眼见为实:NanoLuc®荧光素酶如何照亮病毒感染

艺术家用纳米荧光素酶对小鼠病毒感染的体内成像解释。

研究科学家普拉迪普·乌奇尔(Pradeep Uchil)和博士后研究员伊尔凡·乌拉(Irfan Ullah)穿着蓝色手术服和白色口罩,带着一只麻醉的老鼠来到实验室的成像室。两天前,这只老鼠感染了一种SARS-CoV-2病毒,这种病毒可以产生生物发光蛋白。在注入生物发光基质后,蓝色辉光开始从小鼠的鼻腔和胸部发出,成像单元的摄像机和Uchil的眼睛都能看到。

“我们从未能在逆转录病毒感染中看到这种信号。”乌奇尔是耶鲁大学医学院的一名研究科学家,他的工作重点是逆转录病毒感染的体内成像。正常情况下,老鼠必须被处死,然后“打开”,让来自内部组织的病毒生物发光信号直接成像。

SARS-CoV的-2个重复大力,但是,和足够的生物发光性报告蛋白制备是通过鼠标的身体进行体内成像的病毒可见。无需解剖,Uchil和团队可以在日复一日的日复一日的日复一日拍摄图像,观看蓝色发光超过鼠标的肺部。在六天,发光达到了大脑,老鼠死了。

最近发表在免疫这项研究描述了第一个用于研究需要生物安全3级预防措施的呼吸道病原体的生物发光平台,在本例中是SARS-CoV-2病毒。通过在活体动物模型上追踪SARS-CoV-2感染的整个过程,研究小组还能够“观察”各种治疗方法,特别是中和抗体治疗,是如何抑制感染的。

两项关键技术使这种病毒在体内成像工作成为可能:小而稳定ag亚博网站 配备了影像报告信号的BSL-3实验室。

乌奇尔说:“众所周知,病毒会把你想插入的记者赶出去。”RNA病毒“不想在它们的基因组中保留外源性基因,因为它们已经运行得非常严格了。”

但是Nanoluuc®Luciferase的报告基因足够小,以维持在SARS-COV-2基因组中进行多次病毒复制。

“Nluc改变了我们的游戏,因为它太小了,”Uchil说。

让病毒发光只是挑战的一部分。拥有测量生物发光的仪器,同时也放置在实验室中,这是一种罕见的能力。对于这项研究的作者来说,这个专门的实验室空间来自于Uchil工作的Walther Mothes实验室和耶鲁大学的同事之间的长期合作。

“除非我们有这种仪器,否则我们无法梦想这样做的研究,”Priti Kumar说。“这是我们在耶鲁通过团队合作完成的事情。”Kumar是SARS-COV-2生物发光研究和内科,传染病和耶鲁医学院微生物发病助理副教授的引导作者之一。

在BSL-3条件下工作“需要非常高的技术水平、勤奋和纪律。了解手头工作的复杂性和所有为此做出贡献的人是很重要的,”库马尔说。

作为人源小鼠模型中HIV发病机制的领先专家,Kumar的研究重点是开发RNA病毒引起的疾病的治疗方法。与Uchil和Mothes等病毒活体成像专家的长期合作,为快速转向这一SARS-CoV-2研究提供了所需的基础设施和知识。

SARS-CoV-2生物荧光研究的一项基础性研究采用了与HIV-1研究类似的方法,HIV-1是导致人类感染艾滋病毒的病毒。2019年,Kumar、Uchil和Mothes及其合作者,报道了一项研究,他们设计了一种携带NanoLuc®Luciferease的HIV-1病毒.他们使用这种工程病毒来观察接受抗逆转录病毒治疗的人源小鼠的艾滋病毒感染情况——抗逆转录病毒治疗是目前治疗艾滋病毒患者的标准。

“能够确定病毒隐藏在黑暗中将镜头变为精确攻击的地方。”

Priti库马尔

由于病毒基因组无法容纳其组成中的外来基因,开发仍然具有传染性的报告表达HIV-1是一个真正的挑战。对于该团队来说,NanoLuc®Luciferease是革命性的:NLuc报告的HIV-1可以感染小鼠并引起与人类感染类似的致病效应,在活小鼠模型中,生物发光可以在几天到几个月的时间内测量。

SARS-CoV-2感染类似于对宿主的“加力攻击”,而HIV-1则更像一个潜伏者,渗透到宿主体内,等待在关键时刻发动攻击:现有的艾滋病毒治疗方法可以阻止宿主体内HIV-1的复制,但当这些治疗停止时,复制会反弹,症状会再次出现。

“你永远也摆脱不了病毒。它在被感染的细胞中变成了遗传物质。“关键问题是,你永远无法区分体内哪些细胞被感染了。没有生物标记来区分这些潜在的感染细胞。”

在2019年的研究中,该团队能够使用NLuc报告的HIV-1来可视化人化小鼠模型中的感染周期、潜伏期和反弹,并确定反弹发生在哪些组织中。库马尔认为,了解HIV-1反弹的部位可以为针对这些部位的治疗打开大门。

库马尔说:“能够精确定位病毒的藏身之处,就能把黑暗中的一击变成精确打击,这是一个全新的视角。”

“看到是相信的,”Uchil说。

由于Kumar和Uchil的团队在体内成像和研究病毒感染中继续进行病毒,其目标之一是将互补生物发光记者纳入其他细胞类型,以便它们可以与病毒感染和复制同时遵循其他细胞过程。

乌奇尔说:“整个研究领域的下一个前沿是除了监测病毒复制之外,甚至还要监测免疫反应。”

乌奇尔和库马尔的工作的基础是,他们希望他们的研究将导致病毒疾病的治疗。COVID-19大流行带来的痛苦加剧了这些目标。

“这觉得我们生命中的第一时刻,如果我们通过使用艾滋病毒和其他逆转录病毒获得的专业知识,我们实际上可以看到我们自己的工作中的工作,”Uchil说。“

“希望”的照片,长生不老药。经普里蒂·库马尔(Priti Kumar)同意转载,库马尔是参与这项活体成像研究的研究人员之一。
©2021 Priti Kumar。“希望”,长生不老药。经Priti Kumar许可转载。

在实验室之外,库马尔还利用她的艺术技能处理疫情期间的生活和工作经验。在一幅受毕加索启发的扭曲的画作中格尔尼卡以及列支敦士登的医学面孔沃尔德曼博士库马尔记录了过去18个月的痛苦和悲伤。但在痛苦的画面中,库马尔也描绘了一个充满希望的愿景:

拿着彩虹疫苗的天使


我们在Promega庆祝生物发光技术诞生30周年.了解NanoLuc®Luciferease和其他生物发光系统如何促进创新和发现。

下面两个选项卡将更改下面的内容。
Jordan是Promega Corporation的科学作家。她在威斯康星大学麦迪逊分校获得化学博士学位,并作为AAAS大众媒体研究员在密尔沃基哨兵杂志担任科学记者。乔丹喜欢阅读,总是在寻找推荐的书。在业余时间,乔丹还喜欢编织、远足和园艺。

约旦·纳廷的最新帖子看到所有

留下一个回复

这个网站使用Akismet来减少垃圾邮件。了解如何处理您的评论数据