ES2354785B2 - Método de evaluación de resistencia de fenotipos de vih-1 a antirretrovirales. - Google Patents

Método de evaluación de resistencia de fenotipos de vih-1 a antirretrovirales. Download PDF

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Abstract

Método de evaluación de resistencia de fenotipos de VIH-1 a antirretrovirales.
En la presente invención se provee un método de análisis de la resistencia fenotípica de VIH-1 de muestras clínicas a antirretrovirales. El método hace uso de plásmidos en los que se han creado mutaciones que generan sitios únicos de secuencia original, de modo que permite la clonación de fragmentos progresivamente mayores del gen pol y/o del gen que codifica para la proteasa del virus VIH procedentes de pacientes en estos plásmidos, y por tanto proporciona un modelo capaz de caracterizar los genes y las subregiones genómicas de VIH-1 implicadas en la resistencia a antirretrovirales.

Description

Método de evaluación de resistencia de fenotipos de VIH-1 a antirretrovirales.
En la presente invención se provee un método de análisis de la resistencia fenotípica de VIH-1 de muestras clínicas a antirretrovirales. El método hace uso de plásmidos en los que se han creado mutaciones que generan sitios únicos de restricción en posiciones sucesivas del gen pol del virus VIH-1, siendo la expresión de aminoácidos idéntica a la de la secuencia original, de modo que permite la clonación de fragmentos progresivamente mayores del gen pol y/o del gen que codifica para la proteasa del virus VIH procedentes de pacientes en estos plásmidos, y por tanto proporciona un modelo capaz de caracterizar los genes y las subregiones genómicas de VIH-1 implicadas en la resistencia a antirretrovirales.
Estado de la técnica anterior
El método objeto de la presente invención constituye un sistema alternativo para analizar la resistencia fenotípica de VIH-1 de muestras clínicas a antirretrovirales, cuya eficacia se muestra en el correspondiente ejemplo.
Aunque el virus VIH tipo NL4.3 ha sido usado para la evaluación fenotípica de resistencias de VIH a los antirretrovirales, los sistemas comerciales y experimentales similares al que se presenta en esta invención, no son capaces de facilitar la discriminación en la aportación de diferentes regiones de los fragmentos clonados en la resistencia de diversos fenotipos de VIH a antirretrovirales. Por tanto, se provee de un modelo capaz de caracterizar los genes y las subregiones genómicas de VIH-1 implicadas en la resistencia a antirretrovirales. Con ello se permite la clonación y el estudio de fragmentos progresivamente más largos del mismo gen, con lo que se puede determinar la aportación de las porciones diferentes del espacio de secuencia correspondiente al gen pol, usando cada una de las construcciones tras pseudotiparlas con la secuencia correspondiente del paciente en la valoración de la resistencia a los
antirretrovirales.
Las regiones de la proteasa y de la retrotranscriptasa son reguladoras de la actividad del virus VIH-1 en etapas clave del proceso de infección y, por tanto, fundamentales para el éxito de la integración del ADN viral en el ADN del huésped. La proteasa actúa cortando unidades de las proteínas Gag, Pol y de la Gag-Pol. La retrotranscriptasa tiene la función de sintetizar el ADN de doble cadena del provirus usando como patrón la cadena singular del ARN viral; es una ADN-polimerasa que actúa como dependiente del ARN. Una parte de los fármacos empleados para evitar la progresión del ciclo vital del virus VIH son inhibidores de la función de estos genes, así pues, los pseudotipos virales construidos usando secuencias de los genes de los virus aislados en los pacientes en las construcciones descritas en la presente invención, permiten valorar el comportamiento in vivo de estos fármacos en la infección por VIH en experimentos de inhibición de la infección usando concentraciones crecientes de antirretrovirales.
Explicación de la invención
El método de la presente invención hace uso de cuatro plásmidos en los que se han creado mutaciones dirigidas al tercer nucleótido del codón sin cambio en la traducción de una secuencia original, para la valoración de la resistencia fenotípica de VIH-1 a antirretrovirales, es decir, el análisis fenotípico de resistencias VIH que permite valorar el "fitness" genético del virus o el papel de mutaciones compensatorias al usar secuencias más largas de la que habitualmente se usa en este tipo de análisis con NL4.3, que es la integración en el vector del fragmento ApaI-PinA1.
Las cuatro construcciones están basadas en un virus VIH tipo NL4.3 (Adachi et al., 1986. J. Virol. 59:284-291.) NIH AIDS Reagent Reference Program (Cat. Num.: 144.), en las que se han creado mutaciones dirigidas al tercer nucleótido del codón, de forma que, siendo la expresión de aminoácidos idéntica a la de la secuencia original, se generan sitios únicos de restricción en posiciones sucesivas del gen pol del virus VIH-1. Mediante este sistema es posible obtener ácidos nucleicos con cuatro polimorfismos de un solo nucleótido (de las siglas en inglés SNP, Single nucleotide polimorphism) y además, al tener secuencias conocidas, podemos obtener la construcción como ADNs lineales (por corte en lugares únicos comunes como ApaI) o circulares. Alternativamente puede obtenerse por transfección con Calphos^{TM} (Invitrogen) en células empaquetadoras (por ejemplo, células 293T/17), viriones VIH infecciosos que puedan usarse como origen de ARNs o como herramienta para la infección experimental "in vivo" y la posible valoración de la capacidad inhibitoria de los antirretrovirales. Por tanto, una aplicación clínica o de desarrollo con las construcciones mencionadas es la evaluación de la resistencia de los diferentes fenotipos de VIH-1 a antirretrovirales comerciales o en vías de ensayo.
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El método de construcción de los plásmidos consistió en amplificar la región de ADN del VIH-1 correspondiente al gen pol contenida en el plásmido pNL4.3 mediante los cebadores SEQ ID NO: 5 y SEQ ID NO: 6, clonar la región amplificada en un vector de expresión, realizar mutagénesis dirigidas independientes en el vector mediante el empleo de pares de cebadores donde el cebador de selección es SEQ ID NO: 11 y el cebador mutagénico se selecciona de la lista que comprende SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 o SEQ ID NO: 10 (de modo que se generaron sitios únicos de restricción en posiciones sucesivas del gen pol del virus VIH-1), y reclonar de forma independiente cada uno de los 4 fragmentos obtenidos en el vector original pNL4.3, obteniendo los plásmidos de secuencias SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4. (Tras obtener las mutaciones en cada uno de los plásmidos de manera independiente se puede seleccionar el fragmento de ADN comprendido entre los sitios de restricción ApaI/PflmI y reclonarlo en el vector original pNL4.3 tras ser digerido previamente con los mismos enzimas de restricción ApaI y PflmI, en este caso). Por tanto, el plásmido de que hace uso el método de la presente invención es un plásmido seleccionado de la lista que comprende SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3 o SEQ ID NO: 4.
La secuencia de cada uno de los plásmidos está basada en la del plásmido pNL4.3 que incluye parte de la secuencia del virus VIH-1. Asimismo, también se considera cualquier combinación de los plásmidos de la lista. A continuación describimos las características de las secuencias:
SEQ ID NO: 1. Se sustituyó el nucleótido que ocupaba la posición 4243 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió el codón ATA (codifica para el aminoácido isoleucina) por ATC (también codifica para el aminoácido isoleucina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción ClaI.
SEQ ID NO: 2. Se sustituyó el nucleótido que ocupaba la posición 4403 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió el codón CCA (codifica para el aminoácido prolina) por CCG (también codifica para el aminoácido prolina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción XmaI.
SEQ ID NO: 3. Se sustituyeron dos nucleótidos que ocupaban las posiciones 4625 y 4626 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió la secuencia TGGGCG por TGCCCG. Se produjeron dos cambios de aminoácido TGG (codifica para el aminoácido triptófano) por TGC (codifica para el aminoácido cisteína) y GCG (codifica para el aminoácido alanina) por CCG (codifica para el aminoácido prolina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción XmaI.
SEQ ID NO: 4. Se sustituyó el nucleótido que ocupaba la posición 4688 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió el codón TCT (codifica para el aminoácido serina) por TCG (también codifica para el aminoácido serina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción ClaI.
En este aspecto de la invención también se incluyen aquellos plásmidos derivados de los plásmidos SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4. Por plásmidos derivados se entienden aquellos que conservan las mutaciones que los caracterizan y permiten reconocer las enzimas de restricción que se han descrito anteriormente para cada uno de ellos.
Un aspecto necesario para aplicar el método de la presente invención es una célula empaquetadora transfectada con cualquiera de los plásmidos de la invención.
El término "célula empaquetadora" hace referencia a cualquier célula modificada para expresar los genes correspondientes a las proteínas virales necesarias para que se pueda constituir la partícula viral infectiva a partir de la construcción que se transfecta.
El término célula "transformada" o "transfectada" hace referencia a la célula procariota o eucariota, respectivamente, en la que se ha introducido material genético externo mediante plásmidos, vectores víricos u otras herramientas de transferencia de este tipo de material.
Para aplicar el método de la presente invención también es necesario un virión que contiene el ARN codificado por cualquiera de los plásmidos de secuencia SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4. El término "virión" se refiere a la partícula viral infectiva compuesta al menos por:
Ácido nucleico vírico: el ácido nucleico es ARN de cadena sencilla.
Proteínas víricas: Pueden ser proteínas estructurales como las que forman la cubierta externa o cápside (por ejemplo las proteínas ENV de los plásmidos de la presente invención), o también pueden ser otro tipo de proteínas enzimáticas (por ejemplo POL, VIF, VPR, TAT, etc...).
Los viriones de la presente invención se obtienen como consecuencia de la transfección de células empaquetadoras mediante un plásmido caracterizado por las secuencias del primer aspecto de la presente invención. Los viriones son liberados al medio en el que se cultivan las células empaquetadoras transfectadas.
Otro aspecto necesario para aplicar el método de la presente invención es una célula reporter transfectada con cualquiera de los viriones según el aspecto anterior.
El término "célula reporter" hace referencia a la célula que contiene un gen foráneo cuya proteína puede ser detectada por la medida de su fluorescencia o cualquier otro gen cuya proteína sea detectable.
Las células que expresan cualquiera de los plásmidos de la invención pueden ser todas aquellas que admitan la replicación de los plásmidos descritos con el objeto de conseguir amplificar el número de copias de cada uno de los citados plásmidos.
Como se ha mencionado anteriormente, los viriones definidos en la presente invención contienen el ARN codificado por la secuencia de los plásmidos SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4. El virión contiene la secuencia del virus VIH-1, compuesto por dos copias de ARN de cadena sencilla (sARN) en las cuales se encuentra la secuencia de la retrotranscriptasa y la proteasa.
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En el método de la presente invención, los plásmidos seleccionados de la lista que comprende SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4, o cualquiera de sus combinaciones, pueden emplearse para clonar fragmentos del gen pol y de la proteasa del virus VIH-1.
En el método de la presente Invención, los fragmentos del gen pol y de la proteasa que se clonan en los plásmidos SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4 proceden de muestras aisladas de personas infectadas por el virus VIH. Una vez amplificados los fragmentos procedentes de pacientes infectados, éstos pueden clonarse mediante la linearización por la acción de enzimas de restricción y su posterior ligamiento, es decir, mediante el empleo de técnicas de clonación que forman parte del conocimiento general común. Las enzimas de restricción óptimas para llevar a cabo las clonaciones son los pares de enzimas ApaI/ClaI y ApaI/XmaI para los plásmidos mutados siempre que se hayan empleado cebadores para amplificar los fragmentos deseados de la secuencia del VIH-1 que contengan las secuencias nucleotídicas reconocidas por las enzimas ApaI, ClaI y XmaI. Estos fragmentos solo pueden clonarse en los plásmidos descritos en la invención. ApaI es un sitio único común en todas las construcciones de pNL4.3 ya que aparece en la secuencia original.
Por tanto, el plásmido de la invención, o cualquiera de sus combinaciones, los viriones que se obtienen con los plásmidos tal como se ha descrito anteriormente y la célula reporter, o cualquiera de sus combinaciones, pueden emplearse para evaluar la resistencia de fenotipos del virus VIH-1 a antirretrovirales.
El término "fenotipo" hace referencia a cualquier característica detectable de un organismo (estructural, bioquímica, fisiológica o conductual) determinada por una interacción entre su genotipo y el medio en el que se desarrolla.
El término "antirretroviral" hace referencia a una sustancia química o fármaco que es capaz de tratar la infección por el virus VIH. Los antirretrovirales actúan en varias etapas del ciclo vital del virus VIH. Los tipos de antirretrovirales pueden ser: Inhibidores de transcriptasa inversa (inhibidores de transcriptasa análogos de nucleósidos, inhibidores de transcriptasa no análogos de nucleótidos (NNRT) e inhibidores de transcriptasa análogos de nucleótidos (NRT)). Inhibidores de proteasa (IP), inhibidores de la integrasa, inhibidores de fusión, anticuerpos monoclonales dirigidos contra co-receptores, además se pueden usar diversas mezclas de los anteriores, así como potenciadores de su efecto.
Las mutaciones que caracterizan a los virus VIH, cuya tasa de replicación es muy elevada y no tienen sistema de reparación genética, pueden provocar cambios en la resistencia de los virus a los diferentes antirretrovirales que existen en la actualidad. La resistencia puede deberse a cambios en algún aminoácido, estructurales o de cualquier otro tipo que puede tener como consecuencia la pérdida de afinidad del antirretroviral por la proteína con la que interactúa.
Para evaluar la resistencia de diferentes fenotipos de virus VIH a antirretrovirales mediante el método de la presente invención, es necesaria la clonación, en los plásmidos de secuencia SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4., de los fragmentos del gen que codifica para la polimerasa y/o del gen que codifica para la proteasa del virus VIH presente en los pacientes por medio de su amplificación por PCR mediante el uso de un cebador directo común y diferentes cebadores reversos, incluyendo estos últimos, sitios de restricción correspondientes a cada uno de los sitios obtenidos por mutagénesis dirigida en los plásmidos. Posteriormente, se trasnfectarían estos plásmidos en una línea celular empaquetadora, se recogerían los viriones liberados, se emplearían los viriones para infectar células reporter, y tras añadir un antirretroviral a dichas células se mediría la fluorescencia, dando una idea de la resistencia al antirretroviral en cuestión.
Una realización preferida de la invención es un método de evaluación fenotípico de la resistencia de VIH a antirretrovirales que comprende:
a.
recoger muestras biológicas de pacientes infectados por el virus VIH,
b.
extraer el ARN de las muestras del paso (a),
c.
amplificar, mediante RT-PCR, fragmentos del gen que codifica para la polimerasa y/o del gen que codifica para la proteasa del virus VIH del ARN del paso (b) mediante el empleo del cebador directo SEQ ID NO: 12 y el cebador reverso seleccionado de la lista que comprende SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 o SEQ ID NO: 10,
d.
clonar de forma independiente los fragmentos obtenidos en (c), en los plásmidos SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4,
e.
transfectar los plásmidos obtenidos en (d) en una línea celular empaquetadora y recoger los viriones liberados,
f.
infectar células reporter con los viriones obtenidos en (e),
g.
añadir un antirretroviral a las células del paso (f) y
h.
medir la fluorescencia, calculando la IC_{50}.
Por el término "muestra biológica" se entiende aquella muestra que procede de un fluido fisiológico como sangre, plasma, suero u orina y/o cualquier tejido celular procedente de un organismo vivo. Queda claro por tanto que se trata de una muestra biológica aislada del organismo vivo.
La técnica de la RT-PCR consigue amplificar el ADN codificante de los genes deseados mediante el empleo de cualquier enzima (retrotranscriptasa; RT o transcriptasa reversa) que utiliza el ARNm aislado de las muestras descritas y un cebador reverso seleccionado de la lista que comprende SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 o SEQ ID NO: 10. El cebador conocido como reverso de cada uno de los pares descritos anteriormente hará de iniciador para obtener el ADN de cadena simple o monocatenario complementario a la secuencia de ARNm transcrita.
El siguiente paso es la obtención de fragmentos de ADN de doble cadena amplificados mediante PCR (de las siglas en inglés Polimerase Chain Reaction) utilizando como molde el ADN codificante obtenido mediante la reacción de retrotranscripción y los pares de cebadores directo/reverso siguientes: el cebador directo es SEQ ID NO: 12 y el cebador reverso se selecciona de la lista que comprende SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 o SEQ ID NO: 10. Además, para la síntesis del ADN es necesaria la presencia de nucleótidos dNTPs, es decir, dATP, dTTP, dCTP y dGTP, ADN polimerasa termoresistente, cloruro de magnesio en una concentración determinada así como tampones que creen las condiciones físico-químicas adecuadas para el funcionamiento de todos los componentes y se consiga con ello la amplificación.
La clonación de los fragmentos obtenidos en el paso (c) en los plásmidos de la invención se puede llevar a cabo mediante los enzimas de restricción ApaI y ClaI o XmaI.
Tras la selección de los viriones liberados al medio por las células empaquetadoras puede emplearse un paso intermedio; la titulación de los viriones del paso (d) por medio de la infección de una línea celular capaz de formar sincitios. Las células formadoras de sincitios que pueden ser empleadas para llevar a cabo la titulación son células MT-2 o cualquier otra línea celular capaz de formar sincitios. La formación de sincitios es el efecto citopático de VIH en algunas líneas celulares y consiste en la formación de acúmulos celulares que pierden el papel de separación que tiene la membrana externa de forma que aparecen grandes células llenas de núcleos. La titulación tal como se entiende en la presente invención es la determinación de la dilución del sobrenadante con viriones y su capacidad infectiva relativa. La titulación puede llevarse a cabo de forma alternativa valorando la presencia de la proteína p24 (que es sintetizada si el virión es infectivo).
El antirretroviral añadido a las células del paso (f) se selecciona de la lista disponible que en la actualidad comprendería zidovudina, didanosina, zalcitabina, estavudina, lamivudina, abacavir, emtricitabina, nevirapina, delavirdina, efavirenz, tenofovir, disoproxil fumarato, saquinavir, ritonavir, indinavir, nelfinavir, amprenavir, lopinavir, atazanavir, fosamprenavir, tipranavir, darunavir, enfuvirtida, maraviroc, raltegravir, elvitegravir o cualquier otro inhibidor de transcriptasa inversa (inhibidor de transcriptasa análogo de nucleósidos, inhibidor de transcriptasa no análogo de nucleósidos e inhibidor de transcriptasa análogo de nucleótidos), Inhibidor de proteasa, inhibidor de la integrasa, inhibidor de fusión, anticuerpos monoclonales dirigidos contra co-receptores o potenciadores de su efecto además de mezclas de los anteriores.
La medida de fluorescencia emitida es debida a la activación de la expresión del gen reporter GFP dirigido por el promotor LTR que reconoce el virus VIH-1, al ser activado por la presencia del transactivador Tat, producido durante la infección de la célula con el virión infeccioso. La medida de la fluorescencia puede servir para calcular la IC_{50}. La IC_{50} es la medida de la efectividad de un compuesto (en este caso antirretroviral) en su proceso de inhibición biológica o de una función bioquímica. Por tanto, el IC_{50} representa la concentración de un compuesto que es necesaria para la inhibición de la replicación viral in vitro en un 50%.
En una realización más preferida del método anterior, la célula empaquetadora es 293-T y las células reporter son CEM-GFP.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Las siguientes figuras y ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.
Descripción de las figuras
Fig 1. Muestra el mapa genético del plásmido pNL4.3 CLA 4254 definido por la secuencia SEQ ID NO: 1.
En el mapa se muestra la posición relativa de los genes gag (GAG), pol (POL), env (ENV) y otros fragmentos (LTR; Long Terminal Repeat, pUC18; fragmento procedente del vector pUC18,...) así como los sitios de restricción más comunes para llevar a cabo cortes por enzimas de restricción. También se muestra la posición de la mutación que da lugar a este plásmido, en el nucleótido que ocupa la posición 4254.
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Fig 2. Muestra el mapa genético del plásmido pNL4.3 XMA 4411 definido por la secuencia SEQ ID NO: 2.
En el mapa se muestra la posición relativa de los genes gag (GAG), pol (POL), env (ENV) y otros fragmentos (LTR; Long Terminal Repeat, pUC18; fragmento procedente del vector pUC18,...) así como los sitios de restricción más comunes para llevar a cabo cortes por enzimas de restricción. También se muestra la posición de la mutación que da lugar a este plásmido, en el nucleótido que ocupa la posición 4411.
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Fig 3. Muestra el mapa genético del plásmido pNL4.3 XMA 4634 definido por la secuencia SEQ ID NO: 3.
En el mapa se muestra la posición relativa de los genes gag (GAG), pol (POL), env (ENV) y otros fragmentos (LTR; Long Terminal Repeat, pUC18; fragmento procedente del vector pUC18,...) así como los sitios de restricción más comunes para llevar a cabo cortes por enzimas de restricción. También se muestra la posición de la mutación que da lugar a este plásmido, en el nucleótido que ocupa la posición 4634.
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Fig 4. Muestra el mapa genético del plásmido pNL4.3 CLA 4696 definido por la secuencia SEQ ID NO: 4.
En el mapa se muestra la posición relativa de los genes gag (GAG), pol (POL), env (ENV) y otros fragmentos (LTR; Long Terminal Repeat, pUC18; fragmento procedente del vector pUC18,...) así como los sitios de restricción más comunes para llevar a cabo cortes por enzimas de restricción. También se muestra la posición de la mutación que da lugar a este plásmido, en el nucleótido que ocupa la posición 4696.
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Fig 5. Muestra el patrón de migración en gel de agarosa de los diferentes fragmentos diferenciales de los plásmidos definidos por las secuencias SEQ ID NO: 1 a SEQ ID NO: 4.
Patrón electroforético de los cortes de los plásmidos con enzimas de restricción: (A) Control PM, (B) pNL4.3 cortado con ApaI y PinAI (fragmento 1480 bp), (C) pNL4.3 C4254 (SEQ ID NO: 1) cortado con ApaI y ClaI (fragmento2248 bp), (D) pNL4.3 X4411 (SEQ ID NO: 2) cortado con ApaI y XmaI (fragmento2405 bp), (E) pNL4.3 X4634 (SEQ ID NO: 3) cortado con ApaI y XmaI (fragmento 2628 bp) y (F) pNL4.3 X4696 (SEQ ID NO: 4) cortado con ApaI y ClaI (fragmento 2690 bp).
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Fig 6. Muestra los pasos del análisis fenotípico de resistencias de VIH-1 a antirretrovirales.
En esta figura se muestra el esquema de los procesos llevados a cabo para evaluar la resistencia de los diferentes virus VIH-1 a antirretrovirales.
El plásmido construido se transfecta en células 293T/17. Los viriones infecciosos con el fragmento del gen pol se titulan en células MT2 formadoras de sinticios y, a continuación, se infectan células CEM-GFP para que pueda medirse el nivel de fluorescencia emitida tras añadir fármacos antirretrovirales.
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Fig 7. Muestra un ejemplo demostrativo de las curvas de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con SEQ ID NO: 1 respecto de las infectadas con pNL4.3 (control) cuando son tratadas con el antirretroviral INDINAVIR.
NL4.3 con la mutación 4254 hace referencia a SEQ ID NO: 1.
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Fig 8. Muestra un ejemplo demostrativo de las curvas de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con SEQ ID NO: 2 respecto de las infectadas con pNL4.3 (control) cuando son tratadas con un antirretroviral INDINAVIR.
NL4.3 con la mutación 4411 hace referencia a SEQ ID NO: 2.
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Fig 9. Muestra un ejemplo demostrativo de las curvas de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con SEQ ID NO: 4 respecto de las infectadas con pNL4.3 (control) cuando son tratadas con un antirretroviral INDINAVIR.
NL4.3 con la mutación 4696 hace referencia a SEQ ID NO: 4.
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Ejemplos
A continuación se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores que describen la obtención de los nuevos plásmidos y su ensayo en la evaluación de los sistemas de extracción de ácidos nucleicos así como en la evaluación de su resistencia a antirretrovirales.
Ejemplo 1 Construcción de los cuatro plásmidos (pseudotipos) por mutación dirigida
Las construcciones se crearon con mutaciones dirigidas a un sitio concreto en el gen pol del virus VIH-1.
Para ello, la región del pNL4.3 entre los lugares de secuencia 1548 y 5979 se amplificó con el cebador directo SEQ ID NO: 5 y con el cebador reverso SEQ ID NO: 6. Ambos corresponden a porciones de secuencia en el gen pol, se usó con este propósito polimerasa de alta fidelidad (Expand high fidelity PCR System). El fragmento amplificado se clonó en el vector TOPO TA (Invitrogen). Una vez probada la correcta orientación de los insertos realizados se procedió a llevar a cabo cuatro de mutagénesis dirigidas individuales (Transformer Site-Directed Mutagénesis Kit (Clontech)) usando los cuatro cebadores para mutagénesis siguientes: SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 y SEQ ID NO: 10.
Se utilizó otro cebador para selección que incluye el sitio de restricción NcoI definida por la secuencia SEQ ID NO: 11. Tras obtener las mutaciones se cortó el fragmento, ApaI/PflmI que incluye cada mutación y se reinsertó en el fragmento correspondiente obtenido en pNL4.3, de esta forma se obtuvieron los cuatro plásmidos mutados.
Los cuatro plásmidos que se obtuvieron tras el proceso de mutagénesis dirigida fueron:
- SEQ ID NO: 1 (pNL4.3 CLA 4254) (Fig 1): Se sustituyó el nucleótido que ocupaba la posición 4243 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió el codón ATA (codifica para el aminoácido isoleucina) por ATC (también codifica para el aminoácido isoleucina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción ClaI. El fragmento generado va desde la posición que ocupa el sitio de restricción ApaI a ClaI con un tamaño de 2248 pb.
- SEQ ID NO: 2 (pNL4.3 XMA 4411) (Fig 2): Se sustituyó el nucleótido que ocupaba la posición 4403 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió el codón CCA (codifica para el aminoácido prolina) por CCG (también codifica para el aminoácido prolina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción XmaI. El fragmento generado va desde la posición que ocupa el sitio de restricción ApaI a XmaI con un tamaño de 2405 pb.
- SEQ ID NO: 3 (pNL4.3 XMA 4634) (Fig 3): Se sustituyeron dos nucleótidos que ocupaban las posiciones 4625 y 4626 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió la secuencia TGGGCG por TGCCCG. Se produjeron dos cambios de aminoácido TGG (codifica para el aminoácido triptófano) por TGC (codifica para el aminoácido cisteína) y GCG (codifica para el aminoácido alanina) por CCG (codifica para el aminoácido prolina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción XmaI. El fragmento generado va desde la posición que ocupa el sitio de restricción ApaI a XmaI con un tamaño de 2628 pb. El virus producido resultó no infeccioso e incapaz de producir sinticios, por tanto, puede ser considerado como control negativo.
- SEQ ID NO: 4 (pNL4.3 CLA 4696) (Fig 4): Se sustituyó el nucleótido que ocupaba la posición 4688 del plásmido original pNL4.3 correspondiente al gen pol que cambió el codón TCT (codifica para el aminoácido serina) por TCG (también codifica para el aminoácido serina), generándose de ese modo un nuevo sitio de restricción ClaI. El fragmento generado va desde la posición que ocupa el sitio de restricción ApaI a ClaI con un tamaño de 2690 pb.
El control de las mutaciones se llevó a cabo mediante digestión de los plásmidos con las enzimas de restricción apropiadas así como mediante la secuenciación de las construcciones. En la columna 1 de la Fig 5 se muestra el patrón de bandas de un ADN control cuyo tamaño de banda (nº de pares de bases) es conocido y por tanto, sirve de referencia para determinar el tamaño de las bandas obtenidas tras la digestión de cada uno de los plásmidos construidos. En el resto de columnas se muestran dos bandas correspondientes a ADN lineal obtenido mediante corte por digestión de los enzimas de restricción ApaI/Pim AI, ApaI/ClaI, ApaI/XmaI, ApaI/XmaI y ApaI/ClaI que proceden de los plásmidos pNL4.3 (plásmido original), p4254 (SEQ ID NO: 1), p4411 (SEQ ID NO: 2), p4634 (SEQ ID NO: 3) y p4696 (SEQ ID NO: 4), respectivamente. La banda más grande (migra más lentamente), correspondiente a cada uno de los plásmidos, pertenece a la mayor parte del ADN del plásmido y las bandas más pequeñas (migran más lentamente) pertenecen al ADN de parte del gen gag y pol del virus VIH-1.
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Ejemplo 2 Clonación de fragmentos del gen pol del virus VIH-1 de pacientes infectados
Mediante el empleo de la técnica de amplificación por RT-PCRs se obtuvieron fragmentos del gen pol del virus VIH-1 de pacientes infectados. Se usaron los pares de cebadores SEQ ID NO: 12 (cebador directo con el sitio de restricción ApaI) y SEQ ID NO: 7 (cebador reverso con el sitio de restricción ClaI), SEQ ID NO: 8 (cebador reverso con el sitio de restricción XmaI), SEQ ID NO: 9 (cebador reverso con el sitio de restricción XmaI) o SEQ ID NO: 10 (cebador reverso con el sitio de restricción ClaI).
Los cebadores fueron diseñados con la ayuda del programa Primer3 Output (http://www-genome.wi.mit.edu) incluyendo el sitio de restricción de ApaI en el cebador directo y el XmaI/ClaI en cada cebador reverso, necesarios para el
posterior ligamiento de los fragmentos de ApaI-XmaI/ClaI del paciente en cada uno de los cuatro plásmidos generados.
Es decir, se generaron cuatro alternativas viables para la construcción de virus para el análisis de resistencias fenotípicas con fragmentos más largos que los tradicionalmente usados Apa I-PinAI.
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Ejemplo 3 Análisis de la resistencia de fenotipos de VIH-1 a antirretrovirales
Experimento I
Para construir un sistema de valoración fenotípica de la infección del VIH-1, que ampliase las posibilidades de pseudotipado del virus VIH-1 con el fragmento de la región gag-pol estudiada actualmente (ApaI2010-PinAI3486 = 1476 pb), fueron introducidas en el gen pol cuatro mutaciones mediante mutagénesis dirigida de manera que se formaran cuatro nuevos sitios de reconocimiento para enzimas de restricción (dos sitios para ClaI y dos para XmaI). De este modo se amplían los posibles fragmentos genéticos a estudiar en los virus recombinados a 2248, 2405, 2628 y 2690 pb hasta abarcar toda la región de la proteasa y de la retrotranscriptasa.
Las mutaciones se realizaron en el vector pNL4.3, tras lo cual cada uno fue transfectado mediante fosfato cálcico en la línea celular empaquetadora 293-T. 48-72 horas post-transfección se cosecharon los sobrenadantes que contenían los viriones liberados al medio y se titularon por el método de formación de sincitios en la línea celular MT-2. En este punto conviene recordar que el virus que incluye el plásmido definido por SEQ ID NO: 3 (pNL4.3X4634) (Fig 3) resultó no infeccioso e incapaz de producir sinticios, por tanto, puede ser considerado como control negativo. Se utilizaron inóculos virales de 5x10^{5} dosis infectivas/ml para infectar células reporter CEM-GFP. Los ensayos de infección in vitro se optimizaron y protocolizaron para su aplicación en la determinación de la replicación viral (Fig 6).
Las células CEM-GFP son células T humanas que contienen un promotor LTR (Long Terminal Repeaf) que dirigen la expresión de la proteína "reporter" GFP (Green Fluorescent Protein). El promotor LTR tiene una región, transactivating responsive sequence (TAR), que reconoce la proteína TAT (Trans-activating proteína). La proteína TAT es liberada al medio extracelular por las células infectadas y es recogida por las células sanas donde activa la replicación del virus VIH induciendo la fosforilación del dominio C-terminal de la ARN polimerasa II. Las células infectadas por el virus VIH (en el caso de esta invención, los plásmidos que contienen la secuencia de los genes gag-pol del virus) expresan el gen GFP tanto más cuanto mayor es la infección. De este modo, cuando se añade un antirretroviral después de una infección por VIH, la medida de la expresión del gen GFP variará en base al nivel de resistencia del virus infectado.
Las mediciones de los niveles de fluorescencia emitidos por las células en cultivo en cada caso fueron realizadas mediante fluorimetría, procesadas en una hoja de cálculo creada con el programa Excel (Microsoft) y utilizada para el cálculo de las IC 50 que se realizó con el programa GraFit32.
Se ensayaron in vitro infecciones del plásmido base pNL4.3, de un plásmido semejante pero con mutaciones que lo hacen resistente a inhibidores de proteasa, pL10R/M46I/L63P/V82T/184V* (L10R), y de los plásmidos de la presente invención, mutados en el gen pol. A partir de los resultados obtenidos en estos ensayos se pudo establecer la dinámica de la infección con estos virus y comparar su comportamiento modificando de forma secuencial las características de su gen pol.
Tras los primeros resultados, se consiguieron testar las construcciones de la presente invención con los métodos de la empresa VIRCO. Los resultados se presentan en la tabla 1.
TABLA 1 Resultados de las medidas de fluorescencia para cada una de las construcciones (primera columna) cuando se aplican diferentes antirretrovirales. Los antirretrovirales empleados causan disminución en la actividad del virus VIH-1. Se han resaltado en negrita los valores que indican resistencia a los respectivos antirretrovirales
1
2
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3
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4
100
Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor (NRTI),
Non-Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor (NNRTI),
Protease Inhibitor (IP)
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Los resultados realizados por triplicado y en colaboración con VIRCO (Mechelen (Bélgica)) mostraron la concordancia entre las predicciones fenotípicas y genotípicas al comparar los resultados del fenotipado con las predicciones del sistema VIRCOType.
El valor a partir del cual se considera resistente fue establecido por la empresa VIRCO (www.vircolab.com) y se basa en valores en la lectura de fluorescencia de más de 3 y criterios de respuesta clínica.
Conclusión preliminar: Las construcciones realizadas y su funcionamiento tras la inclusión de los fragmentos correspondientes posibilita el trabajo con fragmentos más amplios y es aplicable al estudio de efectos de mutaciones a más distancia de las convencionales ApaI-PinAI.
Experimento II
Se ha desarrollado según lo previsto en el proyecto un método de evaluación de las resistencias fenotípicas propio. Dicho método presentó diferencias con las estrategias de evaluación del método desarrollado por VIRCO o Virologic pero los resultados obtenidos fueron coherentes con los obtenidos en las pruebas realizadas en colaboración con VIRCO.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 2 Resultados de las medidas de fluorescencia para cada una de las construcciones (primera columna) cuando se aplican diferentes antirretrovirales. Los antirretrovirales empleados causan disminución en la actividad del virus VIH-1. Se han resaltado en negrita los valores que indican resistencia a los respectivos antirretrovirales
5
Los valores en negrita indican resistencia a antirretrovirales.
El plásmido pCHUS es un vector mínimo que contiene el genoma completo HIV procedente de pNL4.3, así como el gen de resistencia a ampicilina y el origen de replicación derivados de pUC18, que permiten su propagación en E. coli. El plásmido tiene un tamaño de 11.538 pb y posee varios sitios de restricción únicos nuevos. Este vector minimizado puede facilitar no sólo su propia manipulación genética, sino también los procesos de transformación tanto en E. coli como en cultivos celulares e incluso podría permitir la mutagénesis in vitro directamente, sin necesidad de clonaciones y subclonaciones (Molecular Biotechnology. 2004. 28:87-95).
Conclusión preliminar: el modelo desarrollado y su medida posibilita el estudio de la infección por virus VIH en un modelo fenotípico con un rendimiento adecuado y permitiría testar antirretrovirales convencionales usando las construcciones de la presente invención personalizadas con secuencias pol del virus de pacientes.
En las Fig 7, 8 y 9 se muestran las curvas de respuesta de los plásmidos definidos según las secuencias SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 y SEQ ID NO: 4 respectivamente.
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A continuación mostramos los resultados numéricos de cada una de las curvas de respuesta.
Datos numéricos de las curvas de respuesta de la figura 7; tablas 3 y 4
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TABLA 3 Datos correspondientes a la curva de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con SEQ ID NO: 1 cuando son tratadas con el antirretroviral INDINAVIR
6
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TABLA 4 Datos correspondientes a la curva de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con pNL4.3 cuando son tratadas con el antirretroviral INDINAVIR (respuesta control)
7
IC_{50}: 1,17
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Datos numéricos de las curvas de respuesta de la figura 8; tablas 5 y 6
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TABLA 5 Datos correspondientes a la curva de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con SEQ ID NO: 2 cuando son tratadas con el antirretroviral INDINAVIR
8
TABLA 6 Datos correspondientes a la curva de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con pNL4.3 cuando son tratadas con el antirretroviral INDINAVIR (respuesta control)
9
IC_{50}: 1,23
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Datos numéricos de las curvas de respuesta de la figura 9; tablas 7 y 8
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TABLA 7 Datos correspondientes a la curva de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con SEQ ID NO: 4 cuando son tratadas con el antirretroviral INDINAVIR
10
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TABLA 8 Datos correspondientes a la curva de inhibición de las células CEM-GFP infectadas con pNL4.3 cuando son tratadas con el antirretroviral INDINAVIR (respuesta control)
11
IC_{50}: 1,04
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<110> Universidade de Santiago de Compostela
\hskip1cm
Nanogap
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\vskip0.400000\baselineskip
<120> Método de evaluación de resistencia de fenotipos de VIH-1 a antirretrovirales
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\vskip0.400000\baselineskip
<130> 1596.15-2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<160> 24
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<170> PatentIn version 3.5
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 1
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 14883
\vskip0.400000\baselineskip
<212> DNA
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220> misc_recomb
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<223> Plásmido p4254
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 1
12
13
14
15
16
17
18
19
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<210> 2
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<211> 14883
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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<220> misc_recomb
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<223> p4411
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 2
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20
21
22
23
24
25
26
27
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 3
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 14883
\vskip0.400000\baselineskip
<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220> misc_recomb
\vskip0.400000\baselineskip
<223> p4634
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 3
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28
29
30
31
32
33
34
35
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 4
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<211> 14883
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220> misc_recomb
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<223> p4696
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 4
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36
37
38
39
40
41
42
43
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 5
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 23
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<212> DNA
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Virus de la inmunodeficiencia humana
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 5
\vskip1.000000\baselineskip
\hskip1cm
44
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 6
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<211> 20
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<212> DNA
\vskip0.400000\baselineskip
<213> virus de la inmunodeficiencia humana
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 6
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\hskip1cm
45
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 7
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<211> 22
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220> primer_bind
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Usado en la mutagénesis directa
\vskip1.000000\baselineskip
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<400> 7
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\hskip1cm
46
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<210> 8
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<211> 20
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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<220> primer_bind
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<223> Usado en la mutagénesis directa
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 8
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\hskip1cm
47
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<210> 9
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<211> 24
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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<220> primer_bind
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<223> Usado en la mutagénesis directa
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<400> 9
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\hskip1cm
48
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<210> 10
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<211> 28
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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<220> primer_bind
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<223> usado en la mutagénesis directa
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<400> 10
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\hskip1cm
49
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<210> 11
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<211> 24
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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<220> primer_bind
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<223> usado en la mutagénesis directa
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<400> 11
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\hskip1cm
50
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 12
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<211> 20
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220> primer_bind
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Sitio de restricción ApaI
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 12
\vskip1.000000\baselineskip
\hskip1cm
51
\vskip1.000000\baselineskip

Claims (2)

1. Método de evaluación de la resistencia de fenotipos de VIH a antirretrovirales que comprende:
a.
recoger muestras biológicas de pacientes infectados por el virus VIH,
b.
extraer el ARN de las muestras del paso (a),
c.
amplificar, mediante RT-PCR, fragmentos del gen que codifica para la polimerasa y/o del gen que codifica para la proteasa del virus VIH del ARN del paso (b) mediante el empleo del cebador directo SEQ ID NO: 12 y el cebador reverso seleccionado de la lista que comprende SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 o SEQ ID NO: 10,
d.
clonar de forma independiente los fragmentos obtenidos en (c), en los plásmidos seleccionados de la lista que comprende SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3 o SEQ ID NO: 4,
e.
transfectar los plásmidos obtenidos en (d) en una línea celular empaquetadora y recoger los viriones liberados,
f.
infectar células reporter con los viriones obtenidos en (e),
g.
añadir un antirretroviral a las células del paso (f) y
h.
medir la fluorescencia.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método según la reivindicación 1 donde la célula empaquetadora es 293-T y las células reporter son CEM-GFP.
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