“Nanosnag”病毒检测技术可以简化疫苗生产质量检查

随着病毒疫苗越来越多地用于满足全球健康需求，制药行业正在制造更多的病毒来制造它们。卡内基梅隆大学化学工程系的研究人员提出了一种新的病毒检测方法，通过快速量化直接从生物反应器中采集的样本中的病毒基因组，有望改善疫苗制造的质量控制

Schneider实验室的研究揭示了一种新的电泳机制，该机制将一段非常短的双链DNA（他们称之为纳米链）连接到病毒基因组上

化学工程教授吉姆·施奈德解释道：“在电场存在的情况下，纳米袋在凝胶状基质中移动时会减慢基因组的速度。这种突然的减慢将基因组集中在一个尖锐的带中，这证实了病毒基因组是完整的，并告诉我们有多少病毒基因组。”

尽管纳米袋提供了缓慢的速度，但与凝胶电泳、聚合酶链式反应（PCR）或其他用于检测DNA的方法相比，10分钟的运行非常快。这是因为Schneider的方法使用表面活性剂而不是聚合物作为凝胶状基质。

凝胶电泳中使用的聚合物具有DNA必须移动的长期交联。这创造了一个根据长度分离DNA的筛选过程。Schneider是一位化学工程教授，多年来一直致力于开发分离DNA的电泳方法。Schneider使用的表面活性剂系统中的交联不会持续很长时间，因此虽然它们有效，但它们允许长DNA或RNA快速通过

Schneider在早期研究短DNA靶标时，开发了胶束标记电泳（MTE）。在这里，表面活性剂组装成胶束并附着在感兴趣的DNA上，提供足够的阻力将目标DNA与混合物中的其他DNA分离

对于较长的DNA，就像病毒基因组一样，需要更多的阻力。相反，施耐德实验室找到了将筛分方法与MTE相结合的方法。施耐德说：“你仍然有拖动标签的机制，现在你也有筛选的机制。”。他的实验室一直在努力了解这些机制是如何相互作用的

他们的新纳米方法做了两件事。它改变了病毒基因组的流动性，使其与其他未标记的物质明显分离。它还具有集中作用。当基因组开始与胶束相互作用时，它的快速减速会导致一种浓度，就像任何快速移动的东西被迫减速时所看到的那样。想象一下高速公路上因车道封闭而造成的交通拥堵

Schneider说：“令人惊讶的是，添加一个微小的30个碱基的双链DNA片段对5000个碱基的病毒基因组的迁移有如此巨大的影响。”

“我们最初将片段作为将荧光团附着到基因组上的一种方式，并没有预料到对电泳迁移率有任何影响。但是当你深入研究聚合物物理学时，你就会明白为什么会发生这种情况。短的双链片段比基因组硬得多，它的附着迫使基因组在基质中走更长、更曲折的道路。”

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标记技术还使研究人员能够仅检测病毒基因组，因为纳米链片段结合了特定的序列。他说：“如果样本中的DNA或RNA片段上不存在这些序列，纳米链就不会附着，也不会发生任何减速或锐化。”。“因此，我们可以自信地将病毒基因组与样本中可能存在的其他核酸区分开来。”

例如，新方法可用于计算制造病毒的生物反应器内的病毒数量。由于病毒在整个细胞周期中的产生方式，病毒生物反应器不会产生稳定数量的病毒。目前测量一批病毒数量的方法既缓慢又不精确。Schneider在《生物大分子》上发表的纳米纳法为生物制造业提供了一种直接定量病毒的方法，而且速度很快

施耐德正积极与制药公司合作，将该技术引入生产线。一个挑战是生物反应器样本中有很多细胞碎片、病毒衣壳和其他蛋白质，这些蛋白质通常会干扰病毒检测方法。用作凝胶状基质的表面活性剂可以帮助将这些化合物螯合到胶束中，从而不影响电泳。确定表面活性剂可以处理多少材料是施耐德实验室的一个活跃研究领域。

施耐德的电泳方法为转化为工业提供了独特的优势，因为制药实验室已经有了标准的商业平台来进行电泳。他说：“如果他们遵循我们的方法，他们就不需要购买新设备，可以立即享受速度和精度的好处。” More information: Kimberly Hui et al, Electrophoretically Snagging Viral Genomes in Wormlike Micelle Networks Using Peptide Nucleic Acid Amphiphiles and dsDNA Oligomers, Biomacromolecules (2024). DOI: 10.1021/acs.biomac.4c00332

Journal information: Biomacromolecules