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.
ここで説明するルシフェラーゼベースのアプローチは、その使いやすさ、素早さ、最小限の機器の必要性、および比較的低コストなど、他の既存の方法に比べて多くの利点を提供する。これに対する主要な貢献者は、シリアル希釈工程の回避である。それにもかかわらず、このプロトコルの連続希釈系誘導体は確かに実現可能であり、最近では、高スループットの抗ウイルススクリーン11におけるルシフェラーゼ発現エボラウイルス力価を評価した。本質的に時間がかかり、より高価ながら、必要に応じて、このような適応は、ウイルスの定量化のために大きなダイナミックレンジを提供することができる。ハイスループットスクリーニングの文脈においてウイルス力価を評価するために特によく適していることに加えて、私たちのワンステップルシフェラーゼベースのウイルスの定量法は、ウイルスを複製する場合には、感染性ビリオンの正確な推定値を生成する。さらに、同じ実験から、細胞毒性データとともに発光の読み出しは、よりを与える標的細胞に対する実験条件の影響の全体像は、腫瘍溶解性ウイルスおよび薬物スクリーニングの文脈において特に有用である。
ここに示した例では、複製する負の単鎖RNAウイルスを使用しています。しかしながら、このプロトコルは、いくつかのマイナーなプロトコルの調整にウイルスを複製および非複製の数に適合させることができる。これは、ワクシニア、HSV、およびAAV( 図5参照)のようなDNAウイルスを含む。例えば、そのようなワクシニアウイルスのような細胞内のウイルスに感染したサンプルは、前の定量化へのウイルスの放出工程( 例えば 、少なくとも1つの凍結-解凍サイクル)を必要とする。他のウイルスにこの手法を適用する場合、それはルミノメーターによりプレートの読み取りにウイルス上清または溶解物から転送インキュベーション時間を最適化する必要がある。このパラメータは、許容細胞系およびpの強度におけるウイルスの複製サイクルに主に依存するromoterルシフェラーゼ発現を駆動する。これは、最良の最適化ステップで完全な標準曲線を使用して行われる。これを行うためには、準備された標準曲線のさまざまな複製物との適切な許容細胞系に感染し、それぞれが異なる時点転写後に複製する読まなければなりません。理想的には、インキュベーション時点は期待サンプル力価範囲にわたるLOG(RLU)とLOG(力価)との間の線形関係をもたらすが選択される。 VSVΔ51-Fluc細胞の場合、これは典型的には10 4 PFU / mlの10 7 PFU / mlの5時間のインキュベーション時間。より低い又はより高い力価は試料から予想される場合、人は単に、それぞれ、インキュベーション時間を増大または減少させることができる。あるいは、サンプルは、ELISAのために典型的に行われる限り範囲内に入るように希釈することができる。
上述したように、この方法は、ステップのほとんどは自動化することができるように、薬物ライブラリーを用いてハイスループット薬物スクリーニングを行うのに適している。細胞は、電子をメッキすることができるfficiently自動マイクロディスペンサーを用いて、薬剤ライブラリは、96チャンネルの液体ハンドラーを使用して追加することができ、ウイルスは、マイクロプレートディスペンサーを使用して追加することができ、プレートを自動化された照度計を用いて読み取る。理論的には、これはまた、384ウェルまたは小さなフォーマットに適合させることができる。しかし、このための制限は、メッキすることができるセルの数、与えられた少数の細胞が(力価)の関係を記録するためにLOG(RLU)の直線で狭い範囲につながるです。最後に、レサズリンまたは他の代謝色素を用いて細胞生存率の評価は容易に抗ウイルススクリーンまたはウイルス12との組み合わせで相乗的殺傷をもたらす化合物の同定における細胞毒性化合物の識別を可能にする、ワークフローに組み込むことができる。それにもかかわらず、この方法の限界は常に可能なわけではないルシフェラーゼ導入遺伝子を発現するウイルスの要件、および十分に寛容な細胞株の利用可能性を含む。しかし、適応することが可能性が高い他のレポーター遺伝子と共に使用するための方法( 例えば 、GFP)をレポーターの定量方法は、信号対雑音比に適した線形性及び信号を有することを条件とする。全体的に、説明した高スループット方法は、多くの異なるウイルスに合わせて変更し、多様な用途に合わせて調整することができる。
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 |