שפעת וירוסים (IAVs) הם פתוגנים הנשימה מדבקת הגורמות מגיפה שנתית ומדי פעם גיפות. כאן, אנו מתארים פרוטוקול לעקוב אחר זיהומים ויראליים בvivo באמצעות רומן רקומביננטי לוציפראז והבעת הביטוי הדו-כתבת b IAV (בירפעת). גישה זו מספקת לחוקרים כלי מצוין כדי ללמוד IAV ב-vivo.
שפעת וירוסים (IAVs) לגרום למחלת הנשימה האנושית הקשורה להשלכות בריאותיות וכלכליות משמעותיות. כמו בווירוסים אחרים, לימוד IAV דורש שימוש בגישות משניות מפרך כדי לזהות נוכחות של הנגיף בתאים נגועים ו/או במודלים של בעלי חיים של זיהום. מגבלה זו בוטלה לאחרונה עם הדור של רקומביננטי IAVs המבטא בקלות הניתן למעקב פלורסנט או ביולוסנטי (לוציפראז) כתבת חלבונים. עם זאת, החוקרים נאלצו לבחור את הגנים פלורסנט או ללוציפראז העיתונאי בשל הקיבולת המוגבלת של הגנום iav לרבות רצפים זרים. כדי להתגבר על מגבלה זו, יצרנו רקומביננטי שכפול מוסמך bi-עיתונאי IAV (BIRFLU פעת) באופן מצער ביטוי הן פלורסנט ו לוציפראז כתבת גן כדי לעקוב בקלות זיהומים IAV ב מבחנה ובvivo. למטרה זו, מקטעי ויראלי שאינם מבניים (NS) ו hemagglutinin (HA) קטעים ויראליות של שפעת A/פורטו ריקו/8/34 H1N1 (PR8) שונו כדי לקודד את ונוס פלורסנט ואת ביולומיאואואוראז החלבונים לוציפראז, בהתאמה. כאן, אנו מתארים את השימוש BIRFLU במודל העכבר של זיהום IAV וזיהוי של שני גנים הכתב באמצעות מערכת הדמיה vivo. בעיקר, ראינו מתאם טוב בין הביטויים של כתבים ושכפול נגיפי. השילוב של טכניקות חדשניות בביולוגיה מולקולרית, מחקר בעלי חיים וטכנולוגיות דימות, מספק לחוקרים את ההזדמנות הייחודית להשתמש בכלי זה למחקר שפעת, כולל חקר האינטראקציות של וירוס-מארח ודינמיקה של זיהומים ויראליים. חשוב מכך, הכדאיות כדי גנטית לשנות את הגנום הנגיפי כדי לבטא שני גנים זרים מקטעים נגיפי שונים פותח את ההזדמנויות להשתמש בגישה זו עבור: (i) הפיתוח של הרומן IAV חיסונים, (ii) הדור של רקומביננטי Iav כי יכול לשמש כוקטורים החיסון לטיפול של זיהומים אחרים הפתוגן האנושי.
שפעת וירוס (IAV) הוא מעטפת מחולקת אחד תקוע התחושה שלילית וירוס RNA של המשפחה Orthomyxo, 1,2,3. ארגון הבריאות העולמי (אשר) מעריך 3-5 מיליון מקרי שפעת שנתיים ומעל 250,000 מקרי מוות משפעת ברחבי העולם4,5,6. קבוצות החשופות במיוחד לשפעת הן הקשישים, האנשים הסובלים מחיסוני וילדים7,8,9,10,11. למרות החיסונים זמינים ומייצגים את ההתערבות הנפוצה והיעילה ביותר נגד זיהום נגיפי, iav מסוגל במהירות להתפתח ולברוח החסינות הקיימת3,12,13, מיכל בן 14 , 15. הופעתה מחדש של זן H1N1 מגיפה ב 2009 והופעתה של iav הפתוגני חוזר האיום המתמיד על בריאות הציבור האנושי ברחבי העולם4,16.
במהלך מגיפה או מגיפה, חיוני לקבוע במהירות את הפתוגניות ואת הקבילות של וירוסים מבודדים לאחרונה. טכניקות זמינות כיום כדי לזהות את הווירוס הם זמן רב ולפעמים דורשים שימוש בגישות מפרך, אשר יכול לעכב את השלמת הניתוחים17,18,19,20. יתר על כן, הנוכחות הנגיף הנוכחי קשה לשנות את היקף, אשר יכול להיות הכרחי במהלך האירוע של התפרצות. לבסוף, השימוש במודלים בעלי חיים מאומתים של זיהום, כגון עכברים, שרקנים וחמוסים משמשים באופן שגרתי והם חיוניים בלימוד דלקות שפעת, תגובות החיסון, ואת היעילות של חיסונים חדשים ו/או antivirals. עם זאת, מודלים אלה הם מגבילים בשל חוסר יכולת להתבונן הדינמיקה הנגיפית בזמן אמת; זה מגביל את המחקרים לדימות סטטי של זיהומים ויראליים21,22,23,24,25. בעלי חיים ששימשו באותם מוסר מורדמים גם על מנת לקבוע עומס נגיפי, ובכך להגדיל את מספר בעלי החיים הנדרשים להשלים את המחקרים26. כדי לעקוף את כל המגבלות האלה, חוקרים רבים להסתמך על השימוש רקומביננטי שכפול-המוסמכת, כתב iavs המבטא, אשר מסוגלים האצת virological בחני וגילוי עומס ויראלי הפצת ב vivo בזמן אמת26 ,27,28,29,30,31,32,33,34,35 ,36,37,38,39,40,41. חשוב מכך, אלה ביטוי הכתב iavs מסוגלים לשכפל באופן דומה מסוג פראי (WT) iavs בתרבות התא במודלים של בעלי חיים של זיהום33,42.
חלבונים פלואורסצנט וביולומינטי הם שתי מערכות עיתונאי המשמשות בדרך כלל על ידי חוקרים בשל רגישותם, יציבותו וקלות השימוש. בנוסף, יש תמיכה עצומה וקידום בטכנולוגיית פלורסנט לגילוי חלבון biלומילנט43,44,45,46,47,48 . חלבונים פלורסנט ו לוציפראז יש מאפיינים שונים המאפשרים להם זוהר, במיוחד שונות כמה מדינות נרגש נוצרות וכיצד emittance מזוהה43,44,45, 46,47,48. חלבונים פלורסנט מתרגשים לראשונה על ידי קליטת אנרגיה, אשר שוחרר לאחר מכן כאור באורך הגל שונה כמו מולקולות ירידה למצב אנרגיה נמוכה43. מצד שני, הביולומינסנציה נגזרת מתגובת מיקרופון כימית המערבת מצע, חמצן, ולפעמים ATP כדי לייצר אור45. בשל המאפיינים השונים של שני סוגים אלה של חלבונים כתבת, אחד אולי יותר יתרון מהשני בהתאם לחקר העניין. בעוד חלבונים פלורסנט משמשים באופן נרחב כדי להתבונן לוקליזציה הסלולר28,41, שלהם אותות vivo יש עוצמה מספקת והם מטושטשים לעתים קרובות על ידי פלואורסצנטית אוטומטי ב-live רקמות49. לכן, החוקרים להסתמך על לוציטיות כדי להעריך דינמיקה נגיפית באורגניזמים חיים, למרות חלבונים פלורסנט יכול להיות מועדף עבור ex vivo לימודים50,51,52,53. בניגוד חלבונים פלורסנט, לוציפרטיות נוח יותר עבור במחקרים vivo וישימה יותר בגישות שאינן פולשנית26,27,28,29,30 , מיכל בן 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 54. בסופו של דבר, מבוסס על סוג של המחקר, החוקרים חייבים לבחור בין השימוש של פלורסנט או חלבון עיתונאי לוציא כמו הבדיקה שלהם, אשר נושאים את המחקר שלהם לסחר-off של פונקציונליות ורגישויות, ובאופן חמור מגביל את התועלת של וירוסי העיתונאי הרקומביננטי. יתר על כן, יש חששות לגבי הקורלציה בין הביטוי של גנים עיתונאי שונים באמצעות מערכות האור או לוציפראז ויראלי שכפול או הפצה, אשר עלול לסכן את הפרשנות של הנתונים שהושגו עם הבעת הכתבת לכתב.
יש לנו להתגבר על מגבלה זו על ידי יצירת רקומביננטי שכפול מוסמך bi-עיתונאי iav (birflu פעת) כי מקודד עבור פלורסנט הן חלבון ללוציפראז באותו גנום נגיפי55 (איור 1). כאן, הננו לוציפראז (nluc), חלבון ביולומינינט קטן ובהיר48, הוכנס במעלה הזרם של הרצף hemagglutinin (ha) בקטע של ויראלי של שפעת a/פורטו ריקו/08/1934 H1N1 (PR8)24,33, 40,55,56,57. בנוסף, ונוס, חלבון פלורסנט monomeric בשימוש תכוף, הוכנס לתוך לא מבנית (NS) קטע נגיפי32,33,36,41,55. מאז בירשפעת מקודד עבור הגנים הן פלורסנט וללוציפראז כתבת, או האות חלבון הכתב יכול לשמש כבדיקה כדי לקבוע שכפול נגיפי והפצת במבחנה או vivo55. פרטים נוספים על הדור ובתחום החוץ או באפיון vivo של בירפעת ניתן למצוא בפרסום האחרון שלנו55. בירפעת ניתן להשתמש כדי לבחון את האפקטיביות של תרופות אנטי ויראליות או לנטרל נוגדנים באמצעות פלורסנט הרומן-ו ביולומינט מבוססי מיקרורומיליזציה שיטת55. יתר על כן, בירפעת יכול לשמש גם כדי להעריך דינמיקה נגיפית במודל העכבר של זיהום55. בכתב יד זה, אנו מתארים את ההליכים לאפיין BIRFLU55 בתחום החוץ הגופית וכיצד ללמוד זיהום בירפעת בעכברים באמצעות מערכות הדמיה vivo איננסנציה לאיתור nluc ב vivo או של ונוס ex vivo.
השילוב של טכניקות חדשניות בביולוגיה מולקולרית, מחקר בעלי חיים וטכנולוגיות הדמיה, מביא לחוקרים את ההזדמנות הייחודית להשתמש BIRFLU עבור מחקר IAV, כולל המחקר של האינטראקציות וירוס מארח, דינמיקה של זיהום נגיפי; התפתחות החיסון הרומן גישות לטיפול הטיפולית של זיהומים IAV או שימוש פוטנציאלי של IAV כמו וקטור החיסון לטיפול בדלקות פתוגן אחרות.
החוקרים סמכו על רקומביננטי עיתונאי-הבעת וירוסים ככלי מולקולרי חיוניים כדי להבין ולהרחיב על ההבנה הנוכחית של שכפול נגיפי הפתוגנזה26,27,28, בן 29 , בן 30 , מיכל בן 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 54. גנים העיתונאי המועדף ביותר הם לוציטיות וחלבונים פלורסנט, בעיקר בשל ההתקדמות הטכנולוגית בזיהוי שלהם, פיתוח של גרסאות משופרות, ואיתור על ידי טכנולוגיות הדמיה43 , 44 , 45 , 46 , 47 , 48. רקומביננטי וירוסים העיתונאי משמשים לעתים קרובות כדי להאיץ virological assays, ללמוד את הדינמיקה של וירוסים בתחום החוץ ובvivo, וכיצד לבדוק את האפקטיביות של החיסון כרגע או חדש וגישות טיפוליות26, 27,28,29,30,31,32,33,34,35, 36,37,38,39,40,41,54. למרבה הצער, במקרה של iav, מחקרים בעבר הוגבלה לביטוי של גן עיתונאי יחיד, אשר מעכבת את סוג המחקר שיכול להתבצע 26,27,28,29 , בן 30 , מיכל בן 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 54. כדי למנוע מגבלה זו, יצרנו iav שכפול מוסמך bi-כתב כי מבטא nluc לוציפראז ו חלבון פלורסנט של ונוס (בירפעת).
בדוח זה, אנו מתארים את האפיון של מבחנה בירפעת וגישות ניסיוני להשתמש BIRFLU לעקוב אחר זיהום נגיפי בvivo באמצעות מודל העכבר של זיהום IAV. בירשפעת נלוק ו ונוס בקורלציה עם titers נגיפי. בנוסף, בירפעת נשאר יציב והמשיך לבטא את שני גנים העיתונאי לאחר שהחלים מן הריאות של עכברים נגועים. גישה זו מספקת לחוקרים הזדמנות מצוינת ללמוד IAV בתאים מתורבתים ובדגמי בעלי חיים, כולל זיהוי ופיתוח חלופות טיפוליות חדשות לטיפול בדלקות IAV.
למרות בירשפעת נוצר באמצעות עמוד השדרה של PR8, אחרים רקומביננטי iav באמצעות סוג שונה, סוג או נגיפי הזנים שדרות יכול להיווצר באמצעות אותה גישה ניסויית. כמו כן, בדוח זה תיארנו את ההליכים הניסיוניים לשימוש ב בירפעת במודל העכבר של IAV. עם זאת, בירפעת יכול להיות טכנולוגיה רבת ערך להערכת זיהום IAV במודלים אחרים בעלי חיים.
The authors have nothing to disclose.
מחקר על וירוס שפעת במעבדה LM-S ממומן באופן חלקי על ידי ניו יורק שפעת מרכז המצוינות (NYICE) (NIH 272201400005C), חבר מרכזי NIAID של מצוינות עבור מחקר שפעת ומעקב (CEIRS) חוזה לא. HHSN272201400005C (NYICE) ועל ידי משרד הביטחון (משרד ההגנה) עמית נבדקו תוכנית מחקר רפואי (PRMRP) מענק W81XWH-18-1-0460.
12-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 665102 | |
24-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 662160 | |
6-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 657160 | |
96-well Cell Culture Plate | Greiner Bio-one | 655-180 | |
Adobe Photoshop CS4 | Adobe | This software is used in 3.1.10 and 4.4.7 | |
Bovin Albumin solution (BA) | Sigma-Aldrich | A7409 | Store at 4° C |
Bovin Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647 | Store at 4 °C |
Cell Culture dishes 100mm | Greiner Bio-one | 664-160 | |
ChemiDoc MP Imaging System | BioRad | This instrument is used in 4.4.7 | |
Crystal Violet | Thermo Fisher Scientific | C581-100 | Store at Room temperature |
Dounce Tissue Grinders | Thomas Scientific | 7722-7 | |
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) | Corning Cellgro | 15-013-CV | Store at 4 °C |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Seradigm | 1500-050 | Store at -20 °C |
Five- to seven-week-old female BALB/c mice | National Cancer Institute (NCI) | 555 | |
Isoflurane | Baxter | 1001936040 | Store at Room temperature |
IVIS Spectrum | PerkinElmer | 124262 | This instrument is used for in vivo imaging (4.2 and 4.3) |
IX81 Motorized Inverted Microscope | Olympus | Olympus IX81 | |
Living Image 4.7.2 software | PerkinElmer | This instrument is used for in vivo imaging (4.2 and 4.3) | |
Lumicount | Packard | This instrument is used for quantifying luciferase activity (3.2.6) | |
Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) epithelial cells | ATCC | CCL-34 | |
Monoclonal Antibody anti-NP Influenza A Virus HB-65 | ATCC | H16-L10-4R5 | Store at -20 °C |
Nano-Glo Luciferase Assay Reagent | Promega | N1110 | This reagent is used to measure Nluc activity. Store at -20 °C |
Neutral Buffered Formalin 10% | EMD | 65346-85 | Store at RT |
Nunc MicroWell 96-Well Microplates | Thermo Fisher Scientific | 269620 | |
Penicillin/Streptomycin (PS) 100x | Corning | 30-00-CI | Store at -20 °C |
Penicillin/Streptomycin/L-Glutamine (PSG) 100x | Corning | 30-009-CI | Store at -20 °C |
Retiga 20000R Fast1394 Camera | Qimaging | Retiga 2000R | |
Scanner | HP | ||
Texas Red-conjugated anti-mouse -rabbit secondary antibodies | Jackson | 715-075-150 | Store at -20 °C |
Tosylsulfonyl phenylalanyl chloromethyl ketone (TPCK)-treated trypsin | Sigma-Aldrich | T8802 | Store at -20 °C |
Triton X-100 | J.T.Baker | X198-07 | Store at RT |
Vmax Kinetic plate reader | Molecular Devices |