Частицы магнитного гидрогеля улучшают секвенирование нанопор SARS

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2163 (2023) Цитировать эту статью

1417 Доступов

18 Альтметрика

Подробности о метриках

Здесь представлен рабочий процесс с использованием частиц магнитного гидрогеля для улавливания и концентрирования SARS-CoV-2 из диагностических остатков мазков, который значительно улучшает результаты секвенирования с использованием платформы секвенирования Oxford Nanopore Technologies MinION. В нашем подходе используются новые частицы магнитного гидрогеля на основе аффинности, что позволяет избежать небольших объемов входных образцов и позволяет выполнять как быстрые ручные, так и автоматизированные высокопроизводительные рабочие процессы, совместимые с секвенированием нанопор. Этот подход расширяет стандартные протоколы выделения РНК, обеспечивая до 40-кратного улучшения картирования вирусов, а также улучшает охват секвенированием на 20–80% за счет диагностических остаточных образцов с более низким титром. Кроме того, мы демонстрируем, что этот подход работает для искусственных образцов вируса гриппа и респираторно-синцитиального вируса, предполагая, что его можно использовать для идентификации и улучшения результатов секвенирования нескольких вирусов в образцах VTM. Эти методы можно выполнять вручную или на платформе автоматизации KingFisher.

По состоянию на 10 апреля 2022 года во всем мире зарегистрировано более 500 миллионов случаев заболевания COVID-19 и почти 6,2 миллиона случаев смерти от него1. Вирусные мутации позволили пандемии проникнуть в повседневную жизнь, несмотря на широкомасштабные глобальные меры здравоохранения для предотвращения распространения SARS-CoV-2. Обнаружение и мониторинг новых вариантов вируса стали важнейшими инструментами глобальных мер реагирования в области здравоохранения, что подчеркивает необходимость быстрого внедрения и точных методов секвенирования2,3,4,5. Недавние достижения в области технологий секвенирования нового поколения (NGS) сделали более возможным рутинное использование секвенирования для мониторинга и выявления вирусных вспышек, но многие инструменты NGS не являются портативными и по-прежнему стоят непомерно дорого, что ограничивает их общее внедрение6,7. Платформа MinION Oxford Nanopore Technologies (ONT) предлагает относительно недорогую и портативную стратегию обнаружения, которая способна идентифицировать и секвенировать различные респираторные вирусы в полевых условиях8,9,10.

Хотя достижения в области секвенирования делают возможным быстрое обнаружение и характеристику SARS-CoV-2 и других вирусных геномов на месте, эти портативные секвенаторы по-прежнему ограничены определенными недостатками, а именно: если для реакций секвенирования не используются большие количества вирусной РНК, могут быть проблемы с точностью во время базового вызова11,12,13,14,15,16. Эти технические ограничения снижают полезность инструмента, который мог бы улучшить способность быстро и точно реагировать на вирусные вспышки и отслеживать передачу вируса в режиме реального времени.

Увеличение общего количества РНК-материала для анализа за счет обогащения образцов является одной из доступных стратегий повышения производительности платформ секвенирования. С этой целью мы стремились устранить ограничения секвенатора нанопор для вирусного секвенирования, применив основанную на аффинности технологию обогащения частиц магнитного гидрогеля (частиц-наноловушек) к образцам вирусной транспортной среды (VTM) SARS-CoV-2. Коротко говоря, частицы магнитного гидрогеля улучшают эффективность анализа, способствуя быстрому связыванию аналита (например, интактных вирионов) из больших объемов проб и уменьшая присутствие мешающих веществ в последующих анализах. Частицы гидрогеля захватывают и концентрируют интересующие аналиты с помощью небольших молекул, таких как аффинные красители, которые иммобилизованы на каркасе из сшитых полимерных цепей. Эти небольшие молекулы связываются со своими мишенями (например, поверхностными белками вириона), часто с очень высоким сродством, посредством комбинации электростатических и гидрофных взаимодействий. После связывания с частицами магнитного гидрогеля вирионы можно концентрировать и удалять из матрицы образца с помощью простой стадии магнитной сепарации. После концентрирования вирионы прочно связываются с аффинным красителем частиц гидрогеля, и нуклеиновые кислоты вируса недоступны для молекулярного анализа. По существу, набор для экстракции нуклеиновых кислот используется для лизиса вирионов и очистки вирусных нуклеиновых кислот при подготовке к дальнейшему молекулярному анализу. Технология частиц Nanotrap показала широкое применение в клинической диагностике за счет обогащения и стабилизации биомаркеров и аналитов в сложных клинических образцах. Недавние исследования продемонстрировали этот процесс концентрации и экстракции, показав, что частицы магнитного гидрогеля способны концентрировать и улучшать обнаружение многих типов вирусов, включая SARS-CoV-2, с помощью множественных молекулярных анализов17,18,19,20,21.