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在原子水平上对生物过程进行成像

发布时间:2019-03-21 19:11:28

在原子水平上对生物过程进行成像 2012年12月21日 原位分子显微镜为结构生物学中的动态系统成像提供了一个门户 如果赢得战斗的关键是了解你的敌人和你自己,那么科学家们现在正

  

  在原子水平上对生物过程进行成像

  2012年12月21日

  原位分子显微镜为结构生物学中的动态系统成像提供了一个门户

  如果赢得战斗的关键是了解你的敌人和你自己,那么科学家们现在正迈向成为医学的太阳Tzus,迈出了巨大的一步,迈向无价的优势 - 能够在战场上看到士兵们的行动。

  弗吉尼亚理工大学Carilion研究所的研究人员发明了一种在最基本的水平和自然栖息地直接成像生物结构的方法。该技术是在原子水平上成像生物过程成像的最终目标的重大进步。

  “这有点像看到Han Solo冻结在碳酸盐岩中并观察他在爆破的冲锋队中走来走去的区别”。 VTC研究所助理教授,该论文的第一作者Deborah Kelly说,这项新技术首次成功试验。 “看病毒,例如,在其自然环境中的行动是非常宝贵的。”

  该技术涉及采用两个氮化硅微芯片,在其中心蚀刻窗口并将它们压在一起,直到它们之间仅留下150纳米的空间。然后研究人员用一种类似于生物结构的自然环境的液体填充这个口袋,形成一个微流体室。

  然后,由于自由浮动结构产生分辨率较差的图像,研究人员在微芯片内部表面涂上一层天然生物系链,如抗体,自然地抓住病毒并将其固定到位。

  在芯片实验室最近的一项研究中,凯利加入了VTC研究所助理教授萨拉麦克唐纳,以证明该技术有效。

  麦克唐纳为该研究提供了纯轮状病毒双层颗粒样本。

  “现在结构生物学领域缺少的是动力学 - 事物如何随时间移动”。麦当劳说。 “黛比正在开发技术来弥合这一差距,因为这显然是结构生物学需要的下一个重大突破。”

  轮状病毒是婴儿和儿童严重腹泻的最常见原因。到5岁时,世界上几乎每个孩子都至少感染过一次。虽然这种疾病在发达国家很容易管理,但在发展中国家,轮状病毒每年导致超过45万儿童死亡。

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  在病原体生命周期的第二步,轮状病毒脱落其外层,使其进入细胞,成为所谓的双层粒子。一旦第二层被暴露,病毒就可以开始使用该小区自己的基础设施来产生更多病毒。研究人员在这一阶段的病毒结构是在新研究中成像的。

  凯利和麦克唐纳为微芯片的内部窗口涂上了抗病毒的抗体。反过来,抗体锁定在轮状病毒上,所述轮状病毒被注射到微流体腔室中并将它们保持在适当位置。然后研究人员使用透射电子显微镜对制备的载玻片成像。

  这项技术运作得很好。

  该实验给出的结果类似于使用传统冷冻方法制备用于电子显微镜的轮状病毒所获得的结果,证明该新技术可以提供准确的结果。

  “这是科学家第一次在液体中成像这种规模的任何东西,”凯利说。

  下一步是继续开发该技术,着眼于动态成像生物结构。

  具体来说,麦当劳正在寻求了解轮状病毒是如何组装的,以便更好地了解和开发工具来对抗儿童健康的这个特殊敌人。

  研究人员表示,他们正在进行的合作是跨学科工作的一个例子,正在成为VTC研究所的标志。

  “这是一次理想的合作,因为Sarah提供了一种非凡的模型系统,通过它我们可以开发新技术,推动微结构生物学领域向前发展,”凯利说。

  “这是非常双赢的,”麦当劳补充道。 “虽然病毒是黛比开发技术的好工具,但她的技术对于让我了解这种致命病毒如何随时间动态组装和动态变化至关重要。”

  资料来源:Virginia Tech