Исследователи сняли на видео человеческие вирусы в жидких каплях с почти атомарной детализацией
Исследователи под руководством Деб Келли из Университета штата Пенсильвания использовали усовершенствованную технологию электронной микроскопии (ЭМ), чтобы в высоком разрешении увидеть, как человеческие вирусы движутся в почти нативной среде. Этот метод визуализации может улучшить понимание того, как кандидаты в вакцины и лекарства ведут себя и функционируют при взаимодействии с клетками-мишенями.
В попытке расширить инструменты для изучения микроскопического мира, учёные записали живые 20-секундные видео человеческих вирусов, плавающих в жидкости, с почти атомарной детализацией в электронном микроскопе. Такая же степень информации, мгновенно доступная при записи, может занимать до 24 часов для получения с использованием традиционных статических методов визуализации. Результаты были опубликованы 24 июля в Advanced Materials.
"Задача оставалась в том, чтобы рассматривать биологические материалы в динамических системах, отражающих их подлинное поведение в организме", — сказала Деб Келли. "Наши результаты показывают новые структуры и активные особенности человеческих вирусов, содержащихся в микроскопических объёмах жидкости — того же размера, что и респираторные капли, распространяющие SARS-CoV-2".
Криогенная электронная микроскопия (крио-ЭМ) становится золотым стандартом в этой области для наблюдения образцов с атомарным или более высоким разрешением. Однако она даёт статичное изображение. "С улучшенными чипами и мощным прямым детектором на микроскопе мы можем накапливать много кадров видео, чтобы наблюдать, как образец ведёт себя в реальном времени", — пояснил первый автор статьи GM Джонаид.
В качестве модельной системы исследователи использовали адено-ассоциированный вирус (AAV) — биологическую наночастицу, которую можно использовать для доставки вакцин или лекарств непосредственно в клетки. "AAV — хорошо известное средство для генной терапии с текущими применениями в доставке лекарств и разработке вакцин против COVID-19", — отметила Келли.
Исследователи нанесли микроколичества жидкого раствора, содержащего AAV, на лунки специализированных микросхем из нитрида кремния, коммерчески поставляемых Protochips Inc., и поместили их в ЭМ. Результатом стали видео движения AAV в жидкости с разрешением около трёх-четырёх ангстрем (один ангстрем — размер одного атома), на которых видны тонкие изменения поверхности частицы.
Затем учёные направили свой метод на меньшую цель: антитела, выработанные пациентами с COVID-19. "Мы увидели, как антитела, содержащиеся в сыворотке пациентов с COVID-19, взаимодействовали с оставшимися частицами SARS-CoV-2", — сказала Келли.
Келли и её команда планируют продолжить исследование молекулярных основ SARS-CoV-2 и белков рецепторов хозяина с использованием жидкостной фазовой ЭМ в качестве дополнения к информации, полученной с помощью крио-ЭМ. "Визуализация динамического движения в растворе дополняет высокодетализированные снимки, чтобы раскрыть более полную информацию", — заключила она.