Veel virussen, waaronder hiv en influenza A, muteren zo snel dat het identificeren van effectieve vaccins of behandelingen hetzelfde is als proberen een bewegend doelwit te raken. Een beter begrip van virale verspreiding en evolutie in afzonderlijke cellen zou kunnen helpen. Vandaag, wetenschappers rapporteren een nieuwe techniek die niet alleen viraal RNA in levende cellen kan identificeren en kwantificeren, maar detecteren ook kleine veranderingen in RNA-sequenties die virussen een voorsprong kunnen geven of sommige mensen 'superspreaders' kunnen maken.

De onderzoekers zullen hun resultaten presenteren op de American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Voor het bestuderen van een nieuw virus zoals SARS-CoV-2, het is belangrijk om niet alleen te begrijpen hoe populaties op het virus reageren, maar hoe individuen - mensen of cellen - ermee omgaan, " zegt Laura Fabris, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project. "Dus hebben we onze inspanningen gericht op het bestuderen van virale replicatie in afzonderlijke cellen, die in het verleden technisch uitdagend was."

Het analyseren van individuele cellen in plaats van grote populaties zou een lange weg kunnen gaan naar een beter begrip van vele facetten van virale uitbraken, zoals superspreaders. Dat is een fenomeen waarbij sommige cellen of mensen ongewoon grote hoeveelheden virus bij zich dragen en daardoor vele anderen kunnen infecteren. Als onderzoekers afzonderlijke cellen met hoge virale ladingen in superspreaders zouden kunnen identificeren en vervolgens de virale sequenties in die cellen zouden kunnen bestuderen, ze zouden misschien kunnen leren hoe virussen evolueren om besmettelijker te worden of om therapieën en vaccins te slim af te zijn. In aanvulling, kenmerken van de gastheercel zelf kunnen verschillende virale processen ondersteunen en zo doelwitten worden voor therapieën. Aan de andere kant van het spectrum, sommige cellen produceren gemuteerde virussen die niet langer besmettelijk zijn. Begrijpen hoe dit gebeurt, kan ook leiden tot nieuwe antivirale therapieën en vaccins.

Maar eerst, Fabris en collega's van de Rutgers University moesten een test ontwikkelen die gevoelig genoeg was om viraal RNA te detecteren, en zijn mutaties, in enkele levende cellen. Het team baseerde hun techniek op oppervlakteversterkte Raman-spectroscopie (SERS), een gevoelige methode die interacties tussen moleculen detecteert door veranderingen in hoe ze licht verstrooien. De onderzoekers besloten de methode te gebruiken om influenza A te bestuderen. Om het RNA van het virus te detecteren, ze voegden aan gouden nanodeeltjes een "baken-DNA" toe dat specifiek is voor influenza A. In aanwezigheid van influenza A-RNA, het baken produceerde een sterk SERS-signaal, terwijl bij afwezigheid van dit RNA, het deed het niet. Het baken produceerde zwakkere SERS-signalen met een toenemend aantal virale mutaties, waardoor de onderzoekers slechts twee nucleotideveranderingen konden detecteren. belangrijk, de nanodeeltjes kunnen menselijke cellen in een schaaltje binnendringen, en ze produceerden alleen een SERS-signaal in die cellen die influenza A-RNA tot expressie brachten.

Nutsvoorzieningen, Fabris en collega's maken een versie van de test die een fluorescerend signaal produceert, in plaats van een SERS-signaal, wanneer viraal RNA wordt gedetecteerd. "SERS is geen klinisch goedgekeurde technologie. Het breekt nu pas door in de kliniek, Fabris merkt op. "Dus wilden we clinici en virologen een aanpak bieden waarmee ze meer vertrouwd zouden zijn en de technologie zouden hebben om nu te gebruiken." In samenwerking met virologen en wiskundigen van andere universiteiten, het team ontwikkelt microfluïdische apparaten, of "lab-on-a-chip"-technologieën, om veel fluorescerende monsters tegelijk te lezen.

Omdat SERS gevoeliger is, goedkoper, sneller en gemakkelijker uit te voeren dan andere testen op basis van fluorescentie of de reverse transcriptase-polymerase kettingreactie (bekend als RT-PCR), het zou in de toekomst ideaal kunnen zijn voor het detecteren en bestuderen van virussen. Fabris werkt nu samen met een bedrijf dat een goedkope, draagbare Raman-spectrometer, waardoor de SERS-test gemakkelijk in het veld kan worden uitgevoerd.

Fabris en haar team werken ook aan het identificeren van regio's van het SARS-CoV-2-genoom om te targeten met SERS-sondes. "We zijn bezig met het verkrijgen van financiering om te werken aan mogelijke SARS-CoV-2-diagnostiek met de SERS-methode die we hebben ontwikkeld, ' zegt Fabris.