3-D-viruskamera fanger bakterier på fersk gerning

Før bakterier som vira kan gøre dig syg, de skal først lande på en af ​​dine celler – Mars Rover-stil – og derefter slå sig ind.

Et hold af fysiske kemikere hos Duke er ved at bygge et mikroskop, der er så kraftfuldt, at det kan spotte disse små bakterier under infektion.

Holdet har skabt et nyt 3D-"viruskamera", der kan spionere på små virale bakterier, mens de vrider sig rundt i realtid. I en video fanget af mikroskopet, du kan se, hvordan en lentivirus hopper og ryster gennem et område, der er lidt bredere end et menneskehår.

Næste, de håber på at udvikle denne teknik til et multifunktionelt "magisk kamera", der ikke kun vil lade dem se de dansende vira, men også de meget større cellemembraner, de forsøger i sæde.

"Virkelig, hvad vi forsøger at undersøge, er de allerførste kontakter af virussen med celleoverfladen - hvordan den kalder receptorer, og hvordan den smider sin konvolut, " sagde gruppeleder Kevin Welsher, adjunkt i kemi ved Duke. "Vi ønsker at se den proces i realtid, og for at gøre det, vi skal være i stand til at låse på virussen lige fra første øjeblik."

Dette er ikke det første mikroskop, der kan spore realtid, 3D-bevægelser af individuelle partikler. Faktisk, som postdoktor ved Princeton, Welsher byggede en tidligere model og brugte den til at spore en lys fluorescerende perle, når den sætter sig fast i membranen af ​​en celle.

Men det nye viruskamera, bygget af Duke postdoc Shangguo Hou, kan spore partikler, der bevæger sig hurtigere og svagere sammenlignet med tidligere mikroskoper. "Vi prøvede at overvinde en hastighedsgrænse, og vi forsøgte at gøre det med det færrest mulige antal indsamlede fotoner, " sagde Welsher.

Evnen til at få øje på lysdæmpende partikler er særlig vigtig ved sporing af vira, sagde Welsher. Disse små bundter af proteiner og DNA afgiver ikke naturligt lys, så at se dem under et mikroskop, Forskerne skal først klæbe noget fluorescerende på dem. Men mange lyse fluorescerende partikler, såsom kvanteprikker, er ret store sammenlignet med størrelsen af ​​de fleste vira. At fastgøre en er lidt som at stikke en baseball på en basketball - der er en god chance for, at det kan påvirke, hvordan virussen bevæger sig og interagerer med celler.

Det nye mikroskop kan detektere det svagere lys afgivet af meget mindre fluorescerende proteiner – som, hvis virussen er en basketball, er omtrent på størrelse med en ært. Fluorescerende proteiner kan også indsættes i det virale genom, hvilket gør det muligt for dem at blive inkorporeret i virussen, mens den samles.

"Det var det store skridt for os, " sagde Welsher, "Vi behøvede ikke at bruge en kvanteprik, vi behøvede ikke at bruge en kunstig fluorescerende perle. Så længe det fluorescerende protein var et sted i virussen, vi kunne få øje på det." For at skabe deres virale video, Welshers team hyrede Duke's Viral Vector Core til at indsætte et gult fluorescerende protein i deres lentivirus.

Nu hvor virussporingsmikroskopet er oppe at køre, holdet er i gang med at bygge et laserscanningsmikroskop, der også vil kunne kortlægge celleoverflader i nærheden. "Så hvis vi ved, hvor partiklen er, vi kan også afbilde os omkring det og rekonstruere, hvor partiklen er på vej hen, " sagde Welsher. "Vi håber at tilpasse dette til at fange viral infektion i realtid."