_ Un nou mod de a vedea virușii în acțiune: microscopia cu super-rezoluție oferă un aspect la scară nanometrică

O nouă privire la scară nanometrică asupra modului în care virusul SARS-CoV-2 se replic în celule poate oferi o precizie mai mare în dezvoltarea medicamentelor, relatează o echipă de la Universitatea Stanford în Nature Communications. Folosind tehnici avansate de microscopie, cercetătorii au produs ceea ce ar putea fi unele dintre cele mai clare imagini disponibile ale ARN-ului virusului și ale structurilor de replicare, despre care au văzut că formează forme sferice în jurul nucleului celulei infectate.

„Avem nu am văzut celule infectate cu COVID la această rezoluție înaltă și am știut la ce ne uităm înainte”, a spus Stanley Qi, profesor asociat de bioinginerie la Stanford la Școlile de Inginerie și Medicină și coautor principal al lucrării. „A fi capabil să știi la ce te uiți cu această rezoluție înaltă de-a lungul timpului este de ajutor fundamental pentru virologie și cercetarea viitoare privind virusurile, inclusiv dezvoltarea de medicamente antivirale.”

Lucrarea luminează detaliile la scară moleculară ale virusului.” activitate în interiorul celulelor gazdă. Pentru a se răspândi, virușii preiau în esență celulele și le transformă în fabrici producătoare de virusuri, cu organele speciale de replicare. În cadrul acestei fabrici, ARN-ul viral trebuie să se dubleze din nou și din nou până când se adună suficient material genetic pentru a se muta și a infecta celule noi și a începe procesul din nou.

Oamenii de știință de la Stanford au căutat să dezvăluie această replicare. pas în cel mai clar detaliu de până acum. Pentru a face acest lucru, ei au etichetat mai întâi ARN-ul viral și proteinele asociate replicării cu molecule fluorescente de diferite culori. Dar doar imagistica ARN strălucitor ar avea ca rezultat pete neclare într-un microscop convențional. Așa că au adăugat o substanță chimică care suprimă temporar fluorescența. Moleculele s-au aprins apoi din nou în momente aleatorii și doar câteva s-au aprins o dată. Acest lucru a făcut mai ușoară identificarea blițurilor, dezvăluind locațiile moleculelor individuale.

Folosind o configurație care includea lasere, microscoape puternice și o cameră care face fotografii la fiecare 10 milisecunde, cercetătorii au adunat instantanee ale clipirii. molecule. Când au combinat seturi de aceste imagini, au reușit să creeze fotografii fin detaliate care arată ARN-ul viral și structurile de replicare din celule.

„Avem metode foarte sensibile și specifice și, de asemenea, de înaltă rezoluție”, a spus Leonid. Andronov, co-autor principal și cercetător postdoctoral în chimie la Stanford. „Puteți vedea o moleculă virală în interiorul celulei.”

Imaginile rezultate, cu o rezoluție de 10 nanometri, dezvăluie ceea ce ar putea fi cea mai detaliată imagine de până acum a modului în care virusul se reproduce în interiorul unei celule. Imaginile arată ARN magenta formând aglomerări în jurul nucleului celulei, care se acumulează într-un model mare care se repetă. „Suntem primii care constată că ARN-ul genomic viral formează structuri globulare distincte la rezoluție înaltă”, a spus Mengting Han, co-autor principal și cercetător postdoctoral în bioinginerie la Stanford.

Clusterele ajută la arătarea modului în care virusul eludează virusul. apărarea celulelor, a spus W. E. Moerner, co-autorul principal al lucrării și Harry S. Mosher profesor de chimie la Școala de Științe Umaniste și Științe. „Sunt adunați împreună în interiorul unei membrane care îi sechestrează de restul celulei, astfel încât să nu fie atacați de restul celulei.”

Testarea drogurilor la scară nanometrică

Comparativ cu utilizarea unui microscop electronic, noua tehnică de imagistică poate permite cercetătorilor să știe cu o mai mare certitudine unde se află componentele virusului într-o celulă datorită etichetelor fluorescente care clipesc. De asemenea, poate oferi detalii la scară nanometrică ale proceselor celulare care sunt invizibile în cercetările medicale efectuate prin teste biochimice.

Tehnicile convenționale „sunt complet diferite de aceste înregistrări spațiale ale locului în care obiectele sunt de fapt în celulă, până la această rezoluție mult mai mare”, a spus Moerner. „Avem un avantaj bazat pe etichetarea fluorescentă, deoarece știm de unde vine lumina noastră.”

Vederea exactă a modului în care virusul își desfășoară infecția este promițătoare pentru medicină. Observarea modului în care diferiți viruși preiau celulele poate ajuta la răspunsul la întrebări precum de ce unii agenți patogeni produc simptome ușoare, în timp ce alții pun viața în pericol. Microscopia cu super-rezoluție poate beneficia și de dezvoltarea medicamentelor. „Această structură la scară nanometrică a organelelor de replicare ne poate oferi noi ținte terapeutice”, a spus Han. „Putem folosi această metodă pentru a analiza diferite medicamente și pentru a vedea influența acesteia asupra structurii la scară nanometrică.”

Într-adevăr, asta intenționează să facă echipa. Ei vor repeta experimentul și vor vedea cum se schimbă structurile virale în prezența unor medicamente precum Paxlovid sau remdesivir. Dacă un medicament candidat poate suprima etapa de replicare virală, aceasta sugerează că medicamentul este eficient în inhibarea agentului patogen și facilitează lupta împotriva infecției pentru gazdă.

Cercetătorii intenționează, de asemenea, să cartografieze toate cele 29 de proteine ​​care alcătuiește SARS-CoV-2 și vezi ce fac acele proteine ​​pe durata unei infecții. „Sperăm că vom fi pregătiți să folosim cu adevărat aceste metode pentru următoarea provocare, pentru a vedea rapid ce se întâmplă în interior și a înțelege mai bine”, a spus Qi.

(Fluierul)