針對由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019冠狀病毒?。–OVID-19）大流行，SARS-CoV-2變異體表現(xiàn)出明顯的遺傳特征和可能改變的表型特征，檢測和區(qū)分不同的病毒變異體（VOCs）對有效調(diào)整公共衛(wèi)生措施和治療策略至關(guān)重要。目前，SARS-CoV-2病毒的檢測金標準是基于聚合酶鏈反應(yīng)（PCR），通過對病毒核心RNA序列進行多次擴增從而實現(xiàn)對病毒的定量分析。還可通過酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）或膠體金免疫層析通過抗體-抗原間的特異性識別實現(xiàn)病毒表面的特定蛋白的定性檢測。然而PCR和抗原檢測都側(cè)重于目標病毒物種遺傳特征，而無法提供有關(guān)表型突變的詳細信息。鑒于SARS-CoV-2病毒快速突變對公眾安全的嚴重威脅，對不同的VOCs進行快速有效的表型分析可能有助于我們對病毒進化過程的理解，為治療和疫苗接種提供指導(dǎo)。
盡管新一代測序（NGS）等先進技術(shù)被廣泛應(yīng)用于全面分析病毒物種的基因組，使研究人員能夠監(jiān)測VOCs及其在不同人群中的流行情況。然而，直接測量病毒結(jié)構(gòu)或表型特征的技術(shù)相對較少。因此，直接檢測SARS-CoV-2全病毒顆粒的特征蛋白（S-，N-蛋白）是當前的研究熱點。多種用于病毒直接檢測傳感技術(shù)被開發(fā)了出來，如電化學(xué)、比色、熒光、場晶體管等。雖然這些技術(shù)在樣品處理方面更簡單（無需裂解和無需核酸分離）、成本更低，但目前開發(fā)的分析方法仍然不能滿足對完整病毒突變體進行區(qū)分的需求。
近日，華東理工大學(xué)的賀曉鵬（點擊查看介紹）團隊通過截取與SARS-CoV-2特異性結(jié)合的人血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 (hACE2) 結(jié)合域上的關(guān)鍵肽鏈，構(gòu)建熒光標記的多肽基傳感器陣列，實現(xiàn)了SARS-CoV-2的變異株的區(qū)分。首先，通過解析新冠病毒S蛋白RBD結(jié)構(gòu)域與人細胞受體ACE2的相互作用界面，從hACE2中截取關(guān)鍵的結(jié)合多肽，并利用AlphaFold2模擬證明截取的長鏈肽序列仍保持固有的α螺旋二級結(jié)構(gòu)。隨后，對多肽進行熒光標記，并與多種低維材料進行超分子復(fù)合，構(gòu)建了病毒識別激活的多肽陣列。最后，通過酶標儀高通量正交篩選及主成分分析，驗證了該陣列可在一株原始株存在下，有效區(qū)分包括Omicron在內(nèi)WHO關(guān)切的5個新冠變異株（VOCs），分析結(jié)果與病毒的系統(tǒng)進化樹一致，且與病毒感染力高度關(guān)聯(lián)。此外，還通過對不同VOCs的重組表達的RBD蛋白進行測試，驗證了陣列的可靠性。這項研究為開發(fā)從人類受體上合理截取肽配體構(gòu)建有效的傳感工具，用于檢測傳染性病毒及其突變體提供了可行的思路。
圖1. 熒光染料標記肽的傳感器陣列構(gòu)建。（A）從hACE2與SARS-CoV-2 RBD的結(jié)合域截取的多肽示意圖（該復(fù)合物的PDB代碼為6M0J），以及基于熒光標記的hACE2多肽探針和多種淬滅材料組合的熒光傳感器陣列的構(gòu)建；(B) 傳感器陣列對SARS-CoV-2 VOCs進行分類的示意圖。
相比其他流行性病毒，SARS-CoV-2假病毒的加入引發(fā)肽陣列更強的熒光恢復(fù)，這意味著傳感器中的多肽結(jié)構(gòu)與SARS-CoV-2的RBD區(qū)域發(fā)生了選擇性結(jié)合。通過對SARS-CoV-2 VOCs識別后的PCA進行更詳細分析表明，Beta和Delta變體的指紋圖譜與WT、Alpha、Gamma和Omicron的指紋圖譜分離良好，該結(jié)果與SARS-CoV-2毒株的遺傳信息相匹配。
圖2.（a）在SARS-CoV-2和其他病毒存在下S1-S20的熒光強度變化；（b）S1-S20傳感器陣列對SARS-CoV-2和其他病毒的PCA分析；（c）S1-S20傳感器陣列檢測SARS-CoV-2 VOC的PCA分析；使用的病毒是#1:WT，#2: Alpha，#3: Beta，#4: Gamma，#5: Delta，#6: Omicron，#7: SARS-CoV，#8: H1N1，#9: H3N2，#10: H7N9，#11: H5N1，#12: H10N8，#13: MERS，#14: MARV，#15: AdC68，#16: Ad7，#17: EBOV，#18: VSV，#19: CVC-11。
這一成果近期發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上。
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