Auf neugeborenen Mäusen basierendes Modell etabliert, das die Übertragung klinischer SARS-CoV-2-Isolate ermöglicht

In einer aktuellen Studie, die im veröffentlicht wurde bioRxiv* Preprint-Server: Forscher haben ein neugeborenes Mäusemodell entwickelt, das die Übertragung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ermöglicht.

Studie: Ein neonatales Mausmodell charakterisiert die Übertragbarkeit von SARS-CoV-2-Varianten und zeigt eine Rolle von ORF8. Bildquelle: Dotted Yeti/Shutterstock

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Hintergrund

Hamster und Frettchen werden routinemäßig zur Modellierung der Pathogenese von SARS-CoV-2 verwendet; Beiden Tiermodellen fehlt jedoch das Potenzial zur genetischen Manipulation, um wirtsbestimmende Faktoren der Virusübertragung zu beurteilen. Daher ist unklar, welche SARS-CoV-2-VOC-spezifischen Aminosäuresubstitutionen und SARS-CoV-2-induzierten Wirtsmechanismen zur Übertragung beitragen.

Mäuse sind kostengünstige und allgemein verfügbare Optionen mit vielseitigen genetischen und Reagenzien-Toolkits und weniger Herausforderungen bei der Haltung und Regulierung; Die Übertragung von SARS-CoV-2 bei erwachsenen Mäusen wurde jedoch nicht dokumentiert. Die Autoren der vorliegenden Studie haben zuvor vier bis sieben Tage alte neugeborene Mäuse als wirksame Modelle für die Übertragung von IAV (Influenza-A-Virus) etabliert.

Über die Studie

In der vorliegenden Studie erweiterten die Forscher ihre vorherige Analyse und präsentierten ein K18-humanes Angiotensin-Converting-Enzym 2 (hACE2) exprimierendes neugeborenes Mäusemodell, das SARS-CoV-2 übertrug und die frühere und derzeit zirkulierende SARS-CoV-2-VOC-Übertragung untersuchte.

Das Team charakterisierte den SARS-CoV-2-Tropismus, die Replikation und die Übertragung des SARS-CoV-2-Stamms Wuhan-Hu-1 (WA-1) im Vergleich zu den VOCs Alpha, Beta, Gamma, Delta und Omicron. Sie charakterisierten auch die Übertragung von zwei rekombinanten SARS-CoV-2-Viren, denen die zusätzlichen Proteine ​​des offenen Leserahmens 6 (ORF6) oder ORF8 fehlen. C57BL/6 (hACE2-/-) weibliche und C57BL/6 K18-hACE2+/+ männliche Mäuse und Mäuse wurden kombiniert, um K18-hACE2+/–Nachkommen zu erzeugen, die für WA-1 permissiv sind. Vier bis sieben Tage alte Indexfall-Welpen wurden intranasal mit WA-1 infiziert.

Das Überleben und das Gewicht der Welpen wurden täglich überwacht und die Ausscheidungsproben (Nasensekrete) wurden in Längsrichtung von den Indexwelpen und den Welpen in ihrem engen Kontakt entnommen. Die Ausscheidungskinetik für die oberen Atemwege (URT) wurde genutzt, um Virusinfektionen zu beurteilen, und eine Gewichtsreduktion wurde als SARS-CoV-2-induzierte Morbidität bezeichnet. Nasenausscheidungsproben wurden quantitativen Reverse-Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktionstests (RT-qPCR) unterzogen und Plaque-Assays wurden an VeroE6-Zellen durchgeführt, die die Transmembranprotease Serin 2 (TMPRSS2) und ACE2 überexprimieren.

Eine immunhistochemische (IHC) Analyse wurde an den Nasopharynxgeweben von Indexwelpen durchgeführt, die auf SARS-CoV-2-Nukleokapsid (N)-Protein gefärbt waren. Infektiöse SARS-CoV-2-Partikel in retrotrachealen Lavagen und Lungenhomogenaten wurden gemessen, um den Virustropismus für den URT bzw. den unteren Atemtrakt (LRT) zu beurteilen. Die in den URT-Ausscheidungsproben von SARS-CoV-2-infizierten neugeborenen Mäusen vorhandenen Zytokine wurden ebenfalls analysiert.

Um die Übertragungskinetik von SARS-CoV-2 zu beurteilen, wurde die tägliche Häutung von Kontaktmäusen als Indikator für eine erfolgreiche Virusreplikation herangezogen. Die ausscheidenden Proben wurden mittels Multiplex-Enzyme-Linked-Immunosorbent-Assays (ELISA) analysiert. Darüber hinaus wurden Mäuse mit SARS-CoV-2 ohne ORF6 (WA-1 ΔORF6) oder ohne ORF8 (WA-1 ΔORF8) infiziert und ihre Ausscheidungsproben, retrotrachealen Spülflüssigkeiten und Lungenproben wurden entnommen, um ausgeschiedenes SARS zu beurteilen -CoV-2, URT-Replikation bzw. LRT-Replikation. Die Menge an infektiösem Virus wurde mithilfe von Plaque-Assays quantifiziert.

Ergebnisse

K18-hACE2-exprimierende neugeborene Mäuse unterstützten effizient die Übertragung von SARS-CoV-2 WA-1, und SARS-CoV-2-VOCs zeigten einen ausgeprägten Tropismus und eine ausgeprägte Replikationsdynamik bei den Index-Neugeborenen. ORF8 erwies sich als entscheidend für die erfolgreiche Übertragung von SARS-CoV-2. Morbidität und Mortalität waren bei Kontaktmäusen im Vergleich zu Indexmäusen um zwei bis drei Tage ausgeglichen, und bei Kontaktmäusen wurde SARS-CoV-2-Ribonukleinsäure (RNA) nachgewiesen, was auf eine SARS-CoV-2-Übertragung hinweist.

Bei vier dpi wurden SARS-CoV-2-Partikel von allen Kontaktwelpen ausgeschieden, was eine 100-prozentige Effizienz der WA-1-Übertragung darstellt, und der SARS-CoV-2-Nachweis in den neugeborenen Mäusen, die Proben ausscheiden, deutete auf eine robuste SARS-CoV-2-Infektion in den Mäusen hin obere Atemwege. Darüber hinaus wurden SARS-CoV-2-infizierte Zellen in den oberen Riechepithelzellen identifiziert, was auf eine WA-1-Replikation im URT hinweist.

Mit Omicron infizierte Mäuse schieden SARS-CoV-2 in geringen Mengen aus. Für den WA-1-Stamm betrugen die ausgeschiedenen SARS-CoV-2-Titer 105 Plaque-bildende Einheiten (PFU)/ml in den oberen Atemwegen, aber deutlich höhere Titer (5 x 106 PFU/ml) im Lungengewebe. Bei Spitzenreplikationstitern schritt der Tropismus des WA-1-Stammes in Richtung LRT voran. Im Gegenteil, die Alpha-Replikation begünstigte die URT. Die Viruslasten in allen Ausscheidungsproben und den entsprechenden retrotrachealen Lavageproben waren ähnlich. Mit Ausnahme von Omicron ermöglichte das Modell die Replikation und Ausscheidung verschiedener VOCs von SARS-CoV-2 in ähnlichen Mengen wie WA-1.

Sieben Tage nach der Infektion (dpi) zeigten Kontaktmäuse mit Alpha- und Delta-Infektionen eine Sterblichkeit von 100 %, während die Sterblichkeitsraten für den WA-1-Stamm, Beta-VOC- und Gamma-VOC-Infektionen 75 %, 86 % und 56 % betrugen. jeweils. Wahrscheinlich existierte im Modell ein Schwellenwert für den Index-Shedding-Titer (≥ 1,2 x 104 PFU/ml), um den Übertragungserfolg auf Kontakte abzuschätzen. WA-1-Stamm-, Beta-VOC- und Gamma-VOC-Infektionen, deren Übertragung sich hinsichtlich Beginn, Abschlusszeitpunkt und Abschlussgrad unterschied, führten zu insgesamt ähnlichen Zytokinreaktionen.

Die durch WA-1 ΔORF8 ausgestoßenen Viruslasten und die URT-Viruslasten lagen bei 5 x 102 bzw. 1 x 103 PFU/ml und damit deutlich unter denen für WA-1 oder WA-1 ΔORF6, und infektiöse Viren waren bei Indexmäusen immer noch bei fünf dpi nachweisbar, was auf eine langsamere Verlangsamung hinweist Virusclearance in Abwesenheit von ORF8. Die Übertragung von WA-1 ΔORF8 war bis zum Ende des Experiments unvollständig. Darüber hinaus betrug der maximale Virustiter bei WA-1-ΔORF8-Kontaktmäusen 7,5 x 103 PFU/ml und war damit niedriger als der für WA-1-ΔORF6 und WA-1.

Abschluss

Insgesamt zeigten die Studienergebnisse, dass das nicht-invasive neonatale Mäusemodell die Übertragungsdynamik der SARS-CoV-2-VOCs mit Ausnahme von Omicron aufdecken kann und dass ORF8 für die SARS-CoV-2-Übertragung entscheidend ist.

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Referenz:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Rodriguez-Rodriguez, B. et al. (2022) „Ein neonatales Mausmodell charakterisiert die Übertragbarkeit von SARS-CoV-2-Varianten und zeigt eine Rolle für ORF8.“ bioRxiv. doi: 10.1101/2022.10.04.510658. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.04.510658v1