Plaque assays are the gold standard for viral quantification, utilizing entrapping overlays on host cellular monolayers to determine viral titers. While various semisolid overlays have traditionally been used, here we demonstrate plaque techniques comparing semisolid overlays to a novel liquid microcrystalline cellulose among several families of viruses.
Plaque-Assays bleibt eines der genauesten Methoden zur direkten Quantifizierung von infektiösen Virionen und antivirale Substanzen durch die Zählung der einzelnen Platten (infektiöse Einheiten und zellulären Totzonen) in Zellkultur. Hier zeigen wir, wie man eine Grund Plaque-Test durchzuführen, und wie unterschiedliche Overlays und Techniken können die Plaquebildung und die Produktion auswirken. Regel feste oder halbfeste Overlay-Substrate, wie Agarose oder Carboxymethylcellulose, verwendet worden, um die Virusausbreitung zu begrenzen, verhindern, unterschiedslose Infektion durch das flüssige Wachstumsmedium. Immobilisiert Overlays beschränken Zellinfektion mit dem unmittelbar umgebenden Monoschicht, welche die Bildung von diskreten zählbaren Foci und die anschließende Bildung von Plaque. Um die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit traditionellen Overlays zu überwinden, ein neuartiges Flüssigkeitslagerung Verwendung mikrokristalliner Cellulose und Carboxymethylcellulose Natrium wurde zunehmend als Ersatz in der Standard verwendetPlaque-Test. Flüssig-Overlay Plaque-Assays können leicht in Standard 6 oder 12-Well-Platte Formate nach traditionellen Techniken durchgeführt werden und erfordern keine spezielle Ausrüstung. Aufgrund seiner flüssigen Zustand und die anschließende einfache Anwendung und Entfernung kann Mikrokulturplattenformate alternativ als schnelle, präzise und mit hohem Durchsatz Alternative zu größeren Maßstab viralen Titrationen verwendet werden. Verwendung eines nicht beheizten viskose Flüssigkeit Polymer bietet die Möglichkeit, die Arbeit zu rationalisieren, schont Reagenzien, Inkubator Raum und erhöht die Betriebssicherheit, wenn in traditionellen oder High-Containment-Labors wie kein Reagenz Heizung oder Glaswaren verwendet benötigt werden. Flüssige Overlays kann sich auch als empfindlicher als traditionelle Overlays für bestimmte hitzelabilen Viren.
Die genaue Trennung und Quantifizierung von lebensfähigen viralen Proben war stets eine laufende Forschungsziel in der Virologie. Es war nicht bis zum Aufkommen des Plaque-Test im Jahr 1952, die ein Mittel, um quantitativ und qualitativ zu berechnen Tier virale Titer wurde zuerst entwickelt, 1,2. Diese Technik wurde erstmals angepasst und aus Phagen-Assays, die zuvor verwendet worden war, um die Titer von Aktien Bakteriophagen in Pflanzenbiologie 1,2 berechnen modifiziert. Während alternative Mittel für virale Quantifizierung seit entwickelt und angepasst worden ist, wie Immunoassays, Fluoreszenz und Transmissionselektronenmikroskopie, abstimmbaren resistive Erfassungsimpuls (TRPS), Durchflusszytometrie, rekombinante Reportersysteme und quantitative reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) Diese Methoden versagen zu identifizieren und zu quantifizieren replikationskompetentem Vironen 1,3. Während Fortschritte in Technologien und Techniken weiter zu verfeinern und verändern die Landschaft; PLATEe-Assays weiterhin den Goldstandard bei der Bestimmung viralen Konzentrationen für Infektions lytische Vironen 1,4 darstellen.
Während eines Plaque-Assays wird eine konfluente Monoschicht von Wirtszellen mit einem lytischen Virus unbekannter Konzentration, die in Reihe mit einem zählbaren Bereich zwischen 5-100 Virionen verdünnt wurde, typischerweise infiziert. Infizierten Monoschichten werden dann mit einem Immobilisierungsmittel Deckungsmedium bedeckt, um eine virale Infektion von wahllos Ausbreitung durch entweder die mechanische oder konvektiven Strömung des flüssigen Mediums während der Virusvermehrung verhindern. Während feste oder halbfeste Overlays wie Agarose, Methylcellulose oder Carboxymethylcellulose (CMC) haben traditionell verwendet worden, haben Flüssigkeitsüberlagerungen eine zunehmend attraktive Alternative mit der Entwicklung von neuartigen flüssigen Overlays werden wie Avicel 5- 7. Plaque Assays Flüssigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Overlays haben mehrere Vorteile, wie das Overlay kann applbei Raumtemperatur und Auftragen und Entfernen IED erheblich. Als flüssige Overlays nicht Erwärmung erfordern, kann zart und hitzelabilen Viren auch beweisen, leichter Plaque.
Nach der Erstinfektion und Anwendung der immobilisierenden Overlay einzelnen Plaques oder Zonen der Zelltod wird, beginnen sich zu entwickeln, wie virale Infektion und Replikation in die Umgebung Monoschicht eingeschränkt. Infizierte Zellen wird die Replikation-Lyse-Infektionszyklus fortzusetzen, weitere Vermehrung der Infektion, was zu immer deutliche und diskrete Plaques. Je nach Virus Wachstumskinetik und Wirtszelle verwendet wird, eine sichtbare Plaques bilden normalerweise innerhalb von 2-14 Tagen. Cellular Monoschichten können dann mit einem Standard-Hellfeld-Mikroskop, um ohne weiteres zu identifizieren Plaques mit dem bloßen Auge gezählt werden, oder typischer fixiert und durch Neutralrot oder Kristall gewaltsamen gegengefärbt. Es gibt eine Vielzahl von Plaque Gegen Flecken vorhanden, die jeweils thEIR spezifische Vor- und Nachteile. Kristallviolett ist üblicherweise am Ort der Sammlung und nach der Fixierung / Entfernen der Auflage aufgenommen, wodurch eine rasche und ausgeprägte Gegenfärbung, die für die Identifizierung von sehr kleinen Plaques können, wenn gemischte Morphologie vorliegt. Neutral Rot hat den Vorteil der frühen Anwendung und ständigem Kontakt mit dem Overlay, so dass für die Live-Überwachung der Entwicklung von Plaque-Bildung, was besonders nützlich ist, wenn die Arbeit mit einem unbekannten Virus oder Replikationskinetik. Wir haben jedoch festgestellt, dass Färbung ist in der Regel nicht so deutlich bei der Verwendung von Neutralrot. 3- (4,5-Dimethylthiazol-2-yl) -2,5-Diphenyl-Tetrazolium-Bromid (MTT) bietet einige Vorteile, da die gelben Farbstoff Flecken lebende Zellen dunkelblau und viralen Plaques können ohne Entfernen der Auflage angerechnet werden mit Neutralrot. Der hohe Kontrast zwischen lebenden und toten Zellen durch MTT ergab ermöglicht auch die Erkennung von kleinen Plaketten zu einem früheren Zeitpunkt nach der InfektionObwohl Speicher würde immer noch die Entfernung des Overlay-8 erforderlich. Als Kristallviolett können einfach in einer Lösung aus Wasser und Alkohol hergestellt werden und bietet ein hohes Maß an Sensibilität für gemischten Plaquemorphologie, haben wir es als eine bevorzugte und vereinfachte Gegenfärbung ausgewählt für das Protokoll gezeigt, wie wir nutzen mehrere Familien gut dadurch Viren.
Nach Fixierung und Färbung der infizierten Zellmonolayer werden Plaketten um Virusstammproben im Hinblick auf die Plaque-bildenden Einheiten (PFU) pro Milliliter titrieren gezählt. Eine Protokollabfall sollte zwischen serielle Verdünnungen angemerkt werden, und je nach Plattengröße zwischen 5-100 Plaques gezählt, mit einer Negativkontrolle als Referenz verwendet. Statistisch Proben um 10% auf 100 Plaques gezählt beim Vergleich Probe repliziert 3 variieren. Der Vorteil der Verwendung von Plaque-Assays auf Virus-Titer zu bestimmen, liegt in ihrer Fähigkeit, die tatsächliche Anzahl der infektiösen Viruspartikel w quantifizierennnerhalb der Probe. Als mehrere Virionen könnte eine einzelne Zelle zu infizieren, ist die Terminologie der Einheiten über Virionen während der Plaque-Titration 1,2 verwendet.
Plaquemorphologie können dramatisch unter unterschiedlichen Wachstumsbedingungen und zwischen Virusspezies variieren. Plaquegröße, Klarheit, Grenz Definition und Verteilung sollten alle beachten, da sie wertvolle Informationen über die Wachstums- und Virulenzfaktoren des Virus in Frage stellen werden.
Grundprinzipien Plaque-Assay kann auch angepasst und in einer Reihe von verschiedenen Möglichkeiten, wie beispielsweise bei der Verwendung der Schwerpunkt bildet Assays (FFAs) modifiziert werden. FFS nicht auf Zell-Lyse und Gegenfärbung verlassen, um die Plaquebildung zu erfassen, sondern beschäftigen Immuntechniken, um intrazelluläre virale Proteine direkt zu erfassen durch getaggt Antikörper. Erhöhte Sensitivität, verringerte Inkubationszeiten nach Infektion und vor allem die Möglichkeit, zu quantifizieren nichtlytischen Viren sind alle verschiedenVorteile beim Einsatz von FFS. Während weit verbreitet, die kritischen begrenzenden Faktoren in FFAs gegenüber einem herkömmlichen Plaque-Assays besteht in der Notwendigkeit, geeignete Antikörper und die Fähigkeit, nur Sonde für die virale Proteinuntereinheiten und tatsächliche infektiösen Virionen 4.
Für die Zwecke dieser Studie werden wir unsere Diskussion auf klassische Plaque-Assays zu begrenzen und die Verwendung von traditionellen festen und halbfesten Overlays (Agarose und CMC), zusammen mit neuen flüssigen mikrokristalline Cellulose-Overlays.
Der wichtigste Faktor für eine erfolgreiche Plaque-Assay liegt in der Optimierung des Protokolls für die bestimmte Viruskultur in Frage Bedingungen erheblich variieren kann. Wichtige Punkte zu berücksichtigen sind: Gastgeber zelluläre Verträglichkeit mit dem Virus in Frage, geeigneten viralen Wachstumsbedingungen, ausreichende Verdünnung reicht, um genau zu differenzieren Plaketten und korrekte Überlagerung Auswahl und Färbung für die Zellen und Viren im Frage.
Während VEEV und RVFV sowohl unter sehr ähnlichen Bedingungen unter Verwendung von vielen der gleichen Wirtszellarten wachsen, Unterschiede in der Plaque-Morphologie und Wachstumskinetik erheblich variieren. Bei der Verwendung von Vero-Zellen für die Plaque-Assays, die traditionell als die Ausbreitung und die Indikator-Zelllinie für hämorrhagische Fieberviren und Alphaviren verwendet wurden, wächst VEEV typischerweise zu höheren Titern als RVFV und zeigt erhöhte Replikationskinetik, Entwicklung großer Uniform Plaques bei 48 hpi 4, 10-12. Im Gegensatz zu VEEV, RVFV erfordert 72 hpi und zeigt Plaques, die in der Regel wesentlich kleiner sind und in der Größe variabel.
Im Gegensatz zu RVFV und VEEV ist das Influenza-Virus hochWirtsZelle spezifisch und können schwer durch Gewebekultur fortpflanzen. Für das Influenza-Virus, Viruseintritt und Fusion normalerweise durch die Bindung von Zelloberflächenrezeptors mit dem viralen Glycoprotein hamagglutinin (HA), die den Eintritt in die Zielzelle durch Bindung mit der Wirtszelle α-Sialinsäure-Oberflächenrezeptor vermittelt eingeleitet. HA ist ein Glykoprotein, das trimere im Membranhülle aller Influenza-Viren vorhanden ist und erfordert Spaltung in die Untereinheiten HA1 und HA2 durch eine spezifische Wirtszelle Protease. Um das Problem weiter zu komplizieren, können diese Schnittstellen oft schwanken zwischen Virusstämmen 13. Da die Expression von Proteasen spalten kann HA ist auf bestimmte Gewebe beschränkt, Proteasen are häufig Zellkulturmedien, um die viralen Fusion und den Eintritt in die ausgewählte Wirtszelle 13 zu erleichtern zugegeben. TPCK-Trypsin ist ein Beispiel eines üblicherweise verwendeten Protease, die in der Zellkultur sowohl mit MDCK und Vero-Zellen verwendet wird: Erleichtern Multizyklus-Replikation (in Ermangelung einer Trypsin zu inaktivieren Serum) durch die proteolytische Aktivierung der viralen HA 14,15.
Wie in dieser Studie und andere zeigten, können Unterschiede in der viralen Lebenszyklen Overlay Selektionen, Plattenformate und Abholzeiten, mit erheblichen Abweichungen zwischen den unterschiedlichen Klassen und Arten von Viren beeinflussen. In unserer Studie zeigte Agarose Overlays klarer Plaques bei höheren Titern als entweder CMC oder flüssigen Overlays für beide RVFV und Influenza-B-Virus, Verstärkungs ihre Nutzbarkeit unter einer breiten Palette von Viren und Zelltypen. Mit einem niedrigen Endkonzentration von Agarose stark bei der Beseitigung der festen Stecker und vereinfachte Färbung unterstützt. CMC Gesamt demonstrierte die poorest Wirksamkeit als Overlay für alle drei getesteten Viren und produziert sehr klein und undeutlich Plaques für Influenza-B-Virus. Obwohl insgesamt CMC zeigten die am wenigsten wünschenswerte Eigenschaften, die Nutzung im schnell wachsenden und vorteil extrem virulenten Viren nachweisen konnten, wie es tat scheinen Plaquegröße mit nur einem minimalen Rückgang der Titer zu reduzieren. Die Flüssigkeit erwies sich als Überlagerung der vielseitigste daß sein war es extrem einfach herzustellen, erhöhte Leichtigkeit der Verwendung und war vergleichbar mit der in allen ausgewählten Viren Agarose. In einem höheren Durchsatz 96-Well-Platte-Format, Anlegen und Entfernen nicht aufgrund der Verfestigung wie bei herkömmlichen Überlagerungen verhindert wird, und sofern genaue und konsistente Ergebnisse. Eine Überlegung bei der Verwendung von flüssigen Überlagerungen liegt in der undurchsichtigen Färbung und die Unfähigkeit, die Plaquebildung zu überwachen, wenn die Platten nicht bis zum Sammelpunkt bewegt werden, begrenzen diese Anpassung an Viren mit bereits charakterisierten Replikationskinetik.
<pclass = "jove_content"> Kleinere Änderungen in der Plaque Assay-Bedingungen können die Ergebnisse erheblich verändern, und die Auswertung und Leistungsfähigkeit jedes neue System oder Technik ist immer gewährleistet. Während eine optimierte und standardisierte Plaque-Assay-Protokoll nicht für jede Situation gibt, unserem Bericht zeigen die Vielseitigkeit und Benutzerfreundlichkeit in der traditionellen als auch neuen flüssigen Overlays für Plaque-Assays, während eine ausreichende Basis für weitere Benutzer Modifikationen.The authors have nothing to disclose.
We would like to thank FMC BioPolymer USA for product samples of Avicel. This work was supported through the Defense Threat Reduction Agency grant HDTRA1-13-1-0005 to KK and the NIH research grant 1R15AI100001-01A1to KK.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
6-well CellStar plate for tissue culture | Greiner Bio-One | 658 160 | |
12-well CellStar plate for tissue culture | Greiner Bio-One | 665 180 | |
96-well CellStar plate for tissue culture | Greiner Bio-One | 655 180 | |
96-2ml deep well plate | USA Scientific | C15046314 | For serial dilutions |
DMEM | Quality Biologicals | 112 013 101 | Cell Media/Diluent |
2X EMEM for plaques | Quality Biologicals | 115 073 101 | Warm to 37 oC |
MEM 100X | Cellgro | 25 025 Cl | |
Sodium Pyruvate | Cellgro | 25 000 Cl | |
Penicillin Streptomycin | Gibco | 15140 122 | |
L-Glutamine | Gibco | 25030 081 | |
HyClone FBS | Thermo Scientific | SH30910.03 | Heat inactivate before use at 62 oC for 30 min |
Bovine Serum Albumin | Sigma Aldritch | A7030-50G | |
Trypsin TPCK | Sigma Aldritch | T1426-50mg | Make aliquots/Avoid freeze thawing |
HEPES | Gibco | 15630-080 | |
DEAE-Dextran | Sigma Aldritch | D9885-10G | |
Crystal Violet | Sigma Aldritch | C3886-25G | |
Formaldehyde Solution | Sigma Aldritch | F8775-500ml | |
Ethanol denatured Reagent Grade | Sigma Aldritch | 362808-1L | |
Avicel RC-591 NF | FMC BioPolymer USA | RC-591 NF | Shake vigorously when reconsitiuting for >30 min to homogenize |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 16500-100 | |
Carboxymethyl cellulose, Sodium Salt Medium Viscosity | Sigma Aldrich | C4888 |