Отслеживание распространения SARS-CoV-2 в моделях животных в реальном времени

Исследователи из Техасского биомедицинского исследовательского института (Texas Biomed) сообщили в журнале The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) об успешной модификации вируса SARS-CoV-2. Теперь он ярко светится в клетках и тканях животных, что позволяет в реальном времени отслеживать распространение и интенсивность вирусной инфекции в моделях животных.

"Теперь мы можем отслеживать, куда направляется вирус в животных моделях для COVID-19", — сказал вирусолог Луис Мартинес-Собридо, старший автор статьи. Возможность видеть прогрессирование вируса и его конкретные цели среди органов и типов клеток поможет лучше понять вирус и оптимизировать противовирусные препараты и вакцины.

Помимо отслеживания, команда уже начала использовать эти репортерные вирусы для скрининга эффективности нейтрализующих антител против различных вариантов вируса, вызывающих озабоченность, как недавно сообщалось в Journal of Virology.

Усиление свечения

Чтобы создать репортерный вирус, команда добавила генетическую последовательность для флуоресцентных или биолюминесцентных "репортерных" белков в генетический код вируса. Когда код вируса реплицируется и транскрибируется, код светящихся белков также копируется.

В более раннем исследовании команда заменила один из генов вируса на ген светящихся белков, но это привело к очень слабому сигналу. Чтобы усилить яркость, исследователям пришлось заставить вирус производить большее количество репортерных белков.

Их решение: они вставили репортерный ген рядом с другим геном SARS-CoV-2, а именно с геном, кодирующим нуклеокапсидный белок. "Это самый экспрессируемый белок в SARS-CoV-2", — сказал молекулярный биолог Ченгджин Йе. На этот раз сигнал был настолько ярким, что "он почти ослепил меня, когда я смотрел в флуоресцентный микроскоп".

Более быстрый скрининг

Репортерные белки работают в клетках и живых моделях животных в сочетании с системами визуализации, которые обнаруживают длину волны света, излучаемого белками. Визуальное наблюдение за вирусной нагрузкой и локализацией имеет много преимуществ перед другими методами. Это намного проще и быстрее, экономя время и материалы.

"Вместо того чтобы большой команде нужно было скринировать 2000 соединений, чтобы проверить их действие против вируса, один человек мог бы сделать это с репортерным вирусом за несколько часов", — говорит Йе.

Это также позволяет отслеживать вирус у одного и того же животного на протяжении всего процесса инфекции и лечения, сокращая количество животных, необходимых для получения аналогичных данных.

Отслеживание вариантов

Команда адаптировала репортерные вирусы для экспрессии белков разного цвета, присоединенных к вариантам SARS-CoV-2, вызывающим озабоченность, как описано в отдельной статье в Journal of Virology. Критически важно, что этот подход позволил им тестировать эффективность нейтрализующего антитела против двух вариантов одновременно, в одной тестовой лунке.

"Это значительное преимущество для экономии времени и ресурсов, особенно когда так много основных материалов, таких как пластик и реагенты, пользуются высоким спросом и ограничены в поставках из-за пандемии", — говорит Кевин Чием. "По мере появления новых вариантов мы можем легко адаптировать систему и быстро проверять, насколько хорошо против них работают антитела".

Мощно и точно

Важно, что группа продемонстрировала, что репортерные вирусы ведут себя так же, как и дикий тип вируса. Это связано с тем, что они не удаляли никакие вирусные гены, а также сконструировали репортерный белок так, чтобы он немедленно отделялся от нуклеокапсидного белка вируса, чтобы тот функционировал нормально. Их исследование показывает, что яркость репортерного белка хорошо коррелирует с вирусной нагрузкой, хотя накопление белка может происходить в течение нескольких дней, что в некоторых случаях приводит к несколько более сильному сигналу.

Это достижение основано на нескольких мощных методах, включая методы обратной генетики для генерации рекомбинантного SARS-CoV-2, которые связывают вместе фрагменты генетического кода для производства полного вируса.

Мартинес-Собридо и его команда поделились своим рекомбинантным SARS-CoV-2 и неинфекционными предшественниками, называемыми плазмидами, с более чем 100 лабораториями по всему миру. Теперь они могут делиться репортерными вирусами с квалифицированными лабораториями, имеющими доступ к уровню биобезопасности (BSL)-3, который необходим для работы с SARS-CoV-2, чтобы помочь в борьбе с продолжающейся пандемией COVID-19.

"Мы считаем, что это наша ответственность — делиться этими новыми инструментами и технологиями с другими исследователями по всему миру, чтобы как можно быстрее положить конец пандемии", — сказал Мартинес-Собридо.