At studere virale udbrud i enkeltceller kan afsløre nye måder at besejre dem på

Mange vira, herunder hiv og influenza A, muterer så hurtigt, at identifikation af effektive vacciner eller behandlinger er som at forsøge at ramme et bevægeligt mål. En bedre forståelse af viral formering og udvikling i enkeltceller kan hjælpe. I dag, forskere rapporterer om en ny teknik, der ikke kun kan identificere og kvantificere viralt RNA i levende celler, men også opdage mindre ændringer i RNA -sekvenser, der kan give vira et forspring eller få nogle mennesker til at "overspredes".

Forskerne vil præsentere deres resultater på American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"For at studere en ny virus som SARS-CoV-2, det er vigtigt ikke kun at forstå, hvordan befolkninger reagerer på virussen, men hvordan individer – enten mennesker eller celler – interagerer med det, "siger Laura Fabris, Ph.d., projektets hovedforsker. "Så vi har fokuseret vores indsats på at studere viral replikation i enkeltceller, som tidligere har været teknisk udfordrende."

Analyse af individuelle celler i stedet for store populationer kunne gå langt mod en bedre forståelse af mange facetter af virale udbrud, såsom superspredere. Det er et fænomen, hvor nogle celler eller mennesker bærer usædvanligt store mængder virus og derfor kan inficere mange andre. Hvis forskere kunne identificere enkeltceller med høj viral belastning i superspreaders og derefter studere virussekvenserne i disse celler, de kunne måske lære, hvordan vira udvikler sig til at blive mere smitsom eller til at overliste terapier og vacciner. Ud over, egenskaber ved selve værtscellen kunne hjælpe forskellige virale processer og dermed blive mål for terapier. I den anden ende af spektret, nogle celler producerer muterede vira, der ikke længere er smitsomme. At forstå, hvordan dette sker, kan også føre til nye antivirale terapier og vacciner.

Men først, Fabris og kolleger ved Rutgers University havde brug for at udvikle et assay, der var følsomt nok til at detektere viralt RNA, og dens mutationer, i enkelte levende celler. Holdet baserede deres teknik på overfladeforstærket Raman-spektroskopi (SERS), en følsom metode, der registrerer interaktioner mellem molekyler gennem ændringer i, hvordan de spreder lys. Forskerne besluttede at bruge metoden til at studere influenza A. For at påvise virussens RNA, de tilføjede guld-nanopartikler et "beacon-DNA" specifikt for influenza A. I nærvær af influenza A-RNA, beacon producerede et stærkt SERS-signal, der henviser til, at i mangel af dette RNA, det gjorde det ikke. Beaconen producerede svagere SERS-signaler med stigende antal virale mutationer, giver forskerne mulighed for at opdage så få som to nukleotidændringer. Vigtigere, nanopartiklerne kunne trænge ind i menneskelige celler i en skål, og de producerede kun et SERS-signal i de celler, der udtrykker influenza A RNA.

Nu, Fabris og kolleger laver en version af assayet, der producerer et fluorescerende signal, i stedet for et SERS-signal, når viralt RNA påvises. "SERS er ikke en klinisk godkendt teknologi. Det bryder lige nu ind i klinikken, "Fabris noter." Så vi ønskede at give klinikere og virologer en tilgang, de ville være mere fortrolige med og have teknologien til at bruge lige nu. "I samarbejde med virologer og matematikere ved andre universiteter, holdet udvikler mikrofluidiske enheder, eller "lab-on-a-chip" teknologier, at læse mange fluorescerende prøver samtidigt.

Fordi SERS er mere følsom, billigere, hurtigere og nemmere at udføre end andre assays baseret på fluorescens eller omvendt transkriptase-polymerase-kædereaktion (kendt som RT-PCR), det kan vise sig at være ideelt til at opdage og studere vira i fremtiden. Fabris samarbejder nu med en virksomhed, der laver en lavpris, bærbart Raman-spektrometer, hvilket ville gøre det let at udføre SERS -assayet i feltet.

Fabris og hendes team arbejder også på at identificere regioner af SARS-CoV-2-genomet til at målrette med SERS-prober. "Vi er i gang med at skaffe finansiering til at arbejde med mulig SARS-CoV-2-diagnostik med den SERS-metode, vi udviklede, " siger Fabris.