Summary

Применение псевдовируса Ha-CoV-2 для быстрого количественного определения вариантов SARS-CoV-2 и нейтрализующих антител

Published: September 08, 2023
doi:

Summary

В этом протоколе описывается применение нового гибридного псевдовируса альфавируса SARS-CoV-2 (Ha-CoV-2) в качестве платформы для быстрой количественной оценки инфекционности вариантов SARS-CoV-2 и их чувствительности к нейтрализующим антителам.

Abstract

Пандемия коронавирусной инфекции 2019 г. (COVID-19) выявила необходимость экспресс-анализов для точного измерения заразности новых вариантов SARS-CoV-2 и эффективности нейтрализующих антител, индуцированных вакциной, против вариантов вируса. Эти анализы необходимы для эпиднадзора за пандемией и валидации вакцин и бустерных доз, специфичных для конкретных вариантов. В данной статье демонстрируется применение нового гибридного псевдовируса альфавируса SARS-CoV-2 (Ha-CoV-2) для быстрой количественной оценки инфекционности варианта SARS-CoV-2 и индуцированных вакциной нейтрализующих антител к вариантам вируса. Ha-CoV-2 представляет собой вирусоподобную частицу SARS-CoV-2, состоящую из вирусных структурных белков (S, M, N и E) и генома РНК с быстрой экспрессией, полученного из альфавируса Семликского леса (SFV). Ha-CoV-2 также содержит зеленый флуоресцентный белок (GFP) и репортерные гены люциферазы, которые позволяют быстро количественно оценить инфекционность вируса. В качестве примера можно количественно оценить инфекционность вариантов SARS-CoV-2 Delta (B.1.617.2) и Omicron (B.1.1.529), а также измерить их чувствительность к нейтрализующим антителам (27VB). Эти примеры демонстрируют огромный потенциал Ha-CoV-2 в качестве надежной платформы для быстрого количественного определения вариантов SARS-CoV-2 и их восприимчивости к нейтрализующим антителам.

Introduction

По состоянию на май 2023 г. в настоящее время зарегистрировано более 766миллионов случаев COVID-191. Несмотря на всемирные кампании вакцинации, SARS-CoV-2 постоянно циркулирует и заражает людей, в основном из-за появления новых вариантов, таких как «Дельта» (B.1.617.2) и «Омикрон» (B.1.1.529), которые вызывают новые волны инфекции 2,3,4. Учитывая, что SARS-CoV-2 постоянно эволюционирует, важно разработать быстрые тесты, которые могут точно измерить заразность новых вариантов и эффективность нейтрализующих антител, индуцированных вакциной, против этих вариантов. Эти анализы необходимы для эпиднадзора за пандемией и для определения эффективности вакцин и их бустерных доз, специфичных для конкретных вариантов.

Из-за высокой контагиозности SARS-CoV-2 Центр по контролю и профилактике заболеваний (CDC) требует, чтобы изучение SARS-CoV-2 и его вариантов проводилосьв учреждениях уровня биобезопасности (BSL) 3 5,6. Это требование BSL-3 ограничивает использование живых вирусов для количественной оценки заразности вариантов вируса и их нейтрализующих антител в обычных исследовательских и клинических лабораториях. Кроме того, традиционные анализы на нейтрализацию SARS-CoV-2, такие как анализы на основе бляшек или цитопатических эффектов с использованием репликационно-компетентных живых вирусов, отнимают много времени и требуют длительных инкубационных периодов7. Для количественной оценки эффективности нейтрализующих антител было разработано несколько псевдовирусов SARS-CoV-2 с псевдотипом спайкового (S) белка 8,9,10,11,12. В SARS-CoV-2 S-белок является основным белком, опосредующим проникновение вируса13, и основным антигеном, используемым в вакцинах против SARS-CoV-2 9,10,14,15,16. Псевдотипированные вирионы S-белка, такие как вирионы вируса везикулярного стоматита (VSV-G) или лентивируса, были использованы для количественного определения нейтрализующих антител 17,18,19. Тем не менее, псевдовирусу, основанному на лентивирусе, обычно требуется от 2 до 3 дней инфекции для количественной оценки репортерных сигналов. Псевдовирусные системы на основе VSV часто содержат остаточные вирусы VSV, что может привести к высокому уровню ложноположительных результатов и, как правило, требует24 ч заражения 20.

Новая псевдовирусная система SARS-CoV-2, гибридный альфавирус-псевдовирус SARS-CoV-2 (Ha-CoV-2), была недавно разработана Hetrick et al12. Ha-CoV-2 представляет собой новый инструмент для быстрой количественной оценки инфекционности вируса и чувствительности вируса к нейтрализующим антителам в обычных лабораториях BSL-2. Структурно Ha-CoV-2 напоминает вирионную частицу SARS-CoV-2, состоящую из структурных белков SARS-CoV-2, включая S-белок (S), мембрану (M), нуклеокапсид (N) и оболочку (E), и нет структурного белка у других вирусов. Кроме того, частица Ha-CoV-2 содержит быстро экспрессирующийся геном РНК альфавируса для быстрой репортерной экспрессии в клетках. Было показано, что Ha-CoV-2 быстро измеряет нейтрализующую активность антител в сыворотках вакцинированных и выздоравливающих лиц12. Как показали Hetrick et al., при сравнении с псевдовирусом SARS-CoV-2 на основе лентивируса в анализе с течением времени, Ha-CoV-2 экспрессировал репортера Luc уже через 2-4 ч после заражения, в то время как лентивирус-псевдовирус экспрессировал Luc через 24 ч12. Кроме того, потенциальное применение вариантов Ha-CoV-2 для количественного определения нейтрализующих антител дополнительно демонстрируется с использованием стандартного моноклонального нейтрализующего антитела 27BV (см. дополнительный рисунок 1)12. В данной работе подробно описывается использование платформы Ha-CoV-2 для быстрой количественной оценки инфекционности вариантов SARS-CoV-2 на примере вариантов «Дельта» (B.1.617.2) и «Омикрон» (B.1.1.529). Кроме того, потенциальное применение вариантов Ha-CoV-2 для количественного определения нейтрализующих антител дополнительно демонстрируется с использованием стандартного моноклонального нейтрализующего антитела 27BV12.

Protocol

1. Сборка вирусов и вирусных частиц Переносчики: Приобретите векторы экспрессии для SARS-CoV-2 M, E или N, а также SARS-CoV-2 S (дикого типа, Wt), Delta (B.1.617.2) и Omicron (B.1.1.529) на коммерческой основе.ПРИМЕЧАНИЕ: Белковые последовательности векторов экспрессии приведены в Дополнительном файле 1. Поставщика этих векторов выражений также можно найти в таблице материалов. Клетки и клеточная культура: Поддерживайте HEK293T клеток в модифицированной среде Eagle’s Medium (DMEM) Dulbecco, содержащей 10% термически инактивированную эмбриональную бычью сыворотку (FBS), 50 ЕД/мл пенициллина и 50 мкг/мл стрептомицина.ПРИМЕЧАНИЕ: Все работы с клеточными культурами должны выполняться в шкафу биобезопасности с ламинарным воздушным потоком. Для трансфекции полиэтиленимина (PEI) обычно требуется 5-6 часов инкубации. Время начала необходимо тщательно продумать заранее. Сборка вирусов и котрансфекция на основе PEI: Сборка частиц Ha-CoV-2 путем котрансфекции HEK293T клеток. Засевают клетки в чашку Петри с 10 см клеточной культуры (4-5 x 10,6 клеток в чашке) в 10 мл полной среды DMEM за день до котрансфекции. В этом исследовании три чашки Петри используются для посева клеток для сборки Ha-CoV-2 дикого типа, «Дельты» и «Омикрона» соответственно. Чашки Петри инкубируют в течение ночи в инкубатореСО2 при температуре 37 °C. На следующее утро проверьте посуду, чтобы убедиться, что ячейки сливаются на 80%. Удалите всю среду и замените ее 9 мл среды, не содержащей сыворотки DMEM. Для каждого блюда приготовьте смесь для котрансфекции с 2,5 мкг каждого из векторов экспрессии структурных белков SARS-CoV-2 (N, E, M), 10 мкг pAlphaPro-Luc-GFP-PreΨ (геном HaCoV2) и 2,5 мкг вектора экспрессии S-белка, вариантов Delta или Omicron S, и 45 мкл реагента для трансфекции на основе PEI. Дайте котрансфекционной смеси образовать комплексы, инкубируя в течение 13 мин (не инкубируйте дольше 30 мин). После инкубации медленно добавляйте котрансфекционную смесь в каждую чашку Петри, капля за каплей. Поместите посуду в инкубатор CO2 при температуре 37 °C на 6 ч. Через 6 ч удалите ДМЭМ без сыворотки и замените его полной средой ДМЭМ. Собирают вирус через 48-60 ч после котрансфекции. Сбор и хранение вирусов: Сбор частиц через 48 ч после котрансфекции. Отделите клетки путем многократного пипетирования по поверхности монослоя и соберите клетки из каждой чашки, поместите в центрифужные пробирки объемом 15 мл и центрифугируйте при 400 x g в течение 5 минут. Соберите надосадочную жидкость и пропустите ее через фильтр 0,22 мкМ. Храните псевдовирус Ha-CoV-2 при температуре -80 °C. 2. Анализ на вирусную заразность Клетки и клеточная культура: Поддерживайте клетки HEK293T(ACE2/TMPRSS2) в модифицированной среде Eagle’s (DMEM) Dulbecco, содержащей 10% термоинактивированного FBS, 50 единиц/мл пенициллина и 50 мкг/мл стрептомицина. Посев клеток HEK293T(ACE2/TMPRSS2): За день до анализа на вирусную инфекционность высевают клетки HEK293T(ACE2/TMPRSS2) в 96-луночный планшет в 50 мкл полной среды DMEM. Для каждой 96-луночной пластины засейте 2,5 x 104 ячейки в каждую лунку, а всего для одной пластины необходимо 2,5 x 106 ячеек. Поместите 96-луночный планшет в инкубатор CO2 при температуре 37 °C на ночь. Инфекция HEK293T(ACE2/TMPRSS2): используйте частицы вариантов Ha-CoV-2 для заражения клеток HEK293T(ACE2/TMPRSS2). Утром в день заражения удалите 50 мкл DMEM из предварительно засеянной 96-луночной пластины. Замените носитель 50 мкл Ha-CoV-2 дикого типа, Delta или Omicron на 18 ч при 37 °C.ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол может быть остановлен здесь до тех пор, пока инфекция не достигнет 18 часов инкубации и планшет не будет готов к анализу с помощью люциферазного анализа. Успешность инфекции определяется методом люциферазы, полученным в результате экспрессии репортерного гена люциферазы в инфицированных клетках, поэтому чем больше сигнала вырабатывается, тем успешнее инфекция вариантом Ha-CoV-2. Анализ люциферазы: После 18 ч инкубации добавьте 7,5 мкл буфера для лизиса клеток непосредственно в каждую лунку и перемешайте путем орбитального встряхивания в течение 2 мин. Лизируйте клетки в лизисном буфере не менее 5 мин при комнатной температуре. Приготовьте раствор люциферазы Firefly, смешав раствор D-люциферина с раствором люциферазы Firefly в соотношении 1:50. Для получения целой 96-луночной планшетной пластины смешайте 3 мл раствора субстрата люциферазы с 60 мкл раствора D-люциферина с 2940 мкл буферного раствора люциферазы Firefly. Добавьте 25 мкл раствора люциферазы Firefly к клеточным лизатам и перемешайте планшет орбитальным встряхиванием в течение 1 мин. Проанализируйте активность люциферазы с помощью коммерческого считывателя микропланшетов люциферазы. 3. РНК-экстракция Ha-CoV-2 и количественная ПЦР с обратной транскриптазой (ОТ-кПЦР) Экстракция вирусной РНК: Извлеките вирусную РНК из частиц Ha-CoV-2 дикого типа и Ha-CoV-2 вариантов Delta и Omicron с помощью коммерческого набора для экстракции вирусной РНК в соответствии с инструкциями производителя. Выделенную вирусную РНК хранят при температуре -80 °C или сразу используют для ОТ-кПЦР. ОТ-кПЦР: Проведите ОТ-кПЦР на вирусной РНК с использованием одноэтапной мастер-смеси. Проведите реакцию в коммерческом ПЦР-аппарате. Обратите внимание, что мишенью амплификации является геномная РНК Ha-CoV-2. Используйте векторную ДНК Ha-CoV-2 в качестве стандарта для создания стандартной кривой и вычисления числа копий РНК каждого варианта. 4. Анализ нейтрализующих антител Посев клеток HEK293T(ACE2/TMPRSS2): За день до анализа высевают клетки HEK293T(ACE2/TMPRSS2) в 96-луночный планшет в 50 мкл полной среды DMEM. Элементы HEK293T(ACE2/TMPRSS2) приобретаются в промышленных масштабах. Для подсчета клеток берут 20 мкл клеток из колбы Т75, содержащей HEK293T(ACE2/TMPRSS2) клетки, и смешивают с 20 мкл раствора трипанового синего. Добавьте 20 мкл этой смеси в камеру для подсчета клеток и подсчитайте количество клеток в мл. Чтобы засеять 96-луночную пластину для заражения, используйте 2,5 х 104 ячейки на лунку, а всего потребуется 2,5 х 106 клеток. Поместите 96-луночный планшет в инкубатор CO2 при температуре 37 °C на ночь. Анализ нейтрализующих антител: В стерильной полипропиленовой 96-луночной планшете приготовьте стандартную смесь нейтрализующих антител 27BV и Ha-CoV-2. Добавьте 8 мкл 27BV (45 мг/мл) в планшет и выполните серийные разведения антител с 6 мкл безсывороточного DMEM.ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно меняйте наконечники пипеток между лунками и убедитесь, что антитела и среда, не содержащая сыворотки, тщательно перемешаны для получения точных результатов. К серийно разведенному антителу добавляют 54 мкл частицы Ha-CoV-2 и смешивают вирус и антитело. Предварительную инкубацию частиц Ha-CoV-2 с последовательно разбавленным 27BV в течение 1 ч при 37 °C при 5% CO2. После 1 ч инкубации нанести 50 мкл смеси антител и Ha-CoV-2 на 96-луночный планшет, содержащий клетки HEK293T(ACE2/TMPRSS2) (2,5 x 104 клетки на лунку), высеянные накануне. Для контроля оставьте по крайней мере три лунки, содержащие только ячейки HEK293T(ACE2/TMPRSS2). Добавьте 50 мкл полной среды в эти лунки, чтобы они служили неинфицированными лунками для фонового сигнала показаний анализа люциферазы.ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол может быть остановлен до тех пор, пока инфекция не достигнет 18 часов инкубации при 37 °C, после чего планшет будет готов к анализу с помощью люциферазного анализа. Анализ люциферазы: После 18 ч инкубации добавьте 7,5 мкл лизисного буфера непосредственно в каждую лунку и перемешайте путем орбитального встряхивания в течение 2 минут. Лизируйте клетки в лизисном буфере не менее 5 мин при комнатной температуре. Приготовьте раствор люциферазы Firefly, смешав раствор D-люциферина с раствором люциферазы Firefly в соотношении 1:50. Для получения целого 96-луночного планшета смешайте 3 мл раствора люциферазного субстрата с 60 мкл раствора D-люциферина с 2940 мкл буферного раствора люциферазы светлячка. Добавьте 25 мкл раствора люциферазы Firefly к клеточным лизатам и перемешайте планшет орбитальным встряхиванием в течение 1 мин. Проанализируйте активность люциферазы с помощью коммерческого считывателя микропланшетов люциферазы. 5. Количественная оценка и статистический анализ Сбор данных: Проведите анализ на инфекцию и люциферазу в трех экземплярах, как указано (рис. 1). Количественная оценка экспрессии люциферазы с помощью показаний анализа люциферазы. Среднее значение – это среднее значение трех показаний анализа люциферазы. Из этого среднего значения вычитаются показания фоновых сигналов от незараженных скважин. Стандартное отклонение (SD) определяется по среднему значению показаний люциферазного анализа. Анализ данных: Постройте график активности нейтрализации антител и рассчитайте значения ID50 (50% дозировка ингибирования) с помощью коммерческого программного обеспечения для построения графиков. Значение ID50 определяется как ингибирующие антитела разведения, при которых достигается 50%-ное снижение инфицирования клеток HEK293T(ACE2/TMPRSS2) (на основе показаний анализа люциферазы).

Representative Results

Частицы Ha-CoV-2 были собраны с использованием пяти различных ДНК-векторов, экспрессирующих геном РНК Ha-CoV-2 и структурные белки (M, N, E и S) SARS-CoV-2 в HEK293T клетках. Вектор S-белка варьируется в зависимости от S-варианта. S-белок из оригинального уханьского штамма Ha-CoV-2 (Wild-type, Wt) был использован в качестве положительного контроля, и он был собран вместе с S-белком каждого из двух других вариантов: Дельта (B.1.617.2) или Омикрон (B.1.1.529). Одни и те же M, N, E использовались во всех вариантах. Ha-CoV-2(Wt) и его варианты собирали через 48 ч после котрансфекции, а затем использовали для инфицирования клеток HEK293T(ACE2/TMPRSS2). Инфекционность определяли по экспрессии люциферазы через 18 ч после заражения. В этой системе более высокие уровни экспрессии сигнала люциферазы отражают более высокую инфекцию клеток Ha-CoV-2. Сигнал люциферазы нормализовали копиями геномной РНК методом ОТ-кПЦР для каждого варианта. Как показано на рисунке 1, вариант Ha-CoV-2 «Омикрон» генерировал в 4–10 раз более высокий уровень сигнала, чем исходный вариант Ha-CoV-2(Wt), что свидетельствует о более высокой заразности. Кроме того, была проведена количественная оценка способности 27BV нейтрализовать варианты HaCoV-2(Wt), «Дельта» и «Омикрон». 27BV представляет собой моноклональное антитело кролика, которое было разработано против домена RBD белка SARS-COV-2 S1. Для нейтрализации проводили серийные разведения 27BV в 96-луночном планшете, предварительно инкубировали с Ha-CoV-2, а затем добавляли к клеткам-мишеням HEK293T(ACE2/TMPRSS2). Результаты показали, что 27BV обладает нейтрализующей активностью в отношении всех протестированных вариантов (рис. 2). Интересно, что ID50 27VB для Омикрона был примерно в 10 раз менее мощным, чем ID50 для Ha-CoV-2(WT) и Ha-CoV-2 (Delta; Рисунок 2). Эти результаты показывают, что платформа Ha-COV-2 может быть использована в качестве быстрого метода количественной оценки вакциноиндуцированных нейтрализующих антител в новых вариантах. Рисунок 1. Сборка и количественное определение вариантов Ha-CoV-2. (А) Иллюстрация сборки Ha-CoV-2 и вариантных частиц. Векторы, экспрессирующие репортерный геном Ha-CoV-2 и структурные белки (M, S, N и E), котрансфицируются в HEK293T клетках. Частицы собирали через 48 ч после котрансфекции (визуализация вирионных частиц и HEK293T клеток создавалась с помощью Biorender.com). (B) Количественная оценка инфекционности вариантов Ha-CoV-2. Относительная инфекционность двух вариантов («Дельта» и «Омикрон») количественно оценивается и нормализуется с использованием геномных РНК-копий отдельных вариантов Ha-CoV-2 (Luc). Диким типом является Ha-COV-2 (Wt), который используется в качестве контроля для сравнения. Анализы на инфекцию и люциферазу проводили 3x. RU, относительная единица. Показаны среднее значение и стандартное отклонение (SD). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 2. Количественная оценка нейтрализующей активности 27BV в отношении вариантов Ha-CoV-2(Luc) Нейтрализующая активность 27BV была проанализирована через 18 ч после инфицирования клеток HEK293T(ACE2/TMPRSS2). ID50 был рассчитан с использованием относительной частоты инфицирования (активности люциферазы) в зависимости от концентрации 27BV. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 3. Инфицирование HEK293T(ACE2/TMPRSS2) Ha-CoV-2 (GFP). Частицы Ha-CoV-2 (GFP) были собраны, а затем использованы для заражения клеток HEK293T(ACE2/TMPRSS2). Экспрессию GFP наблюдали через 48 ч после заражения с помощью флуоресцентной микроскопии. Слева показано белое поле инфицированных клеток, а справа — GFP-изображение. Белая полоса соответствует 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Дополнительный рисунок 1. Графическая аннотация. Структура и применение псевдовируса Ha-CoV-2. Изображение создано с помощью Biorender.com. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл. Дополнительный файл 1. Белковые последовательности. Список последовательностей S, M, N и E-белков SARS-CoV-2. Последовательности S-белка также включают варианты SARS-CoV-2 «Омикрон» (B.1.1.529) и «Дельта» (B.1.617.2). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Discussion

Платформа Ha-CoV-2 обеспечивает быстрый, надежный и простой рабочий процесс для количественной оценки вариантов вируса и нейтрализации антител. Тем не менее, есть несколько важных шагов, на которые следует обратить внимание. Производство псевдовируса Ha-CoV-2 должно осуществляться с использованием HEK293T клеток с высокой жизнеспособностью. Эффективность котрансфекции можно контролировать через 24 ч после трансфекции с помощью репортерного гена GFP из генома Ha-CoV-2. Геном Ha-CoV-2 может содержать двух репортеров (GFP и Luc), а GFP может экспрессироваться во время котрансфекции и после заражения клетками-мишенями Ha-CoV-212. Инфицированные клетки GFP+ обычно имеют низкий процент (от 1% до 5%), но каждая инфицированная клетка экспрессирует сильные сигналы GFP (рис. 3). Этот низкий процент GFP может ограничивать использование GFP в качестве надежного индикатора для количественной оценки нейтрализации антител по сравнению с репортером Luc, который количественно оценивает всю популяцию инфицированных клеток.

При выполнении анализа на нейтрализацию важно менять наконечники пипеток между переносами лунок и следить за тем, чтобы антитела и среда, не содержащая сыворотки, тщательно смешивались для получения точных результатов. Кроме того, при проведении протокола анализа люциферазы клетки должны быть полностью лизированы в течение не менее 3 мин, чтобы обеспечить полный лизис клеток и высвобождение фермента люциферазы. Это обеспечит точность анализа. Кроме того, после того, как раствор люциферазы Firefly добавляется к оптическим белым стенкам на 96-луночные планшеты, планшет должен быть проанализирован в течение 10 минут, так как начальное световое излучение высокое, но уменьшается со временем по мере истощения АТФ21.

По мере того, как все больше вариантов SARS-CoV-2 продолжают эволюционировать, возрастает потребность в таких платформах, как Ha-CoV-2, для быстрого скрининга на инфекционность вариантов и чувствительность вариантов к нейтрализующим антителам, индуцированным вакциной. Платформа Ha-CoV-2 обеспечивает более высокую скорость, более высокое соотношение сигнал/шум и простой протокол по сравнению с существующими анализами нейтрализации на основе псевдовирусов 8,9,10,11. Преимущество платформы Ha-CoV-2 также заключается в том, что она может использоваться в лабораториях BSL-2 и не требует использования установок BSL-3. Это позволяет проводить исследования SARS-CoV-2 в обычных исследовательских и клинических лабораториях. Кроме того, платформа Ha-CoV-2 дает более быстрые результаты по сравнению с другими системами. Например, при исследовании нейтрализующих антител против инфекционного вируса SARS-CoV-2 часто используется тест нейтрализации бляшек (PRINT)22. Несмотря на то, что PRINT дает надежные результаты, ручной подсчет зубеобразующих единиц (ГОУ) выполняется медленно и требует 3-5 дней для получения результатов23,24. Другим системам псевдотипов, таким как лентивирус-псевдовирус, требуется 24-72 ч для получения обнаруживаемого репортерного сигнала12. Для сравнения, анализ нейтрализации Ha-CoV-2 может дать результаты в течение 18 часов. Ha-CoV-2 представляет собой удобный инструмент для быстрого скрининга и количественной оценки вариантов вируса и нейтрализующих антител для мониторинга пандемии.

Мониторинг заразности SARS-CoV-2 имеет важное значение в связи с появлением новых вариантов, вызывающих озабоченность (ЛОС). Преимущество Ha-CoV-2 заключается в быстром определении инфекционности летучих органических соединений. В предыдущих исследованиях использовалось моделирование на основе искусственного интеллекта (ИИ) для количественного анализа заразности подварианта «Омикрон» и других вариантов SARS-CoV-2, таких как вариант «Дельта»25. Эти исследования показали, что вариант «Омикрон» более заразен, чем исходный вирус, и с большей вероятностью избегает нейтрализующих антител25. В этих исследованиях с использованием Ha-CoV-2 наблюдались сходные фенотипы. Кроме того, в анализах нейтрализации антител вероятность того, что вариант «Омикрон» будет нейтрализован штаммом 27BV, в десять раз ниже, чем штаммы «Ухань» и «Дельта». Эти результаты также согласуются с сообщениями о более высокой трансмиссивности варианта «Омикрон», который имеет не менее 15 мутаций в своем рецептор-связывающем домене (RBD), что, вероятно, повышает сродство связывания вируса с рецептором ACE2 для более высокой трансмиссивности и большего иммунного уклонения26.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана внутренним исследовательским фондом Университета Джорджа Мейсона.

Materials

27VB1 20 µg SARS-CoV-2 Standard Neutralizing Antibody Virongy Biosciences 27VBI-01
500 mL – US Origin FBS Neuromics FBS001
AB Mixing Plate: Olympus 96-Well PCR Plate, Non-Skirted UltraThin Wall, Natural, 25 Plates/Unit  Genesee Scientific Cat# 24-300 
Allegra 6R Centrifuge Beckman Coulter 2043-30-1158
DMEM (1x)  ThermoFisher  11995-073
GenClone 25-209, TC Treated Flasks, 250ml, Vent Growth Area: 75.0cm2, 5 per Sleeve, 100 Flasks/Unit Genesee Scientfic 25-209
GlowMax Discover Microplate reader Promega  GM3000 
Ha-CoV-2 E Vector  Virongy Biosciences pCoV2_E
Ha-CoV-2 M Vector  Virongy Biosciences pCoV2_M
Ha-CoV-2 N Vector  Virongy Biosciences pCoV2_N
Ha-CoV-2 WT S Vector Virongy Biosciences pCoV2_WT S
Hek293T cells ATCC CRL-3214
Illumination Firefly Luciferase Enhanced Assay Kit 1000 assays Gold Bio  I-930-1000
Infection Plate: 96-Well Tissue Culture Plate, Greiner Bio-One (With Lid, μClear White Flat Round, Chimney)  VWR  Cat# 82050-758 
pAlphaPro-Luc-GFP-PreΨ (Ha-CoV-2 Genome) Vector  In house
PEI-based Transfection Reagent Virongy Biosciences Transfectin
Penicillin-Streptomycin-Glutamine (100X) Invitrogen 10378016
Polyethylenimine, branched Millipore Sigma 408727-100ML
QuantStudio 7 Pro Real-Time PCR System ThermoFisher  A43163
Ready to use (HEK293T)(ACE2/TMPRSS2) Cells Virongy Biosciences Ready-To-Use-Cells
SARS-CoV-2 S  Omicron (B.1.1.529) Vector Virongy Biosciences pCoV2-B.1.1.529
SARS-CoV-2 S Delta (B.1.617.2) Vector Virongy Biosciences pCoV2- B.1.617.2
Syringe Filters, PES, 0.22µm Genesee Scientfic 25-244
TaqMan Fast Virus 1-Step Master Mix ThermoFisher  4444432
Trypan Blue Solution, 0.4% ThermoFisher  15250061

References

  1. World Health Organization. . Weekly epidemiological update on COVID-19. 143, 1 (2023).
  2. Dhama, K., et al. Global emerging Omicron variant of SARS-CoV-2: Impacts, challenges and strategies. Journal of Infection and Public Health. 16 (1), 4-14 (2023).
  3. Dhama, K., et al. Coronavirus Disease 2019-COVID-19. Clinical Microbiology Reviews. 33 (4), e00028-e00020 (2020).
  4. El-Shabasy, R. M., et al. Three waves changes, new variant strains, and vaccination effect against COVID-19 pandemic. International Journal of Biological Macromolecules. 204, 161-168 (2022).
  5. CDC. . Interim laboratory biosafety guidelines for handling and processing specimens associated with coronavirus disease 2019 (COVID-19). , (2021).
  6. Kaufer, A., Theis, T., Lau, K., Gray, J., Rawlinson, W. Laboratory biosafety measures involving SARS-CoV-2 and the classification as a Risk Group 3 biological agent. Pathology. 52 (7), 790-795 (2020).
  7. Vanderheiden, A., et al. Development of a Rapid Focus Reduction Neutralization Test Assay for Measuring SARS-CoV-2 Neutralizing Antibodies. Current Protocols in Immunology. 131 (1), e116 (2020).
  8. Dieterle, M. E., et al. A Replication-Competent Vesicular Stomatitis Virus for Studies of SARS-CoV-2 Spike-Mediated Cell Entry and Its Inhibition. Cell Host & Microbe. 28 (3), 486-496 (2020).
  9. Nie, J., et al. Quantification of SARS-CoV-2 neutralizing antibody by a pseudotyped virus-based assay. Nature Protocols. 15 (11), 3699-3715 (2020).
  10. Nie, J., et al. Establishment and validation of a pseudovirus neutralization assay for SARS-CoV-2. Emerging Microbes & Infections. 9 (1), 680-686 (2020).
  11. Yang, R., et al. Development and effectiveness of pseudotyped SARS-CoV-2 system as determined by neutralizing efficiency and entry inhibition test in vitro. Biosafety and Health. 2 (4), 226-231 (2020).
  12. Hetrick, B., et al. Development of a hybrid alphavirus-SARS-CoV-2 pseudovirion for rapid quantification of neutralization antibodies and antiviral drugs. Cell reports methods. 2 (3), 100181 (2022).
  13. Jackson, C., Farzan, M., Chen, B., Choe, H. Mechanisms of SARS-CoV-2 entry into cells. Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 23 (1), 3-20 (2022).
  14. Jackson, L. A., et al. An mRNA Vaccine against SARS-CoV-2 – Preliminary Report. The New England Journal of Medicine. 383 (20), 1920-1931 (2020).
  15. Polack, F. P., et al. Safety and Efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 Vaccine. The New England Journal of Medicine. 383 (27), 2603-2615 (2020).
  16. Li, F. Structure, function, and evolution of coronavirus spike proteins. Annual Review of Virology. 3 (1), 237-261 (2016).
  17. Donofrio, G. A Simplified SARS-CoV-2 Pseudovirus Neutralization Assay. Vaccines. 9 (4), 389 (2021).
  18. Crawford, K. H. D., et al. Protocol and Reagents for Pseudotyping Lentiviral Particles with SARS-CoV-2 Spike Protein for Neutralization Assays. Viruses. 12 (5), 513 (2020).
  19. Zettl, F., et al. Rapid Quantification of SARS-CoV-2-Neutralizing Antibodies Using Propagation-Defective Vesicular Stomatitis Virus Pseudotypes. Vaccines. 8 (3), 386 (2020).
  20. Li, Q., Liu, Q., Huang, W., Li, X., Wang, Y. Current status on the development of pseudoviruses for enveloped viruses. Reviews in Medical Virology. 28 (1), e1963 (2018).
  21. Lundin, A. Optimization of the firefly luciferase reaction for analytical purposes. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. 145, 31-62 (2014).
  22. Deshpande, G. R., et al. Neutralizing antibody responses to SARS-CoV-2 in COVID-19 patients. The Indian Journal of Medical Research. 152 (1 & 2), 82-87 (2020).
  23. Chen, C., et al. Research progress in methods for detecting neutralizing antibodies against SARS-CoV-2. Analytical Biochemistry. 673, 115199 (2023).
  24. Manischewitz, J., et al. Development of a novel vaccinia-neutralization assay based on reporter-gene expression. The Journal of Infectious Diseases. 188 (3), 440-448 (2003).
  25. Chen, J., Wang, R., Gilby, N., Wei, G. Omicron Variant (B.1.1.529): Infectivity, Vaccine Breakthrough, and Antibody Resistance. Journal of Chemical Information and Modeling. 62 (2), 412-422 (2022).
  26. Saxena, S. K., et al. Characterization of the novel SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) variant of concern and its global perspective. Journal of Medical Virology. 94 (4), 1738-1744 (2022).

Play Video

Cite This Article
Chilin, L., Hetrick, B., Wu, Y. Application of Ha-CoV-2 Pseudovirus for Rapid Quantification of SARS-CoV-2 Variants and Neutralizing Antibodies. J. Vis. Exp. (199), e65793, doi:10.3791/65793 (2023).

View Video