wyraźnie wyższym powinowactwie do LgBiT (KD = 0,7 nM), a mianowicie system HiBiT Nano-Glo, w miejsce SmBiT. Wysokie powinowactwo i silny sygnał testu Nano-Glo "dodaj-wymieszaj-odczyt" sprawia, że HiBiT jest odpowiednim, ilościowym, luminescencyjnym znacznikiem peptydowym. W tym podejściu znacznik HiBiT jest dołączany do białka docelowego poprzez opracowanie konstruktu narzucającego minimalną interferencję strukturalną. Fuzja białka HiBiT aktywnie wiązałaby się z odpowiednikiem LgBiT, wytwarzając wysoce aktywny enzym lucyferazy do generowania wykrywalnej bioluminescencji w obecności odczynników detekcyjnych (Rysunek 1). Podobnie opracowaliśmy system oparty na HiBiT Nano-Glo do łatwego pomiaru miana przeciwciał neutralizujących w surowicy osób ozdrowieńców SARS-CoV-2, a ostatnio opracowaliśmy RBD SARS-CoV-2 znakowany HiBiT. W artykule opisano protokół wytwarzania bioreportera HiBiT-RBD przy użyciu standardowych procedur i sprzętu laboratoryjnego oraz pokazano, w jaki sposób ten bioreporter może być wykorzystany w szybkim i skutecznym teście do wykrywania przeciwciał RBD skierowanych przeciwko SARS-CoV-2.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Opisany poniżej protokół jest zgodny ze wszystkimi wytycznymi etycznymi zgodnie z kodem protokołu 20200371-01H.
1. Produkcja i ocena bioreportera HiBiT-RBD
2. Wykrywanie przeciwciał anty-RBD za pomocą szybkiego i czułego testu
3. Wysokoprzepustowe wykrywanie przeciwciał specyficznych dla SARS-CoV-2 w próbkach surowicy pacjenta
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Sygnały zarówno z lizatu komórkowego zawierającego HiBit-RBD, jak i z supernatantu przetransfekowanych komórek zostały zarejestrowane (Rycina 2), aby ocenić odpowiednie źródło białka. HiBiT-RBD oraz LgBit były stosowane osobno jako kontrole; dane wykazały niskie tło w porównaniu do silnego sygnału uzyskanego po połączeniu obu części. Zatem oddziaływanie HiBiT-RBD z LgBiT jest niezbędne do wytworzenia aktywnego enzymu odpowiedzialnego za trawienie substratu i aktywność bioluminescencyjną (
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rosnąca liczba osób zakażonych wirusem SARS-CoV-2 oraz nieustanne wysiłki na rzecz globalnych szczepień wymagają czułych i szybkich testów serologicznych, które można wykorzystać w badaniach serologicznych na dużą skalę. Ostatnie badania pokazują, że do opracowania takich testów można wykorzystać rozszczepione bioreportery oparte na nanolucyferazie. Niedawno opracowaliśmy HiBiT-RBD bioreporter, aby zaprojektować test, który można wykorzystać do szybkiego i niezawodnego wykrywania przeciwciał specyficznych dla SARS-CoV-2 ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Doceniamy i dziękujemy za pomoc techniczną Xiaohong He, Ricardo Marius, Julia Petryk, Bradley Austin i Christiano Tanese De Souza. Dziękujemy również Minie Ghahremani za projekt graficzny. Chcielibyśmy również podziękować wszystkim osobom, które wzięły udział i oddały swoje próbki krwi do tego badania. DWC jest częściowo wspierany przez Wydział i Wydział Medycyny Uniwersytetu w Ottawie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 5x Pasywny bufor do lizy | Promega | E194A | 30 ml |
| Bio-Plex Ręczna myjka magnetyczna | Bio-Rad | 171020100 | |
| DMEM | Sigma | D6429-500ml | |
| System testowy lucyferazy Dual-Glo | Promega | E2940 | 100 ml |
| Surowica bydlęca płodu (FBS) | Sigma | F1051 | |
| Plazmid HiBiT-RBD | gacggatcgggagatcccgatcccctatggt gcactctcagtacaatctgctctgatgccgcata gttaagccagtatctgctccctgcttgttgg aggtcgctgggtggcaaaattta agctacaacaaggcaaggcttgaccgacaa ttgcatgaagaatctgcttagggttaggcgttttg cgcttcgcgatgccagatatacgc gttgacattgattattgactagatgactagttatagt aatcaattacggggtcatgccatgccatcaa atagtaacgccaatagggactttccattgacgtc aatgggtggagtatttacggtaaactgcccact tggcagtacatcaagtatcatatgccaagta cgccccctattgacgtcaatgacggtaaatgg cccgcctggcattatgcccagtacatgaccttat gggactttcctacttggcagtacatctacgtat tagtcatcgctattaccatgctattaccatggtgatgcggtt ggcagtacatcaatgggcgt ggcagtacatcaatgggcgtgggtg actcacggatttccaagtctccaccccatg acgtcaatggggaccaatc aacgggactttccaatgtcgtccatcac ctaactagagaacccactgcttactggctctcg aaattaatacgactcactatagggagacccaa gctggctagcgtttaaacttaagcttggtaccga gctcggatccgccaccATGGAGACAGA CACACTCCTGCTATGGGTGC TGCTCTGGGTTCCAGGTCTCTCTCTCTCTCTCTC TGGTGACtctggct agcggcggcggcATGGTGAGCGGCTG GCGGCTTCAAGAAGATTAGC tctagcggcGACTACAGGACC ACGACGGTGACTACAGGACCA CGACATCGACTACAGGACACAGGACAC GACGACAAGggcagcggctctccca gcagcggaggcgggcacaaatctgtg cccatcggcggcaaatctgtg cccattcgggggaggtaacgccaccagac ttgccagcgtgtatgcctggaaccaagaga atctctaattgcgtgggactatagcgtgctgcttgt gctatggcgtgtccacaaagctgaacgac ctgtgcttcaccaacgtacggccgactttttgt gatcaggggggatgaggcgccagatcgc acctggacagacaggcaagatcgccgactac aactataagctgccagacgatttcaccggct gcgtgatcccctggaatagcaacaatctggatt ccaaagtgggcggac cggctgtacagaaattccatcatsc ttccagcctacaaatggcgtgggctatcagcca tacagggtgctgtgctg cacgacctgcaaccgtggacc gaggggggccacatgctgctgcatc atcaccatcatcatcaccgatag cggccgctcaccaaac ccgctgatcagcctcgactgtgccttctagtt gccagagccatctgttgtccgtg ccttgacctctcacccac tgtcctcctaaaatgaggaaattgcat cgcattgtctgggg ggtggggtgg ggattggggggaccgaaggaa agaaccaggggggctctctagggggtatcccca cgcgccctctagcggcattaagcgcggcg ggtgtggtgctacgcgcctac acttgccagcgctagcgcctcctttcg ctttcttcgccacgtgccccggctt tccccgtcaagctctaaatcgggggctctt tccccctcta gggttccgattgggcttha gggttccgatttagtgctttacggcaccgaccgacc ccaaaaaacttgattagggt gtgggccatcgccatgcccgtgtct cttgt cttgtctctcgtt***TcratrattGCTTTTTTGGtrattGCTCTCT atttaacatttaacgcgaattaattctgt ggaatgtgtgtcagttagggtggaaagtccccc caggctccccagcagaagtatgcaaag catgcatctcaattagtcagcaaccaggtgtgg aaagtccccaggcccaggggcaggcaagg atgcaaagcatgcatctcaattagtcagcaac catagtcccccccctaactccgcccatcccgc ccctaactccgcccccc ccctaactccgcccagttccccattctcccc ccatgggactatttatgcagaggc cgaggcccttttatgcagaggc cgagggcctctgccatgcaggacgagggtc. cgcatgattgaacaagatggattgcacgcagg ttctccgggcttgggcttggctattcgtctatgcatccatgct gatgccgccgttccgtgcagggg cgcccggttgtcaagaccgacctgtccgggg tgccctgaatgaactgcaggacgaggggcg cggctatcgtggacgacggggcgtgt tgcgcagctgtgccatggctggcgtggcgtg. cggccatgctgcaatggcaatgaactgcatgccatggcggcg cggctatcgtgcgtgc tgcccatccatggccatgccatgcgccggcgcggg cgggcatggcatgcgcg agcgagcacgtactcggaagccggtct tgtcgatcaggatgatctggacgaagagcat caggggctcgcgccgaactgttcgccaaccgccagggcccgg ggctcaaggcgcgcatgcgcggggagg atctcgtcgtgacccatgcatggcctgcttg ccgaatatcatggtggaatgggctttt ctggattcatcgactgtgggt ggcgggt ggcgggctatcaggacatagcgttggctgctgaagggctctgcgcgggcgcggcgcgtgc ttctatcgccttcgtgackackcgackcggackcggackackggcackcggccgaatgggcctggctgg. tccaccgccccttctatgaaaggttgggctt cggaatcgttttccggggggcggggatga tcctccagcgcggggaggcggagggggaggggagt tcttcccccaccaccaccaacttgtttattgcagctta taatggttacaaataaaagcaatagcatcacaa atttcaaataaagcatttcactgcatt ctagttgtggtccaactcatgtatgtataccatcatgtataccatgtcgacccgaccttctc ctgtgtgaaatcatggtcatagctctc ctgtgtgaaattgtccaaattccac aacatacgagccggaagcataa gggaaacctgtcgtgccagctgcattaatgaa tcggccaacgcgcgggcgtgctcactgactgactc gctgcgcctcggtcggcggcggt atcagctcactcaaaggtggtaatacggttatc cacagaatcaggggataacgcaggaggaaagaa catgtgagcaaggggagagcaaggggag gaaccgtagggggcgtgcgttt tccataggctccgcctgacgagcatcac aaaaatcgacgctcaaaatcgaccatcacaaatcgaccatcaaaggactataaagataccaggcgtt tccccctggaagctctcgtgcctgccgcctctgcccgt tttctcccttcgggaagcggcgctcat agctcacgctctgtaggtatcagtggtggtgtagtag: gtcgttcgctccaagctgggctgtgcacgaaa ccccccgtgcgggaccgcacgaa ccccccgtgccgtcttatcc ggtaactatcgtcttgagtccaacccggtaag acacgacttatcgccactggcagcaggccactg gtaacaggattagcagagcgaggtatgtaggc ggtgctacagagtgtggtgtaact acggctacactagaagggtggggtaact acggctacactagaagaagaacagattttatc tgcgctgaagaccagttcgga aagagttggtggcaaaca ccaccgctgggggtgca ctcaagatcctttgattttttctacggggt ctgacgctcagtggaacgaaactcacgttaa gggattttggtcatgagattatcaaaaggatct tcacctagatccttttaaatgaaatgaagtt ttaaatcaatcaatctaaagtatatatgagtaaactt ggtctgacacagttactaccaatgcttaatcagtgagg cacctatctcagcgatctgtctatttcgttcatcca tagttgcctgactccgtcgtgtagataactac gatacggctccccagtg ctgcaatgatgatggccatcccagtg ctgcaatgataccgcaccacc ggctccagatttattatcaataaaccaggggagcgcagaagtggtcctg caactttatccgcctccatccagtctattaattttt gccgggaagctagagtaagtagttcgccagtt aatagtttgcgcaacgttgttgccattgctacag gcatcgtggtgccatggtggtgg cttcattcagagctcccaacgatcaaggc gagttacatgatcccccatgttgtgcaaaag cggttagctccttcgtgtggatcgttgtccagaagtaagttgggcagtccaagtaagttgggcagtgttatccatgtt tatggcagcactcatcatgcataattctcttactgtcatg ccatccgtaagatgttttctgtgactggtgagta ctcaaccaagtcattctgagaatagtgctctcgcgtgackacka gaaaactctcaaggatcttaccgctgttgagat ccagttcgatgtaacccactcgtgcacccaact gatcttcagcatcttttttcaccaggcgtcttc tgggtgagcaaaaacaggaaggcaaaatgc cgcaagggaataagggcgacacgga aatgttgaatactcatcttcctttttcaat attattgaagcatcatcttcctttttcaat attattgaagcattattattgtc tcatgagcggatacatatttgaatgtattt agaaaagggcgca catttccccgaagtgccacctggtc | ||
| LgBiT | Promega | N3030 | |
| penicylina Streptomycyna | Thermo Fisher Scientific | ||
| Pierce Protein G Kulki magnetyczne | Thermo Fisher Scientific | 88848 | |
| PolyJet Odczynnik do transfekcji DNA in vitro | Signagen | SL100688.5 | |
| SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Przeciwciało neutralizujące kolce, mysz Mab | SinoBiological | 40592-MM57 | |
| Synergy Mx Microplate Reader | BioTek | 96-dołkowy czytnik płytek | |
| Trypsyna-EDTA | Thermo Fisher Scientific | 2520056 | 0,25% |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.