This article presents a high-throughput luciferase expression-based method of titrating various RNA and DNA viruses using automated and manual liquid handlers.
Standard plaque assays to determine infectious viral titers can be time consuming, are not amenable to a high volume of samples, and cannot be done with viruses that do not form plaques. As an alternative to plaque assays, we have developed a high-throughput titration method that allows for the simultaneous titration of a high volume of samples in a single day. This approach involves infection of the samples with a Firefly luciferase tagged virus, transfer of the infected samples onto an appropriate permissive cell line, subsequent addition of luciferin, reading of plates in order to obtain luminescence readings, and finally the conversion from luminescence to viral titers. The assessment of cytotoxicity using a metabolic viability dye can be easily incorporated in the workflow in parallel and provide valuable information in the context of a drug screen. This technique provides a reliable, high-throughput method to determine viral titers as an alternative to a standard plaque assay.
Classical viral plaque assays continue to be a mainstay in virus research even though they can be notoriously time-consuming and constitute a significant bottleneck to obtaining results from experiments. More rapid indirect virus quantification methods have emerged including quantitative polymerase chain reaction (qPCR), ELISA, and flow cytometry1-4. Recent innovations such as the Virocyt virus counter can directly count viruses using advanced flow sorting technology and through a combination of protein and DNA/RNA dyes5. While all of these methods have undoubtedly quickened the pace of virus research, each method has its advantages and drawbacks. For example, qPCR can allow for quantification of specific viral genome sequence but cannot effectively discriminate infectious from defective virions6. ELISAs can be very specific however require a suitable antibody against the desired target viral protein and can be very expensive. While flow cytometry technology offers many advantages and has improved significantly, throughput and accessibility to highly specialized equipment nonetheless remains a hurdle. Importantly, all of these techniques are not ideally suited for high-throughput screening, for which the ease and time requirement of the virus quantification step is of critical importance.
Here we describe a high-throughput and easily automatable technique to titer viruses that express a Firefly luciferase (Fluc) transgene. This method generates approximate viral titers in a test sample based on luminescence signal reads through the parallel use of a standard curve of known amounts of virus. Samples containing unknown quantities of luciferase-expressing virus are transferred on to a permissive “plaquing” cell line in parallel with the standard virus dilution curve and virus-associated luminescence is read after a few hours incubation time. This allows for rapid, quantitative, often same-day generation of results, unlike classic plaque assay protocols which typically require several days of incubation in order to manually count visible plaques7-9.
The protocol outlines the steps of our titration method using oncolytic Vesicular Stomatitis Virus encoding a Fluc transgene (VSV∆51-Fluc) as an example and provides an overview of 1. Sample preparation 2. The plating of a permissive cell line for virus titration using an automated dispenser 3. The preparation of the viral standard curve 4. The transfer of the sample supernatants onto the permissive cell line using a 96-well manual pipettor 5. The assessment of sample cytotoxicity using a cell viability reagent 6. The preparation of the luciferin substrate 7. Reading of bioluminescence and 8. Data analysis.
Burada açıklanan lusiferaz bazlı bir kolaylığı, hız, en az ekipman gerekir, ve nispeten düşük maliyetle de dahil olmak üzere, diğer mevcut yöntemlere göre bir çok avantaj sağlamaktadır. Bu kadar önemli bir katkı, bir seri seyreltme adım kaçınma olduğunu. Bununla birlikte bu protokolün seri seyreltme esaslı türevler, kesinlikle mümkün olan ve son zamanlarda, yüksek verimli bir anti-viral Ekran 11-lusiferaz sentezleyen Ebola titrelerini ölçmek için kullanıldı. Doğal olarak daha fazla zaman alıcı ve daha pahalı olsa da gerektiğinde, bu tür uyarlamalar viral ölçümü için daha fazla dinamik aralık sağlayabilir. , Yüksek verimli taramalara bağlamında, viral titreleri değerlendirmek için özellikle uygun olmasına ek olarak, bizim tek aşamalı bir lusiferaz dayanılarak viral ölçme yöntemi virüs çoğaltma durumunda, enfeksiyonlu viryon doğru tahminlerini oluşturur. Bundan başka, aynı deneyden sitotoksisite verileri ile birlikte bir parlaklık okumaları daha eldehedef hücreler üzerinde deney koşullarının etkisinin tam resmi, onkolitik virüs ve ilaç ekranlarının bağlamında özellikle kullanışlıdır.
Burada gösterilen örnek kopyalayan Negatif tek iplikli RNA virüsü kullanır; Bununla birlikte, bu protokol birkaç küçük ayarlamalar ile protokol virüs çoğalmasını ve replike edici olmayan bir dizi şekilde ayarlanabilir. Bu, Vaccinia, HSV ve AAV (bakınız Şekil 5) gibi maddeler, DNA virüslerini içerir. Örneğin vaccinia virüsü gibi hücre içi virüs ile enfekte numuneler önce, miktar (örneğin, en az bir dondurma-çözme çevrimi) için bir virüs bırakma adımı gerektirir. Diğer virüsler için bu tekniği uygulandığında, lüminometre ile plakaların okuma viral süpernatan veya lizat transfer kuluçka süresinin optimize edilmesi gereklidir. Bu parametre izin veren hücre hattında virüsün replikasyon döngüsü ve p gücü esas bağlı olacaktırromoter lusiferaz ekspresyonunu tahrik. Bu en iyi duruma getirme aşamasında tam bir standart eğri kullanılarak yapılır. Bunu yapmak için, bir hazırlanan standart eğri çeşitli çoğaltır ile uygun müsamahakâr hücre hattı bulaştırmak ve post-devret işaret her bir farklı bir zamanda çoğaltmak okumak gerekir. İdeal olarak, bir kuluçka zaman noktası beklenen örnek titre aralığı kapsayan LOG (RLU), ve log (titre) arasında doğrusal bir ilişki yol açar seçilir. VSVΔ51-Fluc için, bu tipik olarak 4 ila 10 pfu / mL -10 7 pfu / ml, 5 saat inkübasyon süresi için. Düşük veya yüksek titreleri numunelerden beklenen varsa, biri sadece sırasıyla artırmak veya kuluçka süresini azaltabilir. Alternatif olarak, örnekler, ELISA için tipik olarak yapıldığı gibi daha aralığına düşecek şekilde seyreltilebilir.
Yukarıda belirtildiği gibi, bu yöntem de en adımların otomatik edilebilir ilaç kütüphaneleri kullanılarak yüksek verimli ilaç ekranlar gerçekleştirmek için uygundur. Hücreler e kaplı olabilirfficiently otomatik bir mikro dağıtıcısı kullanılarak ilaç kütüphane 96 kanallı bir sıvı tutucu yolu ile eklenebilir, virüs bir mikro-dağıtıcı kullanılarak ilave edilebilir ve plakalar, bir otomatik luminometre kullanılarak okundu. Teorik olarak, bu da 384-kuyucuklu bir veya daha küçük formatlarda adapte edilebilir; Bununla birlikte, bu amaçla sınırlama kaplama olabilir hücre sayısı, verilen daha az hücre (titre) ilişki için kullanılacak günlük (RLU) arasında doğrusal olarak dar bir aralığı sebep olur. Son olarak, Resazurin ve diğer metabolik boyalar kullanılarak hücre canlılığı değerlendirmesi kolay virüs 12 ile kombinasyon halinde sinerjistik bir antiviral öldürülmesine yol ekranlar ya da bileşiklerin tanımlanması sitotoksik bileşiklerin ayrım sağlayan, iş akışı içinde dahil edilebilir. Bununla birlikte, bu yöntemin sınırlamaları her zaman mümkün değildir, bir lusiferaz transgen ifade virüs, gereksinimi ve yeterince izin veren hücre hattının durumunu içerir. Bununla birlikte, adapte etmek mümkündür muhtemeldirDiğer raportör gen ile birlikte kullanılmak için olan yöntem (örneğin GFP) raportör ölçme yöntemi gürültü oranı için uygun bir doğrusallık ve sinyal sahip olması koşuluyla. Genel olarak, anlatılan yöntem, yüksek verimli bir çok farklı virüs uyacak şekilde değiştirilebilir ve farklı uygulamalar için uygun olabilir.
The authors have nothing to disclose.
Vanessa Garcia is funded by a Queen Elizabeth II Ontario Graduate Scholarship in Science and Technology and Cory Batenchuk by a Natural Sciences and Engineering Research Council fellowship.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Dulbeccos' Modified Eagle's Medium (DMEM) | Corning | SH30243.01 | |
Fetal Bovine Serum | NorthBio Inc. | NBSF-701 | |
Phosphate buffered saline | Corning | 21-040-CV | |
HEPES | Fisher Scientific | BP310-1 | Prepare a 1mM solution, pH 7.3 |
alamarBlue | AbD Serotec | BUF012B | |
D-Luciferin potassium salt | Biotium | 10101-2 | |
96-well solid white flat bottom polystyrene TC-treated microplates | Corning | 3917 | 384-well plates can also be used for higher throughput |
Synergy Mx | BioTek | SMTBL | Monochromator microplate reader |
Liquidator96 | Mettler Toledo | LIQ-96-200 | 96 tip manual pipetting system |
Liquidator96 LTS Tips sterilized with filters | Mettler Toledo | LQR-200F | Any sterile filtered tips compatible with pipettors of choice are appropriate |
Microflo | BioTek | 111-206-21 | Used to plate cells in a 96 well plate |
Fluoroskan Ascent FL | Thermo Scientific | 5210450 | Microplate fluorometer |