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

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

Mange vira, inklusive HIV og influenza A, muterer så hurtigt, at det at identificere effektive vacciner eller behandlinger er som at forsøge at ramme et bevægeligt mål. En bedre forståelse af viral formering og evolution i enkeltceller kunne hjælpe. I dag rapporterer videnskabsmænd om en ny teknik, der ikke kun kan identificere og kvantificere vir alt RNA i levende celler, men også detektere mindre ændringer i RNA-sekvenser, der kan give vira en fordel eller gøre nogle mennesker til "superspredere."

Forskerne vil præsentere deres resultater ved American Chemical Society (ACS) Virtual Meeting & Expo i efteråret 2020.

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

Analysering af individuelle celler i stedet for store populationer kan gå langt hen imod en bedre forståelse af mange facetter af virale udbrud, såsom superspreaders. 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, kunne de måske lære, hvordan vira udvikler sig til at blive mere smitsom eller overliste terapier og vacciner. Derudover kunne egenskaber ved selve værtscellen hjælpe forskellige virale processer og dermed blive mål for terapier. I den anden ende af spektret producerer nogle celler muterede vira, der ikke længere er infektiøse. At forstå, hvordan dette sker, kan også føre til nye antivirale behandlinger og vacciner.

Men først skulle Fabris og kolleger på Rutgers University udvikle et assay, der var følsomt nok til at påvise vir alt RNA og dets mutationer i enkelte levende celler. Holdet baserede deres teknik på overfladeforstærket Raman-spektroskopi (SERS), en følsom metode, der detekterer 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 tilføjede de guld-nanopartikler et "beacon-DNA" specifikt for influenza A. I nærværelse af influenza A-RNA producerede beaconet et stærkt SERS-signal, hvorimod i fravær af dette RNA gjorde det ikke. Beaconet producerede svagere SERS-signaler med et stigende antal virale mutationer, hvilket gør det muligt for forskerne at detektere så få som to nukleotidændringer. Det er vigtigt, at 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 laver Fabris og kolleger en version af analysen, der producerer et fluorescerende signal i stedet for et SERS-signal, når vir alt RNA detekteres. "SERS er ikke en klinisk godkendt teknologi. Den bryder netop nu ind i klinikken," bemærker Fabris. "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 på andre universiteter udvikler holdet mikrofluidisk enheder eller "lab-on-a-chip" teknologier til at læse mange fluorescerende prøver samtidigt.

Fordi SERS er mere følsomt, billigere, hurtigere og nemmere at udføre end andre assays baseret på fluorescens eller omvendt transkriptase-polymerase-kædereaktion (kendt som RT-PCR), kan det vise sig at være ideelt til påvisning og undersøgelse af vira i fremtiden. Fabris samarbejder nu med en virksomhed, der laver et billigt, bærbart Raman-spektrometer, som ville gøre det nemt at udføre SERS-analysen i marken.

Fabris og hendes team arbejder også på at identificere områder af SARS-CoV-2-genomet, der skal målrettes med SERS-prober. "Vi er i gang med at skaffe finansiering til at arbejde på mulig SARS-CoV-2-diagnostik med den SERS-metode, vi har udviklet," siger Fabris.

En helt ny video om forskningen er tilgængelig på

Populært emne.