研究SARS-CoV-2等病毒在单细胞中的遗传进化可能揭示击败它们的新方法

研究单个细胞中的病毒暴发可能揭示了击败它们的新方法。

许多病毒，包括艾滋病毒和甲型流感，突变如此迅速，以至于识别出有效的疫苗或治疗方法就像试图击中目标一样。更好地了解病毒在单个细胞中的繁殖和进化可能会有所帮助。今天，科学家报告了一种新技术，该技术不仅可以识别和定量活细胞中的病毒RNA，而且还可以检测RNA序列中的细微变化，这些变化可能使病毒占据优势或使某些人成为“超级传播者”。

研究人员在美国化学学会（ACS）2020年秋季虚拟会议与博览会上展示了他们的研究结果。它以关于广泛的科学主题的6,000多个演讲为特色。

有关此研究的全新视频可在此处获得：

“对于研究像SARS-CoV-2这样的新病毒，重要的是不仅要了解人群对该病毒的反应方式，而且还要了解个体（无论是人还是细胞）如何与之相互作用，”医学博士Laura Fabris说道。项目的主要调查员。“因此，我们一直致力于研究单细胞中的病毒复制，这在过去一直是技术上的挑战。”

分析个体细胞而不是大量细胞，可能有助于更好地理解病毒爆发的许多方面，例如超级传播者。这是一种现象，其中某些细胞或人携带异常大量的病毒，因此可以感染许多其他人。如果研究人员能够在超级扩散器中鉴定出具有高病毒载量的单个细胞，然后研究这些细胞中的病毒序列，那么他们或许可以学习病毒如何进化成更具感染力的，或者胜过疗法和疫苗。另外，宿主细胞本身的特征可以辅助各种病毒过程，因此成为治疗的靶标。在光谱的另一端，一些细胞产生不再具有传染性的突变病毒。了解这种情况是如何发生的，也可能会导致新的抗病毒治疗和疫苗。

但是首先，罗格斯大学的Fabris和同事需要开发一种足够灵敏的检测方法，以检测单个活细胞中的病毒RNA及其突变。该团队的技术基于表面增强拉曼光谱（SERS），这是一种灵敏的方法，可通过改变分子散射光的方式来检测分子之间的相互作用。研究人员决定使用该方法研究甲型流感。为了检测病毒的RNA，他们向金纳米颗粒添加了甲型流感特有的“信标DNA”。在存在甲型RNA的情况下，信标产生了很强的SERS信号，而在没有这种RNA的情况下，它没有。信标产生的弱SERS信号随病毒突变数量的增加而增加，使研究人员能够检测到少至两个核苷酸变化。重要的是，纳米颗粒可以进入培养皿中的人类细胞，并且它们仅在表达流感A RNA的那些细胞中产生SERS信号。

现在，法布里斯（Fabris）和同事正在制作一种检测版本，在检测到病毒RNA时会产生荧光信号而不是SERS信号。“ SERS并非临床认可的技术。Fabris指出：“现在才进入诊所。”“因此，我们希望为临床医生和病毒学家提供一种他们将更加熟悉并拥有立即使用的技术的方法。”该团队正在与其他大学的病毒学家和数学家合作，开发微流控设备或“芯片实验室”技术，以同时读取许多荧光样品。

由于SERS比其他基于荧光或逆转录酶-聚合酶链反应（称为RT-PCR）的检测方法更灵敏，更便宜，更快速且更容易执行，因此它可能被证明是将来检测和研究病毒的理想之选。Fabris现在正在与一家制造低成本便携式拉曼光谱仪的公司合作，这将使SERS分析能够在现场轻松进行。

Fabris和她的团队还致力于确定SARS-CoV-2基因组区域，以SERS探针为靶标。Fabris说：“我们正在利用我们开发的SERS方法获得资金，以开展可能的SARS-CoV-2诊断程序研究。”

研究人员感谢国防高级研究计划局的支持和资助。