Nyfødt mus-basert modell etablert som muliggjør overføring av kliniske SARS-CoV-2-isolater

Nyfødt mus-basert modell etablert som muliggjør overføring av kliniske SARS-CoV-2-isolater

I en fersk studie publisert i bioRxiv * Preprint-server: Forskere har utviklet en nyfødt musemodell som muliggjør overføring av alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

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

*Viktig MERK:bioRxiv publiserer foreløpige vitenskapelige rapporter som ikke er fagfellevurdert og derfor ikke bør anses som avgjørende, ment å veilede klinisk praksis/helserelatert atferd, eller behandles som etablert informasjon.

bakgrunn

Hamstere og ildere brukes rutinemessig til å modellere patogenesen til SARS-CoV-2; Imidlertid mangler begge dyremodellene potensialet for genetisk manipulasjon for å vurdere vertsbestemmende faktorer for virusoverføring. Derfor er det uklart hvilke SARS-CoV-2 VOC-spesifikke aminosyresubstitusjoner og SARS-CoV-2-induserte vertsmekanismer som bidrar til overføring.

Mus er rimelige og allment tilgjengelige alternativer med allsidige genetiske og reagensverktøysett og færre utfordringer innen oppdrett og regulering; Imidlertid er overføring av SARS-CoV-2 hos voksne mus ikke dokumentert. Forfatterne av denne studien har tidligere etablert fire til syv dager gamle nyfødte mus som effektive modeller for overføring av IAV (influensa A-virus).

Om studiet

I denne studien utvidet forskere sin tidligere analyse og presenterte en K18 humant angiotensin-konverterende enzym 2 (hACE2)-uttrykkende neonatal musemodell som overførte SARS-CoV-2 og undersøkte tidligere og for tiden sirkulerende SARS-CoV-2 VOC-overføring.

Teamet karakteriserte SARS-CoV-2-tropismen, replikasjonen og overføringen av SARS-CoV-2-stammen Wuhan-Hu-1 (WA-1) sammenlignet med VOC-ene Alpha, Beta, Gamma, Delta og Omicron. De karakteriserte også overføringen av to rekombinante SARS-CoV-2-virus som mangler den ekstra åpne leseramme 6 (ORF6) eller ORF8-proteiner. C57BL/6 (hACE2-/-) hunnmus og C57BL/6 K18-hACE2+/+ hannmus og -mus ble kombinert for å generere K18-hACE2+/- avkom som tillater WA-1. Fire- til syv dager gamle indeksfallunger ble infisert intranasalt med WA-1.

Valpenes overlevelse og vekt ble overvåket daglig og ekskresjonsprøver (nesesekresjoner) ble samlet på langs fra indeksungene og valpene i deres nærkontakt. Utskillelseskinetikk i øvre luftveier (URT) ble brukt for å vurdere virusinfeksjoner, og vekttap ble betegnet som SARS-CoV-2-indusert sykelighet. Nasale sekresjonsprøver ble utsatt for kvantitative revers transkripsjon-polymerase-kjedereaksjonsanalyser (RT-qPCR) og plakkanalyser ble utført på VeroE6-celler som overuttrykker transmembranprotease serin 2 (TMPRSS2) og ACE2.

Immunhistokjemisk (IHC) analyse ble utført på nasofaryngeal vev til indeksunger farget for SARS-CoV-2 nukleokapsid (N) protein. Infeksiøse SARS-CoV-2-partikler i retrotrakeal skylling og lungehomogenater ble målt for å vurdere viral tropisme for henholdsvis URT og nedre luftveier (LRT). Cytokinene til stede i URT-ekskresjonsprøvene fra SARS-CoV-2-infiserte nyfødte mus ble også analysert.

For å vurdere overføringskinetikken til SARS-CoV-2, ble daglig smelting av kontaktmus brukt som en indikator på vellykket virusreplikasjon. Ekskresjonsprøvene ble analysert ved bruk av multipleks enzymbundet immunosorbentanalyser (ELISA). I tillegg ble mus infisert med SARS-CoV-2 uten ORF6 (WA-1 ΔORF6) eller uten ORF8 (WA-1 ΔORF8), og deres ekskresjonsprøver, retrotrakeale skyllevæsker og lungeprøver ble samlet inn for å vurdere utfall av SARS-CoV-2, URT-replikasjon og LRT-replikasjon. Mengden av infeksiøst virus ble kvantifisert ved bruk av plakkanalyser.

Resultater

K18-hACE2-uttrykkende neonatale mus støttet effektivt overføringen av SARS-CoV-2 WA-1, og SARS-CoV-2 VOC-er viste uttalt tropisme og replikasjonsdynamikk i indeksnyfødte. ORF8 viste seg å være avgjørende for vellykket overføring av SARS-CoV-2. Morbiditet og dødelighet ble balansert med to til tre dager i kontaktmus sammenlignet med indeksmus, og SARS-CoV-2 ribonukleinsyre (RNA) ble påvist i kontaktmus, noe som indikerer SARS-CoV-2-overføring.

Ved fire dpi ble SARS-CoV-2-partikler kastet av alle kontaktunger, noe som representerte 100 % effektivitet av WA-1-overføring, og SARS-CoV-2-deteksjon i de nyfødte musene som kastet prøver antydet en robust SARS-CoV-2-infeksjon i de øvre luftveiene. Videre ble SARS-CoV-2-infiserte celler identifisert i de øvre luktepitelcellene, noe som indikerer WA-1-replikasjon i URT.

Mus infisert med Omicron skilt ut små mengder SARS-CoV-2. For WA-1-stammen var de utskilte SARS-CoV-2-titrene 105 plakkdannende enheter (PFU)/ml i de øvre luftveiene, men signifikant høyere titere (5 x 106 PFU/ml) i lungevevet. Ved toppreplikasjonstitre gikk tropismen til WA-1-stammen videre mot LRT. Tvert imot favoriserte alfa-replikasjon URT. Viral belastning i alle ekskresjonsprøver og de tilsvarende retrotrakeale skylleprøvene var like. Med unntak av Omicron tillot modellen forskjellige VOC-er av SARS-CoV-2 å replikere og skille ut på nivåer som ligner på WA-1.

Syv dager etter infeksjon (dpi) viste kontaktmus med alfa- og delta-infeksjoner 100 % dødelighet, mens dødeligheten for WA-1-stammen, beta-VOC og gamma-VOC-infeksjoner var 75 %, 86 % og 56 %. hhv. Det er sannsynlig at en terskelverdi for indeksutskillelsestiteren (≥ 1,2 x 104 PFU/ml) eksisterte i modellen for å estimere suksessen med overføring til kontakter. WA-1-stamme-, beta-VOC- og gamma-VOC-infeksjoner, hvis overføring var forskjellig i utbrudd, tidspunkt for fullføring og fullføringsgrad, resulterte i generelt lignende cytokinresponser.

WA-1 ΔORF8 tapte viral belastning og URT viral belastning var henholdsvis 5 x 102 og 1 x 103 PFU/ml, signifikant lavere enn de for WA-1 eller WA-1 ΔORF6, og infeksiøse virus var fortsatt påviselige i indeksmus ved fem dpi langsommere avstand på O8, noe som indikerer at viral 08-klarhet er langsommere. Overføringen av WA-1 ΔORF8 var ufullstendig til slutten av eksperimentet. Videre var den maksimale virustiteren i WA-1-ΔORF8 kontaktmus 7,5 × 103 PFU/ml, som var lavere enn for WA-1-ΔORF6 og WA-1.

Diplom

Samlet sett viste studieresultatene at den ikke-invasive neonatale musemodellen kan avsløre overføringsdynamikken til SARS-CoV-2 VOC unntatt Omicron, og at ORF8 er avgjørende for SARS-CoV-2-overføring.

*Viktig MERK:bioRxiv publiserer foreløpige vitenskapelige rapporter som ikke er fagfellevurdert og derfor ikke bør anses som avgjørende, ment å veilede klinisk praksis/helserelatert atferd, eller behandles som etablert informasjon.

Referanse:

• 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