Growth, viral production and metabolism of a Helicoverpa zea cell line in serum-free culture

Insect cell cultures have been extensively utilised for means of production for heterologous proteins and biopesticides. Spodoptera frugiperda (Sf9) and Trichoplusia ni (High Five(TM)) cell lines have been widely used for the production of recombinant proteins, thus metabolism of these cell lines have been investigated thoroughly over recent years. The Helicoverpa zea cell line has potential use for the production of a biopesticide, specifically the Helicoverpa armigera single-nucleocapsid nucleopolyhedrovirus (HaSNPV). The growth, virus production, nutrient consumption and waste production of this cell line was investigated under serum-free culture conditions, using SF900II and a low cost medium prototype (LCM). The cell growth ( growth rates and population doubling time) was comparable in SF900II and LCM, however, lower biomass and cell specific virus yields were obtained in LCM. H. zea cells showed a preference for asparagine over glutamine, similar to the High Five(TM) cells. Ammonia was accumulated to significantly high levels (16 mM) in SF900II, which is an asparagine and glutamine rich medium. However, given the absence of asparagine and glutamine in the medium ( LCM), H. zea cells adapted and grew well in the absence of these substrates and no accumulation of ammonia was observed. The adverse effect of ammonia on H. zea cells is unknown since good production of biologically active HaSNPV was achieved in the presence of high ammonia levels. H. zea cells showed a preference for maltose even given an abundance supply of free glucose. Accumulation of lactate was observed in H. zea cell cultures.

APOBEC3 host factors modulate viral production and infectivity of HIV-2

Poster presented at the 15th European AIDS Conference/EACS. Barcelona, 21-24 October 2015.

HIV-2 viral production and infectivity are affected by APO3 host factors

Poster presented at the 7th Postgraduate iMed.ULisboa Students Meeting. Faculty of Pharmacy, Universidade de Lisboa, 15-16 July 2015.

Viral decay and production in sediments of the Mediterranean Sea

Here, for the first time, we have carried out synoptic measurements of viral production and decay rates in continental-shelf and deep-sea sediments of the Mediterranean Sea to explore the viral balance. The net viral production and decay rates were significantly correlated, and were also related to prokaryotic heterotrophic production. The addition of enzymes increased the decay rates in the surface sediments, but not in the subsurface sediments. Both the viral production and the decay rates decreased significantly in the deeper sediment layers, while the virus-to-prokaryote abundance ratio increased, suggesting a high preservation of viruses in the subsurface sediments. Viral decay did not balance viral production at any of the sites investigated, accounting on average for c. 32% of the gross viral production in the marine sediments. We estimate that the carbon (C) released by viral decay contributed 6-23% to the total C released by the viral shunt. Because only ca. 2% of the viruses produced can infect other prokaryotes, the majority is not subjected to direct lysis and potentially remains as a food source for benthic consumers. The results reported here suggest that viral decay can play an important role in biogeochemical cycles and benthic trophodynamics.

Use of uniform designs in combination with neural networks for viral infection process development

This work aimed to compare the predictive capacity of empirical models, based on the uniform design utilization combined to artificial neural networks with respect to classical factorial designs in bioprocess, using as example the rabies virus replication in BHK-21 cells. The viral infection process parameters under study were temperature (34°C, 37°C), multiplicity of infection (0.04, 0.07, 0.1), times of infection, and harvest (24, 48, 72 hours) and the monitored output parameter was viral production. A multilevel factorial experimental design was performed for the study of this system. Fractions of this experimental approach (18, 24, 30, 36 and 42 runs), defined according uniform designs, were used as alternative for modelling through artificial neural network and thereafter an output variable optimization was carried out by means of genetic algorithm methodology. Model prediction capacities for all uniform design approaches under study were better than that found for classical factorial design approach. It was demonstrated that uniform design in combination with artificial neural network could be an efficient experimental approach for modelling complex bioprocess like viral production. For the present study case, 67% of experimental resources were saved when compared to a classical factorial design approach. In the near future, this strategy could replace the established factorial designs used in the bioprocess development activities performed within biopharmaceutical organizations because of the improvements gained in the economics of experimentation that do not sacrifice the quality of decisions.

Interferon β transduction of peripheral blood lymphocytes from HIV-infected donors increases Th1-type cytokine production and improves the proliferative response to recall antigens

We are developing a gene therapy method of HIV infection based on the constitutive low production of interferon (IFN) β. Peripheral blood lymphocytes (PBL) from HIV-infected patients at different clinical stages of infection were efficiently transduced with the HMB-HbHuIFNβ retroviral vector. The constitutive low production of IFN-β in cultured PBL from HIV-infected patients resulted in a decreased viral production and an enhanced survival of CD4+ cells, and this protective effect was observed only in the PBL derived from donors having a CD4+ cell count above 200 per mm3. In IFN-β-transduced PBL from healthy and from HIV-infected donors, the production of the Th1-type cytokines IFN-γ and interleukin (IL)-12 was enhanced. In IFN-β-transduced PBL from HIV-infected donors, the production of IL-4, IL-6, IL-10, and tumor necrosis factor α was maintained at normal levels, contrary to the increased levels produced by the untransduced PBL. The proliferative response to recall antigens was partially restored in IFN-β-transduced PBL from donors with an impaired antigen response. Thus, in addition to inhibiting HIV replication, IFN-β transduction of PBL from HIV-infected donors improves several parameters of immune function.

Viral dynamics in hepatitis B virus infection.

Treatment of chronic hepatitis B virus (HBV) infections with the reverse transcriptase inhibitor lamivudine leads to a rapid decline in plasma viremia and provides estimates for crucial kinetic constants of HBV replication. We find that in persistently infected patients, HBV particles are cleared from the plasma with a half-life of approximately 1.0 day, which implies a 50% daily turnover of the free virus population. Total viral release into the periphery is approximately 10(11) virus particles per day. Although we have no direct measurement of the infected cell mass, we can estimate the turnover rate of these cells in two ways: (i) by comparing the rate of viral production before and after therapy or (ii) from the decline of hepatitis B antigen during treatment. These two independent methods give equivalent results: we find a wide distribution of half-lives for virus-producing cells, ranging from 10 to 100 days in different patients, which may reflect differences in rates of lysis of infected cells by immune responses. Our analysis provides a quantitative understanding of HBV replication dynamics in vivo and has implications for the optimal timing of drug treatment and immunotherapy in chronic HBV infection. This study also represents a comparison for recent findings on the dynamics of human immunodeficiency virus (HIV) infection. The total daily production of plasma virus is, on average, higher in chronic HBV carriers than in HIV-infected patients, but the half-life of virus-producing cells is much shorter in HIV. Most strikingly, there is no indication of drug resistance in HBV-infected patients treated for up to 24 weeks.

Estimating the fraction of progeny virions that must incorporate APOBEC3G for suppression of productive HIV-1 infection

The contest between the host factor APOBEC3G (A3G) and the HIV-1 protein Vif presents an attractive target of intervention. The extent to which the A3G-Vif interaction must be suppressed to tilt the balance in favor of A3G remains unknown. We employed stochastic simulations and mathematical modeling of the within-host dynamics and evolution of HIV-1 to estimate the fraction of progeny virions that must incorporate A3G to render productive infection unsustainable. Using three different approaches, we found consistently that a transition from sustained infection to suppression of productive infection occurred when the latter fraction exceeded similar to 0.8. The transition was triggered by A3G-induced hypermutations that led to premature stop codons compromising viral production and was consistent with driving the basic reproductive number, R-o, below unity. The fraction identified may serve as a quantitative guideline for strategies targeting the A3G-Vif axis. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Activities of an aqueous plant extract against Herpes simplex virus type 2 (HSV 2): role in virus replication and progeny yield

Tese de mestrado, Biologia Molecular e Genética, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Identification of a new cell line permissive to porcine reproductive and resporatory syndrome virus replication

Le syndrome reproducteur et respiratoire porcin (SRRP) est une des maladies les plus dévastatrices économiquement pour l'industrie mondiale du porc. L'agent étiologique du SRRP est le virus du SRRP (VSRRP) lequel est connu pour avoir une spécificité d'hôte très restreinte et pour sa transmission par voie aerosol. Les antigènes et les ARN du VSRRP ont été trouvés dans des cellules épithéliales du tractus respiratoire de porcs infectés par le virus. L’interaction entre les macrophages alvéolaires porcins (PAMs) et le VSRRP a été démontrée comme jouant un rôle important dans l’infection causée par le virus. Malgré cela, l’interaction prenant place entre les cellules épithéliales du tractus respiratoire porcin et le virus ne devrait pas être négligée. Jusqu’à présent, la réplication du VSRRP in vitro dans des cellules épithéliales du tractus respiratoire porcin n’a pas été conduite avec succès et les tentatives pour le faire ont échoué. Une nouvelle lignée de cellules épithéliales de poumon de porc (SJPL) est maintenant disponible et sera utilisée dans cette étude afin de déterminer si elle est permissive à la réplication du VSRRP et si elle peut être un modèle approprié pour l’étude de la pathogénèse virale du VSRRP. L’expérimentation a démontré que cette nouvelle lignée cellulaire était permissive à l’infection et à la réplication du VSRRP. Afin de corroborer ces résultats, la cinétique de réplication du virus à été effectuée avec les cellules MARC-145 et SJPL. Aucune différence significative dans la production virale totale n’a été trouvée entre les deux lignées cellulaires. Les cellules SJPL ont permis la réplication de plusieurs souches Nord-Américaines du VSRRP, quoiqu’elles sont légèrement moins efficaces que les cellules MARC-145 pour l’isolement du virus. De plus, les cellules SJPL sont phénotypiquement différentes des cellules MARC-145. Plus précisément, les cellules SJPL sont plus sensibles à l’activation par le VSRRP des pro-caspases 3/7 et plusieurs inducteurs apoptotiques. Elles ont également montré de 8 à 16 fois plus de sensibilité à l’effet antiviral causé par l’IFN-α sur la réplication du virus contrairement aux cellules MARC-145. Ces résultats démontrent que les cellules SJPL pourraient représenter un substitut intéressant aux cellules MARC-145 pour la production d’antigènes pour un vaccin anti-VSRRP. Également, dû à leurs origines (poumon de l’hôte naturel), elles pourraient s’avérer être un modèle in vitro plus approprié pour l’étude de la pathogénèse du VSRRP.

Nouvelle approche pour modifier le tropisme des vecteurs adénoviraux à l’aide de ligands bispécifiques

L’adénovirus a été étudié dans l’optique de développer de nouveaux traitements pour différentes maladies. Les vecteurs adénoviraux (AdV) sont des outils intéressants du fait qu’ils peuvent être produits en grandes quantités (1X1012 particules par millilitre) et de par leur capacité à infecter des cellules quiescentes ou en division rapide. Les AdVs ont subi bon nombre de modifications pour leur permettre de traiter des cellules tumorales ou pour transporter des séquences génétiques exogènes essentielles pour le traitement de maladies monogéniques. Toutefois, les faibles niveaux d’expression du récepteur primaire de l’adénovirus, le CAR (récepteur à l’adénovirus et au virus coxsackie), réduit grandement l’efficacité de transduction dans plusieurs tumeurs. De plus, certains tissus normaux comme les muscles n’expriment que très peu de CAR, rendant l’utilisation des AdVs moins significative. Pour pallier à cette limitation, plusieurs modifications ont été générées sur les capsides virales. L’objectif de ces modifications était d’augmenter l’affinité des AdVs pour des récepteurs cellulaires spécifiques surexprimés dans les tumeurs et qui seraient exempts dans les tissus sains avoisinant. On peut mentionner dans les approches étudiées: l’utilisation de ligands bispécifiques, l’incorporation de peptides dans différentes régions de la fibre ou la substitution par une fibre de sérotypes différents. Notre hypothèse était que les domaines d’interaction complémentaire (K-Coil et ECoil) permettraient aux ligands de s’associer aux particules virales et d’altérer le tropisme de l’AdV. Pour ce faire, nous avons inclus un domaine d’interaction synthétique, le K-Coil,dans différentes régions de la fibre virale en plus de générer des mutations spécifiques pour abolir le tropisme naturel. Pour permettre la liaison avec les récepteurs d’intérêt dont l’EGF-R, l’IGF-IR et le CEA6, nous avons fusionné le domaine d’interaction complémentaire, le E-Coil, soit dans les ligands des récepteurs ciblés dont l’EGF et l’IGF-I, soit sur un anticorps à un seul domaine reconnaissant la protéine membranaire CEA6, l’AFAI. Suite à la construction des différents ligands de même que des différentes fibres virales modifiées, nous avons determiné tout d’abord que les différents ligands de même que les virus modifiés pouvaient être produits et que les différentes composantes pouvaient interagir ensemble. Les productions virales ont été optimisées par l’utilisation d’un nouveau protocole utilisant l’iodixanol. Ensuite, nous avons démontré que l’association des ligands avec le virus arborant une fibre modifiée pouvait entraîner une augmentation de transduction de 2 à 21 fois dans différentes lignées cellulaires. À cause de la difficulté des adénovirus à infecter les fibres musculaires occasionnée par l’absence du CAR, nous avons cherché à savoir si le changement de tropisme pourrait accroître l’infectivité des AdVs. Nous avons démontré que l’association avec le ligand bispécifique IGF-E5 permettait d’accroître la transduction autant dans les myoblastes que dans les myotubes de souris. Nous avons finalement réussi à démontrer que notre système pouvait induire une augmentation de 1,6 fois de la transduction suite à l’infection des muscles de souriceaux MDX. Ces résultats nous amènent à la conclusion que le système est fonctionnel et qu’il pourrait être évalué dans des AdVs encodant pour différents gènes thérapeutiques.