Genel olarak, bir dezenfeksiyon yöntemiyle bulaşıcı olmayan hale getirilmiş virüslere veya diğer benzer virüslere değil, yalnızca bulaşıcı virüslere bağlanan belirli aptamerlere uygulanabilecek bir protokol sunuyoruz. Bu, taşınabilir ve hızlı testlerde bulaşıcılık durumunu belirleme olasılığını açar.
Virüs enfeksiyonlarının toplum üzerinde büyük bir etkisi vardır; Çoğu tespit yöntemi, tespit edilen bir virüsün bulaşıcı olup olmadığını belirlemede zorluk çeker, bu da tedavide gecikmelere ve virüsün daha da yayılmasına neden olur. Klinik veya çevresel numunelerin bulaşıcılığı hakkında bilgi verebilecek yeni sensörler geliştirmek, bu karşılanmamış zorluğun üstesinden gelecektir. Bununla birlikte, çok az yöntem, bozulmamış bir bulaşıcı virüsü tanıyabilen ve dezenfeksiyon yöntemleriyle bulaşıcı olmayan hale getirilen aynı virüsten ayırt edebilen algılama molekülleri elde edebilir. Burada, üstel zenginleştirme (SELEX) ile ligandların sistematik evrimini kullanarak bulaşıcı virüsleri ve bulaşıcı olmayan virüsleri ayırt edebilen aptamerleri seçmek için bir protokol açıklıyoruz. SELEX’in iki özelliğinden yararlanıyoruz. İlk olarak, SELEX, sayaç seçimi kullanılarak bulaşıcı olmayan virüsler veya diğer benzer virüsler gibi rakip hedefleri kaldırmak için özel olarak hazırlanabilir. Ek olarak, tüm virüs, örneğin viral bir yüzey proteini yerine, SELEX’in hedefi olarak kullanılabilir. Bütün virüs SELEX, virüsün bozulmasına gerek kalmadan, özellikle virüsün doğal durumuna bağlanan aptamerlerin seçilmesine izin verir. Bu yöntem, patojenlerin yüzeyindeki fonksiyonel farklılıklara dayanarak önceden bilinmesi gerekmeyen tanıma ajanlarının elde edilmesini sağlar.
Virüs enfeksiyonlarının, son COVID-19 pandemisinden itibaren giderek daha belirgin hale geldiği gibi, dünya çapında muazzam ekonomik ve toplumsal etkileri vardır. Zamanında ve doğru tanı, virüslerin sağlıklı insanlara yayılmasını önlerken viral enfeksiyonların tedavisinde çok önemlidir. PCR testleri 1,2 ve inmunoassay3 gibi birçok virüs tespit yöntemi geliştirilmiş olsa da, şu anda kullanılan yöntemlerin çoğu, tespit edilen virüsün gerçekten bulaşıcı olup olmadığını belirleyememektedir. Bunun nedeni, viral nükleik asit veya proteinler gibi tek başına virüsün bileşenlerinin varlığının, sağlam, bulaşıcı virüsün mevcut olduğunu göstermemesi ve bu biyobelirteçlerin seviyelerinin bulaşıcılıkile zayıf korelasyon göstermesidir 4,5,6. Örneğin, mevcut PCR tabanlı COVID-19 testleri için yaygın olarak kullanılan viral RNA, hasta bulaşıcı olduğunda enfeksiyonun erken evrelerinde çok düşük seviyelere sahipken, hastalar enfeksiyondan iyileştiğinde ve artık bulaşıcı olmadığında RNA seviyesi genellikle hala çok yüksektir 7,8. Viral protein veya antijen biyobelirteçleri benzer bir eğilimi takip eder, ancak tipik olarak viral RNA’dan daha sonra ortaya çıkar ve bu nedenle bulaşıcılığın daha az öngörücüsüdür 6,9. Bu sınırlamayı ele almak için, virüsün bulaşıcılık durumu hakkında bilgi verebilecek bazı yöntemler geliştirilmiştir, ancak sonuç elde etmek için uzun zaman (günler veya haftalar) gerektiren hücre kültürü mikrobiyoloji tekniklerine dayanmaktadır 4,10. Bu nedenle, klinik veya çevresel örneklerin bulaşıcılığı hakkında bilgi verebilecek yeni sensörler geliştirmek, tedavideki gecikmeleri ve virüsün daha fazla yayılmasını önleyebilir. Bununla birlikte, çok az yöntem, bozulmamış bir enfeksiyöz viryonu tanıyabilen ve onu bulaşıcı olmayan hale getirilen aynı virüsten ayırt edebilen algılama molekülleri elde edebilir.
Bu bağlamda, aptamerler benzersiz bir biyomoleküler araç olarak özellikle uygundur11,12,13,14. Aptamerler, yüksek afinite ve seçiciliğe sahip bir hedefi tanımak için spesifik bir 3D konformasyon oluşturmalarını sağlayan spesifik bir nükleotid dizisine sahip kısa, tek sarmallı DNA veya RNA molekülleridir15,16. İn vitro seleksiyon olarak da bilinen üstel zenginleştirme (SELEX) ile ligandların sistematik evrimi adı verilen ve 10 14-1015 dizili 17,18,19 büyük bir rastgele DNA örnekleme kütüphanesine sahip test tüplerinde gerçekleştirilen kombinatoryal bir seçim süreci ile elde edilirler. Bu yinelemeli işlemin her turunda, DNA havuzu ilk önce istenen koşullar altında hedefle inkübasyon yoluyla bir seçim baskısına tabi tutulur. Hedefe bağlı olmayan tüm diziler daha sonra kaldırılır ve geride yalnızca verilen koşullar altında bağlanabilen birkaç dizi kalır. Son olarak, önceki adımda seçilen diziler PCR ile güçlendirilir, havuzun popülasyonu bir sonraki seçim turu için istenen fonksiyonel dizilerle zenginleştirilir ve işlem tekrarlanır. Seçim havuzunun aktivitesi bir platoya ulaştığında (tipik olarak 8-15 turdan sonra), kütüphane en yüksek afiniteyi sergileyen kazanan dizileri tanımlamak için DNA dizilimi ile analiz edilir.
SELEX, virüsün bulaşıcılık durumu 22 gibi diğer benzer hedeflere karşı daha fazla seçicilik kazanmak için kullanılabilecek benzersiz avantajlara sahiptir20,21. İlk olarak, seçim için küçük moleküllerden ve proteinlerden tüm patojenlere ve hücrelere kadar çok çeşitli farklı tipte hedefler kullanılabilir16. Böylece, bulaşıcı bir virüse bağlanan bir aptamer elde etmek için, viral bir yüzey proteini19 yerine, sağlam bir virüs hedef olarak kullanılabilir. Bütün virüs SELEX, virüsün bozulmasına gerek kalmadan, özellikle virüsün doğal durumuna bağlanan aptamerlerin seçilmesine izin verir. İkincisi, SELEX, diğer benzer virüsler veya bulaşıcı olmayan inaktive virüsler gibi rakip hedefleri 21,23’ü kaldırmak için özel olarak hazırlanabilirve her seçim 22 turunda karşı seçim adımları kullanılabilir. Karşı seçim adımları sırasında, DNA havuzu bağlanma istenmeyen hedeflere maruz bırakılır ve bağlanan diziler atılır.
Bu çalışmada, bulaşıcı bir virüse bağlanan, ancak belirli bir dezenfeksiyon yöntemiyle bulaşıcı olmayan hale getirilen aynı virüse veya başka bir ilgili virüse bağlanmayan aptamerleri seçmek için genel olarak uygulanabilecek bir protokol sunuyoruz. Bu yöntem, önceden bilinmesi gerekmeyen virüs yüzeyinin fonksiyonel farklılıklarına dayanarak tanıma ajanlarının elde edilmesini sağlar ve böylece yeni ortaya çıkan patojenlerin tespiti veya az çalışılmış hastalıklar için ek bir avantaj sunar.
SELEX, sadece pM-nM 22,43,44,45 aralığında yüksek afiniteli aptamerlerin tanımlanmasına değil, aynı zamanda yüksek ve ayarlanabilir seçiciliğe sahip aptamerlerin tanımlanmasına da izin verir. Sayaç seçiminden yararlanılarak, zorlu seçiciliğe sahip aptamerler elde edilebilir. Örneğin, Li grubu, patojenik bakteri suşlarını patojenik olmayan suşlardan ayırt edebilen dizil…
The authors have nothing to disclose.
Bu protokolde kullanılan psödovirüs örneklerini (SARS-CoV-2, SARS-CoV-1, H5N1) sağladıkları için Chicago’daki Illinois Üniversitesi’nden Bayan Laura M. Cooper ve Dr. Lijun Rong’a ve ayrıca Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’ndeki Roy J. Carver Biyoteknoloji Merkezi’nin DNA Hizmetleri tesisinden Dr. Alvaro Hernandez ve Dr. Chris Wright’a yüksek verimli dizileme konusundaki yardımları için teşekkür ederiz. ve in vitro seleksiyon ve aptamer karakterizasyon tekniklerinde bize yardımcı olan Lu grubunun birçok üyesi. Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı’ndan (CBET 20-29215) bir RAPID hibesi ve Urbana-Champaign ve Illinois-JITRI Enstitüsü’ndeki Illinois Üniversitesi Sürdürülebilirlik, Enerji ve Çevre Enstitüsü’nden (JITRI 23965) bir tohum hibesi ile desteklenmiştir. A.S.P., finansal desteği için PEW Latin Amerika Bursu’na teşekkür eder. Ayrıca, Austin’deki Teksas Üniversitesi’ndeki Lu grubu araştırma programına destek için Robert A. Welch Vakfı’na (Grant F-0020) teşekkür ederiz.
10% Ammonium persulfate (APS) | BioRad | 1610700 | |
100% Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
1x PBS without calcium & magnesium | Corning | 21-040-CM | |
40% acrylamide/bisacrylamide (29:1) solution | BioRad | 1610146 | |
Agencourt AMPure XP Beads | Beckman Coulter | A63880 | DNA clean-up beads – Section 7.2.2 |
Amicon Ultra-0.5 Centrifugal Filter Unit | Merck | UFC501024 | cut-off 10 kDa |
Amicon Ultra-0.5 Centrifugal Filter Unit | Merck | UFC510024 | cut-off 100 kDa |
Boric Acid | Sigma-Aldrich | 100165 | |
C1000 Touch Thermal Cycler with Dual 48/48 Fast Reaction Module | BioRad | 1851148 | |
Calcium Chloride | Sigma-Aldrich | C4901 | |
CFX Connect Real-Time PCR Detection System | BioRad | 1855201 | |
Digital Dry Baths/Block Heaters | Thermo Scientific | 88870001 | |
Dynabeads MyOne Streptavidin C1 | Thermo Fisher | 65001 | streptavidin-modified magnetic beads – Section 4.9 |
EDTA disodium salt | Sigma-Aldrich | 324503 | |
Eppendorf Safe-Lock microcentrifuge tubes | Sigma-Aldrich | T9661 | 1.5 mL |
Lenti-X p24 Rapid Titer Kit | Takara Bio USA, Inc. | 632200 | Lentivirus quantification kit – Section 3.3.2.1 |
MagJET Separation Rack, 12 x 1.5 mL tube | Thermo Scientific | MR02 | |
Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M8266 | |
Microseal 'B' PCR Plate Sealing Film, adhesive, optical | BioRad | MSB1001 | non-UV absorbing |
Mini-PROTEAN Tetra Cell for Ready Gel Precast Gels | BioRad | 1658004EDU | |
Mini-PROTEAN Short Plates | BioRad | 1653308 | |
Mini-PROTEAN Spacer Plates with 0.75 mm Integrated Spacers | BioRad | 1653310 | |
Molecular Biology Grade Water | Lonza | 51200 | |
Multiplate 96-Well PCR Plates, high profile, unskirted, clear | BioRad | MLP9611 | |
Nanodrop One | Thermo Scientific | ND-ONE-W | |
OneTaq DNA Polymerase | New England BioLab | M0480S | |
Ovation Ultralow v2 + UDI | Tecan | 0344NB-A01 | High-troughput sequencing library preparation kit – Section 7.2. |
PIPETMAN G (100-1000 µL, 20-200 µL, 2-20 µL and 0.2-2 µL) | Gilson | F144059M, F144058M, F144056M, F144054M | |
Purifier Logic+ Class II, Type A2 Biosafety Cabinets | Labconco | 4261 | |
Qubit dsDNA BR Assay Kit | Invitrogen | Q32850 | fluorescence-based dsDNA quantification kit – Section 7.2.3 |
SHARP Classic Low Retention Pipet Tips (10 uL, 200 uL, 1000 uL) | Thomas Scientific | 1158U43, 1159M44, 1158U40 | |
Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | |
Sorvall Legend Micro 17R Microcentrifuge | Thermo Scientific | 75002440 | |
SsoFast EvaGreen Supermix | BioRad | 1725201 | qPCR mastermix – Section 6.2. |
Tris(hydroxymethyl)aminomethane | Sigma-Aldrich | T1503 | |
Tubes and Ultra Clear Caps, strips of 8 | USA scientific | AB1183 | PCR tubes |
Urea | Sigma-Aldrich | U5128 |