Ученые показали поведение человеческих вирусов в жидкой среде на уровне атомов

Чтобы лучше изучить биологический объект необходимо, чтобы он свободно перемещался в трехмерном пространстве. То же самое относится и к анализу того, как вирусы, перемещаются в человеческом теле, говорят ученые под руководством Деб Келли из Пенсильванского университета, которые использовали передовую электронную микроскопию, чтобы увидеть, как человеческие вирусы перемещаются в высоком разрешении в почти естественной среде. По словам Келли, метод визуализации может привести к лучшему пониманию того, как вакцины-кандидаты и методы лечения ведут себя и функционируют при взаимодействии с клетками-мишенями, сообщает Phys.org

Ученые создали в реальном времени 20-секундные видеоролики о человеческих вирусах, плавающих в жидкости, с почти атомной детализацией используя электронный микроскоп.

"Задача по-прежнему состоит в том, чтобы рассматривать биологические материалы в динамических системах, которые отражают их подлинные характеристики в организме", — говорит Келли. "Наши результаты показывают новые структуры человеческих вирусов, содержащихся в мельчайших объемах жидкости, такого же размера, как респираторные капли, распространяющие SARS-CoV-2".

По словам Келли, криогенная электронная микроскопия (крио-ЭМ) становится золотым стандартом для исследования образцов с атомным разрешением. Этот метод включает мгновенное замораживание образца и нацеливание на него пучка электронов. Электроны и компоненты образца взаимодействуют, что фиксируется датчиками, встроенными в прибор. Можно создать тысячи изображений, чтобы вычислить, как этот образец выглядит в 3D, но требуется больше информации, чтобы полностью понять, как этот образец функционирует в более естественной среде.

"Несмотря на то, что крио-ЭМ может предоставить нам много информации, она по-прежнему создает статическое изображение", — говорит Дж. М. Йонайд из Института естественных наук им. Хака. "С улучшенными микросхемами и мощным прямым детектором на микроскопе мы можем собрать множество кадров фильма, чтобы увидеть, как образец действует в реальном времени. Мы можем видеть вещи такими, какими они есть на самом деле".

Ученые использовали аденоассоциированный вирус (AAV) в качестве модели, чтобы продемонстрировать свой подход. AAV — это биологические наночастицы, которые можно использовать для доставки вакцин или лекарств непосредственно в клетки.

"AAV — это хорошо известное средство генной терапии, связанное с доставкой лекарств в клетки и разработкой вакцины против COVID-19", — говорит Келли. "Эта модельная система уже хорошо изучена, поэтому мы можем использовать ее для проверки нашего подхода с целью увидеть биологические объекты в жидком состоянии, находящиеся в организме человека".

Ученые поместили небольшие объемы жидкости, содержащей AAV, в лунки специализированных микрочипов из нитрида кремния. Затем они поместили сборки микрочипов в электронный микроскоп, чтобы исследовать вирусы в действии.

По словам Келли, в результате были получены видеозаписи движения AAV в жидкости с небольшими изменениями на поверхности частицы, что свидетельствует о том, что физические свойства частицы меняются по мере того, как она исследует окружающую среду. Видео было сделано в разрешении от трех до четырех Ангстрем (один атом измеряется как один Ангстрем).

Убедившись, что данный метод визуализации работают, ученые обратили внимание на меньшую цель: антитела, вырабатываемые пациентами с COVID-19.

"Мы видели, как антитела, содержащиеся в сыворотке крови пациентов с COVID-19, взаимодействовали с оставшимися частицами SARS-CoV-2", — говорит Келли, отметив, что возможность наблюдать такие взаимодействия была бы особенно полезной при оценке жизнеспособности вакцин-кандидатов до клинических испытаний.