Síndrome respiratória aguda grave coronavírus 2 (SARS-CoV-2) é um vírus RNA envolto, de sentido positivo e de uma única cadeia que pertence à linhagem Betacoronavírus na família Coronaviridae 1. Esta família viral é dividida em Alpha-, Beta-, Gamma-, e Delta-coronavirus1. Alfa e Betacoronavírus infectam principalmente mamíferos, enquanto Gamma e Deltacoronavirus infectam quase exclusivamente aves2. Até o momento, sete coronavírus (CoV) cruzaram barreiras de espécies e emergiram como coronavírus humanos (HCoV): dois alfa-CoVs (HCoV-229E e HCoV-NL63) e cinco beta-CoVs (HCoV-OC43, HCoV-HKU1, SARS-CoV, Síndrome Respiratória do Oriente Médio coronavírus [MERS-CoV], e SARS-CoV-2)3,4,5,6. SARS-CoV, MERS-CoV e SARS-CoV-2 são altamente patogênicos, causando infecção grave do trato respiratório inferior7. Antes do surgimento do SARS-CoV-2, houve dois surtos epidêmicos causados por CoVs: SARS-CoV em Guangdong Providence, China, de 2002 a 2003, com uma taxa de letalidade por casos (CFR) de cerca de 9,7%; e MERS-CoV no Oriente Médio de 2012 até hoje, com uma CFR de cerca de 34%7,8. O SARS-CoV-2 possui uma CFR global entre 3,4%-49%, com condições subjacentes contribuindo para uma CFR mais altade 8,9. Desde sua descoberta em dezembro de 2019, em Wuhan, China, o SARS-CoV-2 foi responsável por mais de 242 milhões de infecções humanas e mais de 4,9 milhões de mortes humanas em todo o mundo, 7,10,11,12. Notavelmente, desde o final de 2020, novas variantes sars-CoV-2 de preocupação (VoC) e variantes de interesse (VoI) têm impactado características do vírus, incluindo transmissão e antigenicidade 9,13, e a direção geral da pandemia COVID-19. Para o tratamento de infecções por SARS-CoV-2, atualmente existe apenas um Estados Unidos (EUA) Food and Drug Administration (FDA) antiviral (remdesivir) e um medicamento de Autorização de Uso de Emergência (EUA) (baricitinib, a ser administrado em combinação com remdesivir)14. Há também 6 anticorpos monoclonais EUA aprovados: REGEN-COV (casirivimab e imdevimab, administrados juntos), sotrovimab, tocilizumabe, e bamlanivimab e etesevimab administrados juntos 15,16,17,18,19. Atualmente, apenas uma vacina profilática aprovada pela FDA, a Pfizer-BioNTech, e duas outras vacinas profiláticas (Moderna e Janssen) foram aprovadas pela EUA 20,21,22,23,24. No entanto, com a taxa de infecção descontrolada e o surgimento de VoC e VoI, o SARS-CoV-2 ainda representa uma ameaça à saúde humana. Portanto, novas abordagens são urgentemente necessárias para identificar profiláticas eficientes e terapêuticas para controlar a infecção pelo SARS-CoV-2 e a pandemia COVID-19 ainda em curso.
Estudar o SARS-CoV-2 requer técnicas laboriosas e abordagens secundárias para identificar a presença do vírus em células infectadas e/ou modelos animais validados de infecção. O uso da genética reversa permitiu que a geração de vírus recombinantes respondesse a questões importantes na biologia das infecções virais. Por exemplo, técnicas de genética reversa forneceram meios para descobrir e entender os mecanismos de infecção viral, patogênese e doenças. Da mesma forma, abordagens genéticas reversas abriram caminho para projetar vírus recombinantes sem proteínas virais para entender sua contribuição na patogênese viral. Além disso, técnicas de genética reversa têm sido utilizadas para gerar vírus recombinantes expressando genes repórteres para aplicações in vitro e in vivo, incluindo a identificação de abordagens profiláticas e/ou terapêuticas para o tratamento de infecções virais. Proteínas fluorescentes e bioluminescentes são os genes repórteres mais comumente usados devido à sua sensibilidade, estabilidade e fácil detecção com base na melhoria das novas tecnologias25,26. In vitro, as proteínas fluorescentes têm sido mostradas como uma melhor opção para a localização de vírus em células infectadas, enquanto as luciferases são mais convenientes para estudos de quantificação 27,28,29. In vivo, as luciferases são preferidas em vez de proteínas fluorescentes para imagens animais inteiras, enquanto as proteínas fluorescentes são preferidas para a identificação de células infectadas ou ex vivo imaging 30,31,32. O uso de vírus recombinantes que expressam repórteres tem servido como uma poderosa ferramenta para o estudo de vírus em muitas famílias, incluindo, entre outros, flavivírus, enterovírus, alfavírus, lentivírus, arenavírus e vírus da gripe 28,33,34,35,36.
Para superar a necessidade de abordagens secundárias para estudar SARS-CoV-2 e caracterizar a infecção em tempo real sars-CoV-2 in vivo, geramos recombinação competente para replicação (r)SARS-CoV-2 que expressa proteínas bioluminescentes (nanoluciferase, Nluc) ou fluorescentes (Vênus) usando nossas genéticas reversas baseadas em cromossomos artificiais bacterianos (BAC), que são mantidas como uma única cópia em E. a fim de minimizar a toxicidade das sequências de vírus durante sua propagação em bactérias37,38. Notavelmente, rSARS-CoV-2/Nluc e rSARS-CoV-2/Venus mostraram patogenicidade em forma de rSARS-CoV-2/WT in vivo. O alto nível de expressão de Vênus a partir de rSARS-CoV-2/Vênus permitiu detectar infecção viral nos pulmões de camundongos transgênicos K18 hACE2 infectados usando um sistema de imagem in vivo (IVIS)39. Os níveis de expressão de Vênus correlacionavam-se bem com os títulos virais detectados nos pulmões, demonstrando a viabilidade de usar a expressão de Vênus como um substituto válido da infecção por SARS-CoV-2. Utilizando a infecção rSARS-CoV-2/Nluc, pudemos rastrear a dinâmica da infecção viral em tempo real e avaliar longitudinalmente a infecção pelo SARS-CoV-2 in vivo usando a mesma abordagem IVIS em camundongos transgênicos K18 hACE2.