Ny metode giver forskere mulighed for hurtigt at se individuelle viruspartikler

Influenza, SARS-CoV-2 og andre vira kommer i en lang række forskellige former og størrelser, og ved at studere disse former, videnskabsmænd kan lære, hvordan de fungerer, og hvordan virussygdomme kan overvindes.

Nu, et team af Texas A&M AgriLife-forskere har demonstreret en ikke-invasiv måde at studere vira på, som er hurtigere og mere finkornet end "guldstandardmetoden". Undersøgelsen dukkede op for nylig i Analytisk kemi .

"Behovet for meget hurtig og nøjagtig virusidentifikation har altid været vigtigt tidligere, og i år er det endnu vigtigere, fordi vi ved, at vira ændrer sig; de muterer, " sagde Dmitry Kurouski, Ph.D., assisterende professor ved Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Biochemistry and Biophysics, der ledede undersøgelsen. "Hvis nogen har influenzalignende symptomer, hvordan kan vi hurtigt skelne influenza fra COVID-19?"

Udforske nano-verdenen

De fleste vira er for små til at kunne ses under et typisk mikroskop. Så, videnskabsmænd studerer ofte flash-frosne virusprøver med elektronmikroskoper. Disse værktøjer bruger stråler af elektroner til at undersøge virionernes indviklede molekylære strukturer. Imidlertid, forberedelse af prøver til elektronmikroskopi er tids- og arbejdskrævende.

Kurouskis team brugte en kombination af to sofistikerede teknikker, der i teorien, bør næsten ikke kræve prøveforberedelse. Kurouskis laboratorium er unikt i sin evne til at bruge begge metoder - spidsforstærket Raman-spektroskopi og atomkraftmikroskopi - infrarød spektroskopi. Tianyi Dou, en kandidatstuderende i Kurouskis laboratorium, udførte forsøgene.

I begge metoder, prøverne tilgås med en ekstremt skarp metalnål dækket med guld. Tip-forstærket Raman-spektroskopi detekterer, hvordan en prøve spreder laserlys. Denne teknik gjorde det muligt for teamet at bestemme virussenes overordnede bygge- og overfladekvaliteter og sammensætning.

Ved hjælp af atomkraftmikroskopi-infrarød mikroskopi, holdet var i stand til at se, hvordan prøverne absorberer infrarødt lys. Dette gjorde det muligt for forskerne at få information om virionernes indre struktur.

En fortælling om to vira

Ved at kombinere de to metoder, holdet sammenlignede overfladen og den overordnede struktur af virussen, der forårsager forkølelsessår, herpes simplex virus type 1, til virus, der inficerer bakterier, bakteriofag MS2. Forskerne var i stand til at skelne herpes- og bakteriofagvirionerne med 100 % nøjagtighed.

Desuden, resultaterne var i overensstemmelse med dem opnået ved guldstandardmetoden, kryo-elektronmikroskopi. Junjie Zhang, Ph.D., adjunkt ved Institut for Biokemi og Biofysik, ledet elektronmikroskopi-eksperimenterne.

Et superlille Lego sæt

Udover behovet for at forberede og fryse prøver, guldstandardmetoden har en anden ulempe, sagde Kurouski. Kryo-elektronmikroskopi involverer midling af former for at bygge en tredimensionel model af en repræsentativ virus. Imidlertid, denne gennemsnitsberegning kan skjule den sande række af former, en virus kan antage.

"Virus kan beskrives i form af et Lego-puslespil. Forskellige strukturer kan bygges af de samme byggeklodser, " sagde Kurouski.

Og, en viruss form spiller sandsynligvis en stor rolle i infektion, han sagde, fordi det første skridt mod infektion sker ved overfladerne af virussen og værtscellen.

Den nye kombination af metoder gør ikke gennemsnit af former, men undersøger i stedet individuelle viruspartikler.

"Før, vi havde intet værktøj til at studere denne heterogenitet, " sagde han. "Nu, vi kan se på, hvad der rent faktisk sker i naturen."