CN114015725A - 一种新冠病毒SARS-CoV-2完整病毒颗粒的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新冠病毒(SARS‑CoV‑2)完整病毒颗粒的检测方法,包括假病毒的产生与滴定、体外假病毒感染、羧基磁珠与抗体的偶联、SARS‑CoV‑2定量RT‑qPCR检测步骤。本发明对血清和HBV的抗干扰能力比直接qPCR检测更显著,检测内分析的变异系数分别为0.83%和5.19%,提示本发明方法对检测完整的SARS‑CoV‑2颗粒具有良好的特异性和稳定性。综上所述,本发明建立了一种基于伪病毒的检测SARS‑CoV‑2完整病毒颗粒的新方法,它将在许多特殊情况下对快速和准确的病毒感染风险评估发挥巨大作用。
Description
技术领域
本发明涉及新型冠状病毒(SARS-CoV-2),具体涉及一种新冠病毒(SARS-CoV-2)完整病毒颗粒的检测方法。
背景技术
由新型冠状病毒SARS-CoV-2引发的严重急性呼吸系统综合征(COVID-19)已经发展成为全球严重的公共卫生事件。尽管全球已经在COVID-19的诊断、治疗和预防上投入了巨额资金,但由于SARS-CoV-2的高传染性、致病性和突变率,疫情仍然十分严峻。病原体SARS-CoV-2是一种具有3万碱基的单股正链RNA基因组,直径约80-120nm的新型β-冠状病毒。病毒的基因组包含5个主要的开放阅读框,依次为5′非翻译区-复制酶复合物(ORF1ab)-刺突蛋白(S)-包膜蛋白(E)-膜蛋白(M)-核衣壳(N)-3′非翻译区。在细胞感染过程中,S蛋白首先与位于II型肺细胞表面的人受体血管紧张素转换酶2(ACE2)相互作用,并与宿主细胞膜融合。正义RNA被释放入胞质后移动到细胞核,首先产生非结构蛋白和病毒RNA聚合酶。RNA合成之后,由亚基因组mRNA合成病毒结构蛋白,并进一步包装成新的完整病毒粒子。子代病毒将被包裹在细胞质内的囊泡中,通过胞吐作用释放到细胞外,进行下一个病毒感染周期。然而,核衣壳蛋白可以与病毒基因组RNA形成冷凝物,并作为“亚病毒颗粒”分泌到细胞外,这是病毒生命周期中常见的现象。如,乙型肝炎病毒核心蛋白和病毒DNA可以组装成衣壳粒子并分泌,人类免疫缺陷病毒(HIV)衣壳蛋白(CA)和丙型肝炎病毒(HCV)核心蛋白(CA)可以包裹病毒RNA并以亚病毒颗粒的形式释放。从以上SARS-CoV-2生命周期中可以看出,完整的病毒颗粒是唯一能造成持续感染的元素。
截至目前,各个领域已经开发了多种及时高效检测SARS-CoV-2感染的方法,包括基于病理的胸部计算机断层扫描、基于蛋白质的病毒抗原和抗体检测,基于病毒RNA的定量逆转录聚合酶链反应(qRT-PCR)、RT-LAMP/Cas12 DETECTR检测、RPA/SHERLOCK检测和miRNA生物传感器检测。这些方法对于检测新型冠状病毒感染情况和治疗预后具有重要价值,但有些病毒成分中仅含有病毒RNA片段和/或抗原,如亚病毒颗粒,检测信号仍呈阳性,以致于不能真正反映病毒复制和感染的能力。特别是需要确定这些感染者是否能分泌完整的病毒并感染接触人群。此外,在许多特殊情况下,如COVID-19患者康复、患者所在医院周边区域、冷链物流、密闭客舱等,需要对完整病毒进行检测,以科学评估其感染人的能力。因此,迫切需要一种新的方法来检测完整的新冠病毒(SARS-CoV-2)颗粒。
发明内容
为了解决现有技术中的问题,根据本发明的第一方面,本发明提供一种新冠病毒(SARS-CoV-2)假病毒系统。
假病毒由目标病毒的一些功能成分组成,并通过在宿主细胞内的少量繁殖来确定安全性。因此,它常被用作SARS-CoV-2病毒感染、治疗和诊断的致病模型。目前所构建的SARS-CoV-2假病毒可在病毒包膜上表达Spike(或RDB结构域),可用于研究SARS-CoV-2的受体和感染途径,评估和量化中和抗体,构建重组疫苗。但这些缺乏病毒基因序列的假病毒不适合用于检测完整的SARS-CoV-2病毒颗粒。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
本发明提供一种假病毒系统,其特征在于:将SARS-CoV-2的部分病毒基因组整合到慢病毒表达质粒中,在其包膜上表达刺突(S)糖蛋白以模拟SARS-CoV-2的功能结构;所述SARS-CoV-2的部分病毒基因组为含有SARS-CoV-2ORF1ab(15415-15540),N基因(28750-29150)和E(26360-26381)的序列;所述慢病毒表达质粒为pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒。
根据本发明的一个实施方案,本发明所述假病毒系统是利用Lipofectamine 8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后收集细胞上清并混合;在4℃3000g离心15分钟去除细胞碎片后,将细胞上清置于20%蔗糖溶液上,使用Beckman SW28转子4℃125,000rpm(112,000g)离心15h得到SARS-CoV-2假病毒沉淀。
根据本发明的第二方面,本发明提供一种新冠病毒(SARS-CoV-2)完整病毒颗粒的检测方法。
一种新冠病毒(SARS-CoV-2)完整病毒颗粒的检测方法,包括假病毒产生、假病毒鉴定、亲和抗体的筛选、羧基磁珠与抗体偶联、SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测;所述假病毒产生为利用Lipofectamine 8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后收集病毒上清并混合;然后离心清除细胞碎片,将细胞上清置于20%蔗糖溶液上,使用Beckman SW28转子离心获得病毒沉淀。
根据本发明的一个实施方案,本发明所述假病毒产生是利用Lipofectamine 8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后48h和72h收集病毒上清并混合;4℃3000g离心10分钟清除细胞碎片后将细胞上清置于20%蔗糖溶液上,使用Beckman SW28转子4℃25,000rpm(112,000g)离心15h获得病毒沉淀。
根据本发明的一个实施方案,本发明所述假病毒鉴定是利用SARS-CoV-2假病毒和编码GFP的对照假病毒感染过表达hACE2或空载慢病毒质粒转染HEK-293FT细胞,感染48小时和72小时荧光显微镜下观察假病毒感染情况,同时在72小时收集上清液,并行荧光定量PCR检测是否有病毒颗粒分泌;采用鼠抗SARS-CoV-2S(S2)单克隆抗体进行westernblot检测确定S蛋白融入假病毒的效率;利用2019-nCoV核酸检测试剂盒(Sansure Bio,China)采用RT-qPCR检测假病毒中的SARS-CoV-2ORF1ab基因确保SARS-CoV-2病毒基因组成功融入慢病毒。
根据本发明的一个实施方案,本发明所述亲和抗体筛选是利用SARS-CoV-2假病毒裂解液和病毒颗粒分别进行SDS-PAGE电泳和琼脂糖凝胶电泳进行解析后,鼠/人抗SARS-CoV-2S/M单克隆抗体作为一抗,HRP-羊抗鼠单克隆抗体作为二抗进行最佳特异性和亲和力抗体的筛选。
根据本发明的一个实施方案,本发明所述羧基磁珠与抗体偶联为用NHS和EDC溶液在25℃下连续激活羧基磁珠30分钟后;将已激活的MSP-COOH-F1加入稀释后的CQ25抗体中,混合后在4℃旋转4小时,分离上清后,用1%BSA溶液在25℃下温和封闭复合物30分钟;最后用偶联后磁珠和分离的上清液进行SDS-PAGE凝胶电泳和考马斯蓝染色评价偶联效果。
根据本发明的一个实施方案,本发明所述SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测是将磁珠抗体复合物与假病毒在PBS缓冲液中常温旋转混合45分钟。捕获后的复合物采用新型冠状病毒核酸检测试剂盒,在Bio-rad CFX96系统中检测SARS-CoV-2RNA水平。
一种新冠病毒(SARS-CoV-2)完整病毒颗粒的检测方法,包括假病毒产生、假病毒鉴定、亲和抗体的筛选、羧基磁珠与抗体偶联、SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测;所述假病毒产生是利用Lipofectamine 8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后48h和72h收集病毒上清并混合;4℃3000g离心10分钟清除细胞碎片后将细胞上清置于20%蔗糖溶液上,使用Beckman SW28转子4℃25,000rpm(112,000g)离心15h;所述假病毒鉴定为利用SARS-CoV-2假病毒和编码GFP的对照假病毒感染过表达hACE2或空载慢病毒质粒转染HEK-293FT细胞,感染48小时和72小时荧光显微镜下观察假病毒感染情况,同时在72小时收集上清液,并行荧光定量PCR检测是否有病毒颗粒分泌;采用鼠抗SARS-CoV-2S(S2)单克隆抗体进行western blot检测确定S蛋白融入假病毒的效率;利用2019-nCoV核酸检测试剂盒(Sansure Bio,China)采用RT-qPCR检测假病毒中的SARS-CoV-2ORF1ab基因确保SARS-CoV-2病毒基因组成功融入慢病毒;所述羧基磁珠与抗体偶联为用NHS和EDC溶液在25℃下连续激活羧基磁珠30分钟后;将已激活的MSP-COOH-F1加入稀释后的CQ25抗体中,混合后在4℃旋转4小时,分离上清后,用1%BSA溶液在25℃下温和封闭复合物30分钟;最后用偶联后磁珠和分离的上清液进行SDS-PAGE凝胶电泳和考马斯蓝染色评价偶联效果;所述亲和抗体筛选为利用SARS-CoV-2假病毒裂解液和病毒颗粒分别进行SDS-PAGE电泳和琼脂糖凝胶电泳进行解析后,鼠/人抗SARS-CoV-2S/M单克隆抗体作为一抗,HRP-羊抗鼠单克隆抗体作为二抗进行最佳特异性和亲和力抗体的筛选;所述SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测是将磁珠抗体复合物与假病毒在PBS缓冲液中常温旋转混合45分钟,捕获后的复合物采用新型冠状病毒核酸检测试剂盒,在Bio-rad CFX96系统中检测SARS-CoV-2RNA水平。
有益效果:
本发明提供一种能够完全模拟完整SARS-CoV-2的新型假病毒系统,并在此基础上提供一种新型的SARS-CoV-2完整病毒颗粒的免疫分子检测方法。通过对捕获病毒颗粒抗体的筛选、抗体-磁珠耦合参数和检测条件的优化,本发明免疫分子检测方法能够检测完整的SARS-CoV-2病毒颗粒,具有较高的敏感性和特异性。令人惊讶的是,本发明这种免疫分子检测对血清和HBV的抗干扰能力比直接qPCR检测更显著,检测内分析的变异系数分别为0.83%和5.19%,提示新型免疫分子检测方法对检测完整的SARS-CoV-2颗粒具有良好的特异性和稳定性。
假病毒的使用使高致病性病毒的研究摆脱了高水平的生物安全设施,为新冠病毒研究做出了巨大贡献。然而,目前报道的假病毒要么模拟SARS-CoV-2的抗原,要么模拟SARS-CoV-2的RNA序列,不能模拟完整的SARS-CoV-2颗粒。发明人设计的伪SARS-CoV-2病毒包含三个关键元素,一是它能在假病毒的衣壳上表达SARS-CoV-2的活性刺突(S)糖蛋白,引发与磁珠-抗体的特异性免疫反应从而捕获完整的病毒颗粒。二是病毒RNA序列的三个片段序列,ORF1ab(15415-15540),N基因(28750-29150)和E(26360-26381)被包裹进假病毒的基因组,这意味着这个全新的假病毒可用于由世卫组织推荐和销售的所有的核酸检测试剂,而不用重新设计qPCR的引物。此外,还将GFP基因整合到假病毒基因组中,可以方便地评估假病毒包装效率和假病毒感染细胞的能力。令人惊喜的是,发明人发现新型假病毒与正常假病毒一样,感染细胞后不会继续增殖并分泌到上清中形成二次感染,这意味着SARS-CoV-2假病毒在模拟病毒感染、中和抗体评价等后续实验中是非常安全的。
与现有的核酸检测相比,仅增加磁珠捕获病毒颗粒的步骤,后续的定量PCR检测仍可利用大部分市面上销售的检测试剂,这意味着免疫分子检测可以在短时间内以极低的成本大规模应用于临床。该方法可用于多种情况下,如检测恢复期患者的完整病毒颗粒清除即感染性消失,评估出院后复阳的病人是否仍能感染周围人群,检测病毒检测采样室、国际航班客舱、国际冷链物流基地等高危环境中是否存在完整的病毒颗粒从而评估感染风险采取相应的防护措施等。在接下来的研究和应用中,可以通过筛选更具有亲和的抗体和质量更高的的羧基磁珠来提高检测的灵敏度,并可以将等温核酸扩增方法与此方法相结合,进一步简化实验过程,降低对实验设备的依赖,从而促进该检测方法在临床实践中的应用。
综上所述,新型的假病毒充分模拟了SARS-CoV-2,使相关研究更加安全方便。基于免疫分子的方法首次对完整的病毒颗粒进行检测,更准确地评估患者的感染状况和环境感染风险,实现了个性化精准治疗和环境资源的有效利用。
附图说明
图1是SARS-CoV-2慢病毒的包装和鉴定示意图;其中A.SARS-CoV-2和SARS-CoV-2伪病毒的结构;B.慢病毒包装原理;C.SARS-CoV-2假病毒的感染性:以转染空载质粒的HEK-293FT细胞和编码GFP的VSV-G假病毒作为对照;D.western blot检测慢病毒中SARS-CoV-2S蛋白;对照:编码野生型SARS-CoV-2S糖蛋白的质粒转染293T细胞过表达的SARS-CoV-2S蛋白;E.2019-nCoV核酸检测试剂盒qPCR检测SARS-CoV-2慢病毒合成克隆的cDNA(SansureBio,中国,湖南);用同样的程序制备VSV-G伪病毒的作为阴性样本。
图2是鉴定与SARS-CoV-2假病毒完整病毒颗粒结合的潜在抗体图;其中A.将SARS-CoV-2假病毒在100℃加热10min后,用western blot方法鉴定与完整病毒颗粒结合的潜在抗体;对照:用编码野生型SARS-CoV-2S糖蛋白的载体转染293T细胞表达的SARS-CoV-2S蛋白;B.通过颗粒凝胶鉴定与完整病毒颗粒结合的潜在抗体;用同样的方法制备VSV伪病毒并作为阴性对照。
图3是基于免疫捕获的新型SARS-CoV-2假病毒检测平台的建立结果图;其中A.基于免疫捕获的SARS-CoV-2假病毒检测平台流程图;B.用BCA法测定偶联后羧基磁珠-抗体复合物的蛋白浓度;C偶联参数优;D.羧基磁珠(MB)和偶联CQ25抗体的磁珠(MB-CQ25)的粒径分析,P<0.0001;****;E.抗hiv1 P24抗体鉴定捕获后的SARS-CoV-2假病毒;F.CQ25抗体-羧基磁珠复合物捕获病毒的特异性鉴定。
图4是SARS-CoV-2假病毒检测平台验证结果图;其中A.分析的线性回归,当SARS-CoV-2假病毒滴度在102~107TU/ml范围内时,免疫分子检测的定量Cq值与滴度(log变换)呈线性关系,y=-2.57x+40.203,R2=0.99;直接qPCR检测结果在10~107TU/mL范围内,y=-2.070x+33.23,R2=0.98;B.检测的特异性,用24个羧基磁珠-cq25抗体复合物(CQ25-MB)和24个捕获的假病毒来确定本实验的特异性,P<0.0001;****。C.VSV-G伪病毒干扰;将不同体积的VSV-G假病毒加入检测平台,检测干扰;D.血清中HBV不同拷贝的干扰;SARS-CoV-2假病毒滴度为105TU/ml。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行具体描述,在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。本发明所用原料及试剂均为市售产品。除特殊说明外,本发明所述份数均为重量份,所述百分比均为质量百分比。
实施例
(一)材料与方法
1、假病毒的产生和滴定
设计并构建了含有SARS-CoV-2ORF1ab基因、N基因、E基因的部分序列和GFP报告基因的质粒,命名为PLV-SARS-CoV-2-N-GFP。具体地说,利用Lipofectamine 8000(BeyotimeBio.C0533)将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后48h和72h收集病毒上清并混合。4℃3000g离心10分钟清除细胞碎片后,将细胞上清置于20%蔗糖溶液上,使用Beckman SW28转子4℃25,000rpm(112,000g)离心15h获得病毒沉淀(Beckman Coulter,Fullerton,CA,USA)。采用HIV-1Gag p24DuoSet ELISA试剂盒(义翘生物技术股份有限公司,北京,中国。11695)对假病毒滴度进行定量。
2、假病毒鉴定
利用SARS-CoV-2假病毒和编码GFP的对照假病毒感染过表达hACE2或空载慢病毒质粒转染HEK-293FT细胞,感染48小时和72小时荧光显微镜下观察假病毒感染情况,同时在72小时收集上清液,并行荧光定量PCR检测是否有病毒颗粒分泌;采用鼠抗SARS-CoV-2S(S2)单克隆抗体进行westernblot检测确定S蛋白融入假病毒的效率;利用2019-nCoV核酸检测试剂盒(Sansure Bio,China)采用RT-qPCR检测假病毒中的SARS-CoV-2ORF1ab基因确保SARS-CoV-2病毒基因组成功融入慢病毒;
3、羧基磁珠与抗体的偶联
用100ul的NHS和100ul的EDC溶液在25℃下连续激活3mg羧基磁珠(FlyW&Y Bio,Chongqing,China)30分钟后。将已激活的MSP-COOH-F118030106)加入稀释后的CQ25抗体(0.6g/L)中,混合后在4℃轻轻旋转4小时。分离上清后,用1%BSA溶液在25℃下温和封闭复合物30分钟。最后用偶联后磁珠和分离的上清液进行SDS-PAGE凝胶电泳和考马斯蓝染色评价偶联效果。
4、SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测
将磁珠抗体复合物与假病毒在PBS缓冲液中常温旋转混合45分钟,捕获后的复合物采用新型冠状病毒核酸检测试剂盒,在Bio-rad CFX96系统中检测SARS-CoV-2RNA水平。采用新型冠状病毒核酸检测试剂盒(荧光定量实时PCR)(Sansure Bio,China.001),在Bio-rad CFX96系统(美国大力神Bio-rad,CA)中检测SARS-CoV-2RNA水平。每次反应包含样品5ul、样品释放剂5ul、含有反应材料、引物和探针的2019-nCoV-PCR反应液26ul、含有逆转录酶和Taq酶的酶混合物4ul。对每个样品进行3个重复的分析,并包括两个无模板控制(NTC)孔,以确认没有污染。
5、亲和抗体筛选
利用SARS-CoV-2假病毒裂解液和病毒颗粒分别进行SDS-PAGE电泳和琼脂糖凝胶电泳进行解析后,利用市场购买的11种鼠/人抗SARS-CoV-2S/M单克隆抗体作为一抗,HRP-羊抗鼠单克隆抗体作为二抗进行最佳特异性和亲和力抗体的筛选。
免疫印迹
将制备的假病毒或293T细胞转染野生型SARS-CoV-2S糖蛋白载体后过表达的SARS-CoV-2S蛋白30ul与6μl 6×SDS样品缓冲液混合,在95℃煮沸10min。然后对样品进行SDS-PAGE凝胶电泳和免疫印迹。用稀释1:1000的小鼠抗S蛋白抗体(CQ2、CQ20、CQ25、CQ8、CQ12、CQ001、CQ100、CQ040、CQ042、CQ023和M1E1)作为一抗,1:4000稀释的山羊抗小鼠IgG(proteintech.No.SA00003-1)作为二抗。
病毒颗粒凝胶
在1×TAE缓冲液中,变性样品在1%琼脂糖凝胶上70V电泳2小时。根据虹吸原理,凝胶中的病毒颗粒在1×TBE缓冲液中转移到尼龙膜上。转移后,用5%BSA封闭膜30min,在抗hiv-1P24抗体液或抗S抗体液中4℃孵育12h,最后用1×TBST缓冲液洗涤,曝光。
6、粒度分析
用NanoBrook 90PLUS PALS粒径分析仪(Brookhaven Instruments Corporation,Holtsville,NY,USA)对羧基磁珠(MB)和磁珠-cq25抗体复合物(MB-cq25)的有效粒径进行了表征。取2.5ul样品(25g/L)加入3ml纯水(1‰triton-100)混合,使样品均匀分散在介质中呈布朗运动。如有必要,超声15分钟。根据仪器说明书设置参数后测量粒径。每次设置三个复杂的孔,重复两次。使用GraphPad Prism 8(GraphPad Software,Inc.,San Diego,CA,USA)对数据进行分析和绘制。
7、统计分析
采用SPSS 21.0forWindows(SPSS,Chicago,IL,USA)统计软件包进行线性回归、描述性统计、重复测量方差分析和两组未配对t检验。所有显著性检验均为双尾检验,p<0.05为有统计学意义。
(二)结果
1、SARS-CoV-2假病毒的构建与鉴定
为了避免高致病性和传染性的风险,SARS-CoV-2活病毒必须在生物安全3级条件下处理,这导致许多研究小组被限制进行与SARS-CoV-2相关的研究,尽管这些研究可能是必要的,非常重要和紧迫的。目前所报道的假病毒仅具有S蛋白或病毒核酸无法模拟病毒的完整结构。因此,发明人构建了一种新型假病毒,该假病毒不仅在病毒表面衣壳上表达刺突(S)糖蛋白,还融合了SARS-CoV-2病毒基因组的部分基因,包括ORF1ab基因、N基因、E基因和GFP编码序列(图1A)。
为了构建SARS-CoV-2假病毒,发明人首先成功构建了慢病毒转移质粒pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和包膜质粒pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)。通过将转移质粒、包装质粒和包膜质粒三质粒系统(pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒)共转染HEK-293FT cell包装生产SARS-CoV-2假病毒(图1B)后,首先检测其传染性和安全性。用SARS-CoV-2假病毒和对照VSVG假病毒感染过表达ACE2或空载的慢病毒质粒转导的HEK-293FT细胞,分别在48h和72h荧光显微镜下观察带有绿色荧光的被感染的细胞。在SARS-CoV-2假病毒感染的72h时,可在HEK-293FT-ACE2细胞中观察到丰富的GFP荧光,表明假病毒成功构建和转导(图1C)。同时在感染72小时收集细胞上清进行荧光定量PCR检测,以确定细胞上清中是否有分泌的病毒颗粒。RT-qPCR结果均未产生阳性信号,说明病毒颗粒不能在感染的HEK-293FT-hACE2细胞中复制和分泌,提示假病毒再感染细胞能力较差,具有较好的生物安全性。
S蛋白融入假病毒的效率采用鼠抗SARS-CoV-2S(S2)单克隆抗体进行westernblot检测。用编码野生型SARS-CoV-2S糖蛋白的载体转染293T细胞,使其表达S蛋白并作为阳性对照。与对照泳道一致,在SARS-CoV-2假病毒泳道中也可发现特异性条带,而作为阴性对照的VSV-G假病毒在相应位置未发现特异性条带。其中190kDa和80kDa两条主要的条带分别对应于单体S蛋白(S1+S2)和S2结构域(图1D,3lane),SARS-CoV-2蛋白S1和S2之间存在额外的furin位点。而在250kDa以上位置的条带可能是二聚体或三聚体S蛋白的产物。
为了确保SARS-CoV-2病毒基因组成功融入慢病毒,发明人利用2019-nCoV核酸检测试剂盒(Sansure Bio,China)采用RT-qPCR检测假病毒中的SARS-CoV-2ORF1ab基因。如图1(E)所示,与阴性样本VSV-G假病毒相比,只有SARS-CoV-2假病毒能产生阳性检测信号。以上结果进一步证实SARS-CoV-2假病毒构建成功。
2、筛选用于捕获SARS-CoV-2假病毒颗粒的抗体。
基于SARS-CoV-2的包膜蛋白和刺突糖蛋白,发明人使用了11株单克隆抗体,分别为CQ2、CQ20、CQ25、CQ8、CQ12、CQ001、CQ100、CQ040、CQ042、CQ023和M1E1(购自重庆博奥赛斯生物科技有限公司和厦门万泰生物科技有限公司公司),通过westernblot和病毒颗粒凝胶试验,筛选能与SARS-CoV-2假病毒颗粒结合的抗体。虽然在western blot实验中,假病毒的裂解产物可以与四株抗体发生免疫反应,包括CQ20、CQ2、CQ8和CQ25(图2a),但由于空间位阻限制,完整的SARS-CoV-2假病毒颗粒只能与CQ2、CQ25和M1E1抗体发生免疫反应(图2b)。可以看出,在11种抗体中,CQ25抗体是与SARS-CoV-2假病毒颗粒结合的亲和力和特异性最高。
3、新型SARS-CoV-2完整病毒颗粒免疫分子检测方法的建立
基于SARS-CoV-2假病毒和筛选的特异性抗体,如图3A所示,基于免疫分子原理发明人设计了一个全新的SARS-CoV-2病毒颗粒检测平台。羧基磁珠的羧基与抗体的氨基共价结合形成肽键,从而使抗体与羧基磁珠偶联;在与SARS-CoV-2假病毒共孵育后,羧基磁珠-cq25抗体复合物可特异性捕获SARS-CoV-2假病毒颗粒;磁力架分离上清后,SARS-CoV-2假病毒颗粒被富集并与其他可能的亚病毒颗粒如游离RNA片段、核衣壳蛋白与病毒基因组RNA形成的冷凝物以及病毒包装过程中产生的空病毒粒子等分离;最后利用荧光定量PCR对复合物进行定量定性检测。免疫和分子的原理结合,进一步确保检测平台只针对完整的病毒颗粒。
为建立SARS-CoV-2完整病毒颗粒的免疫分子检测平台,发明人首先成功偶联羧基磁珠和cq25抗体。利用BCA法测定偶联后复合物的蛋白浓度来评价偶联的效果(图3B),与未处理的羧基磁珠相比,复合物在562nm处具有更高的吸光度,说明抗体已成功与磁珠偶联。在SDS-PAGE电泳结果中,偶联后的磁珠在抗体的相应位置均有特异性的条带,而未处理的羧基磁珠则无特异性的条带,进一步证明磁珠与抗体成功偶联。随着添加的抗体量不断增加,偶联完成后分离的上清中抗体持续增加(图3C),表明3.3mg羧基磁珠至少可被60ug的抗体完全偶联。同时粒度分析的结果表明,复杂的耦合后的平均有效直径约为600nm和羧基磁珠约300nm,粒度的显著增加进一步证实了抗体和羧基磁珠之间的耦合是有效的(图3D)。
接下来,发明人测试了SARS-CoV-2假病毒是否可以被偶联了特异性抗体的羧基磁珠捕获。因为HIV1 P24是慢病毒衣壳中含量最多的标志蛋白,发明人利用单克隆小鼠抗HIV1p24抗体进行病毒颗粒凝胶实验,成功鉴定了捕获后的完整病毒颗粒的病毒衣壳蛋白(图3E)。接着利用SARS-CoV-2S假病毒、VSV-G假病毒、HBV病毒等非特异性样本进一步验证病毒捕获的特异性。对捕获后的磁珠-抗体-病毒复合物进行RT-qPCR检测,与阴性样本相比,只有发明人构建的SARS-CoV-2假病毒可检测到阳性信号,这表明该便携式平台可以捕获完整的SARS-CoV-2假病毒颗粒,具有良好的特异性(图3F)。
4、基于免疫分子的SARS-CoV-2完整病毒颗粒检测平台的验证。
SARS-CoV-2活病毒具有危险的致病性和传染性,必须在生物安全3级条件下处理,因此不得不使用构建的SARS-CoV-2假病毒来验证完整病毒颗粒检测平台。线性范围是指信号与物质浓度在一定范围内存在直接相关关系。用P24 ELASE试剂盒检测SARS-CoV-2假病毒滴度约为6.07×107TU/ml。由于缺乏标准品,发明人对原始SARS-CoV-2假病毒进行了10倍梯度稀释,同时进行荧光定量PCR以确定线性范围。当假病毒滴度在102~107TU/ml范围内时,免疫分子检测方法的定量Cq值与其滴度(对数变换)呈线性关系y=-2.57x+40.203(R2=0.99,图4A),而直接qPCR的线性范围为10~107TU/ml范围内,y=-2.070x+33.23(R2=0.98)。这两种不同的检测方法对同一滴病毒产生了不同的信号,这很可能是方法上的差异和不完全病毒粒子干扰的组合结果,但病毒包装过程中产生的完整病毒颗粒与非完整病毒颗粒的比例还有待进一步研究。
如图4B所示,24个阴性样本即羧基磁珠-抗体(CQ25-MB与24个捕获假病毒后的阳性样本之间存在显著差异,P<0.0001;****。当阴性样本的平均滴度+1.96标准差(SD)用作检测极限(LOD)时,LOD为103TU/Ml。尽管当假病毒的滴度低于103TU/Ml时,定量Cq值可以测得数值,但荧光定量PCR的结果仍被认为是阴性的。
发明人使用VSV-G假病毒和不同乙肝病毒拷贝数的血清来验证该方法的抗干扰能力。如图4C所示,添加不同体积的VSV-G假病毒对完整SARS-CoV-2假病毒颗粒的定量定性检测影响不大,分析间变异系数分别为1.85%和1.69%。正常人血清中含有大量的白蛋白和各种抗体,这些因素是否会影响检测的特异性和稳定性?因此,发明人比较了正常人血清和不同乙肝病毒拷贝数的患者血清分别对直接qPCR和免疫分子检测的干扰能力(图4D)。令人惊讶的是,本发明这种免疫分子检测对血清和HBV的抗干扰能力比直接qPCR检测更显著,检测内分析的变异系数分别为0.83%和5.19%。提示本发明新型免疫分子检测方法对检测完整的SARS-CoV-2颗粒具有良好的特异性和稳定性。
Claims (9)
1.一种假病毒系统,其特征在于:将SARS-CoV-2的部分病毒基因组整合到慢病毒表达质粒中,在其包膜上表达刺突(S)糖蛋白,以模拟SARS-CoV-2的功能结构;所述SARS-CoV-2的部分病毒基因组为含有SARS-CoV-2ORF1ab(15415-15540),N基因(28750-29150)和E(26360-26381)的序列;所述慢病毒表达质粒为pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒。
2.如权利要求1所述的假病毒系统,其特征在于:所述假病毒系统是利用Lipofectamine8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后收集病毒上清并混合;然后离心清除细胞碎片,将细胞上清置于蔗糖溶液上,使用Beckman SW28转子离心得到病毒沉淀。
3.一种新冠病毒(SARS-CoV-2)完整病毒颗粒的检测方法,包括假病毒的产生与滴定、假病毒鉴定、亲和抗体的筛选、羧基磁珠与抗体的偶联、SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测、免疫印迹、病毒颗粒凝胶和粒度分析步骤;所述假病毒的产生与滴定为利用Lipofectamine8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后收集病毒上清并混合;然后离心清除细胞碎片,将细胞上清置于蔗糖溶液上,使用Beckman SW50.1转子离心;采用HIV-1Gag p24 DuoSet ELISA试剂盒对假病毒滴度进行定量。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于:所述假病毒的产生是利用Lipofectamine8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后48h和72h收集病毒上清并混合;4℃3000g离心10分钟清除细胞碎片后,将细胞上清置于20%蔗糖溶液上,使用Beckman SW50.1转子4℃112,000g离心15h得到病毒沉淀。
5.如权利要求3所述的方法,其特征在于:所述体外假病毒感染为将,用SARS-CoV-2假病毒和编码GFP的对照假病毒在48孔板中感染过表达hACE2或空载慢病毒质粒转染的HEK-293FT细胞48小时和72小时后荧光显微镜下观察假病毒感染情况;同时72小时收集上清液,并行荧光定量PCR检测是否有病毒颗粒分泌。
6.如权利要求3所述的方法,其特征在于:所述亲和抗体筛选为利用SARS-CoV-2假病毒裂解液和病毒颗粒分别进行SDS-PAGE电泳和琼脂糖凝胶电泳进行解析和转膜后,鼠/人抗SARS-CoV-2S/M单克隆抗体作为一抗,HRP-羊抗鼠单克隆抗体作为二抗进行最佳特异性和亲和力抗体的筛选。
7.如权利要求3所述的方法,其特征在于:所述羧基磁珠与抗体的偶联为用NHS和EDC溶液在25℃下连续激活羧基磁珠30分钟后;将已激活的MSP-COOH-F1加入稀释后的CQ25抗体中,混合后在4℃旋转4小时,分离上清后,用1%BSA溶液在25℃下温和封闭复合物30分钟;最后用偶联后磁珠和分离的上清液进行SDS-PAGE凝胶电泳和考马斯蓝染色评价偶联效果。
8.如权利要求3所述的方法,其特征在于:所述SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测是将磁珠抗体复合物与假病毒在PBS缓冲液中常温旋转混合45分钟,捕获后的复合物采用新型冠状病毒核酸检测试剂盒,在Bio-rad CFX96系统中检测SARS-CoV-2RNA水平。
9.一种新冠病毒(SARS-CoV-2)完整病毒颗粒的检测方法,包括假病毒产生、假病毒鉴定、亲和抗体的筛选、羧基磁珠与抗体偶联、SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测;所述假病毒产生是利用Lipofectamine 8000将pCMV3-2019-nCoV-Spike(S1+S2)、pLV-SARS-CoV-2-N-GFP和pMD2质粒三种共转染HEK-293FTcells,转染后48h和72h收集病毒上清并混合;4℃3000g离心10分钟清除细胞碎片后将细胞上清置于20%蔗糖溶液上,使用Beckman SW50.1转子4℃25,000rpm(112,000g)离心15h获得假病毒沉淀;所述假病毒鉴定是利用SARS-CoV-2假病毒和编码GFP的对照假病毒感染过表达hACE2或空载慢病毒质粒转染HEK-293FT细胞,感染48小时和72小时荧光显微镜下观察假病毒感染情况,同时在72小时收集上清液,并行荧光定量PCR检测是否有病毒颗粒分泌;采用鼠抗SARS-CoV-2S(S2)单克隆抗体进行westernblot检测确定S蛋白融入假病毒的效率;利用2019-nCoV核酸检测试剂盒(Sansure Bio,China)采用RT-qPCR检测假病毒中的SARS-CoV-2ORF1ab基因确保SARS-CoV-2病毒基因组成功融入慢病毒;所述亲和抗体筛选为利用SARS-CoV-2假病毒裂解液和病毒颗粒分别进行SDS-PAGE电泳和琼脂糖凝胶电泳进行解析和转膜后,鼠/人抗SARS-CoV-2S/M单克隆抗体作为一抗,HRP-羊抗鼠单克隆抗体作为二抗进行最佳特异性和亲和力抗体的筛选;所述羧基磁珠与抗体偶联为用NHS和EDC溶液在25℃下连续激活羧基磁珠30分钟后;将已激活的MSP-COOH-F1加入稀释后的CQ25抗体中,混合后在4℃旋转4小时,分离上清后,用1%BSA溶液在25℃下温和封闭复合物30分钟;最后用偶联后磁珠和分离的上清液进行SDS-PAGE凝胶电泳和考马斯蓝染色评价偶联效果;所述SARS-CoV-2定量RT-qPCR检测为将磁珠抗体复合物与假病毒在PBS缓冲液中常温旋转混合45分钟,捕获后的复合物采用新型冠状病毒核酸检测试剂盒,在Bio-rad CFX96系统中检测SARS-CoV-2RNA水平。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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