Новый способ увидеть вирусы в действии: Сверхразрешающая микроскопия позволяет рассмотреть наноразмерные детали

Новый взгляд в наномасштабе на то, как вирус SARS-CoV-2 реплицируется в клетках, может предложить большую точность в разработке лекарств, сообщает команда из Стэнфордского университета в Nature Communications. Используя передовые методы микроскопии, исследователи получили, возможно, одни из самых четких изображений РНК вируса и структур репликации, которые, как они наблюдали, образуют сферические формы вокруг ядра инфицированной клетки.

Мерцающая РНК

Работа проливает свет на молекулярные детали активности вируса внутри клеток-хозяев. Чтобы распространяться, вирусы по сути захватывают клетки и превращают их в фабрики по производству вирусов, оснащенные специальными органеллами репликации. Внутри этой фабрики вирусная РНК должна дублироваться снова и снова, пока не соберется достаточно генетического материала, чтобы выйти, заразить новые клетки и начать процесс заново.

Ученые из Стэнфорда стремились раскрыть этот этап репликации с максимальной на сегодняшний день детализацией. Для этого они сначала пометили вирусную РНК и белки, ассоциированные с репликацией, флуоресцентными молекулами разных цветов. Но визуализация только светящейся РНК дала бы размытые пятна в обычном микроскопе. Поэтому они добавили химическое вещество, временно подавляющее флуоресценцию. Молекулы затем случайным образом снова начинали светиться, и одновременно загорались лишь несколько. Это позволило легче точно определить вспышки, раскрывая местоположение отдельных молекул.

Используя установку, включающую лазеры, мощные микроскопы и камеру, делающую снимки каждые 10 миллисекунд, исследователи собрали моментальные снимки мерцающих молекул. Комбинируя наборы этих изображений, они смогли создать детализированные фотографии, показывающие вирусную РНК и структуры репликации в клетках.

Полученные изображения с разрешением 10 нанометров показывают, возможно, самую детальную картину того, как вирус реплицируется внутри клетки. Изображения показывают, как РНК (малинового цвета) образует скопления вокруг ядра клетки, которые накапливаются в крупный повторяющийся узор. Кластеры помогают показать, как вирус уклоняется от защитных механизмов клетки: «Они собраны вместе внутри мембраны, которая изолирует их от остальной части клетки, чтобы на них не нападала остальная часть клетки».

Наноразмерное тестирование лекарств

По сравнению с использованием электронного микроскопа, новая методика визуализации позволяет исследователям с большей уверенностью определять, где находятся компоненты вируса в клетке, благодаря мерцающим флуоресцентным меткам. Она также может предоставить наноразмерные детали клеточных процессов, которые невидимы при медицинских исследованиях, проводимых с помощью биохимических анализов.

Наблюдение за тем, как именно вирус осуществляет инфекцию, открывает перспективы для медицины. Сверхразрешающая микроскопия также может принести пользу разработке лекарств: «Эта наноразмерная структура органелл репликации может предоставить нам некоторые новые терапевтические мишени. Мы можем использовать этот метод для скрининга различных препаратов и наблюдения за их влиянием на наноразмерную структуру».

Именно это команда и планирует сделать. Они повторят эксперимент и увидят, как вирусные структуры меняются в присутствии таких препаратов, как Paxlovid или ремдесивир. Если препарат-кандидат может подавить этап вирусной репликации, это говорит о его эффективности в ингибировании патогена и облегчении борьбы с инфекцией для организма-хозяина.

Исследователи также планируют картировать все 29 белков, из которых состоит SARS-CoV-2, и увидеть, что эти белки делают на протяжении всей инфекции.