GÓC NHÌN Ở KÍCH THƯỚC NANO VỀ VIRUS COVID-19
Tế bào của con người bị nhiễm COVID-19 là một nơi đông đúc vì virus này biến vật chủ của nó thành một cỗ máy sao chép virus. Bây giờ, lần đầu tiên, các nhà khoa học Stanford đã sử dụng kính hiển vi ánh sáng siêu phân giải để sàng lọc đám đông và xác định vị trí của các phân tử virus trong tế bào.
WE Moerner , giáo sư hóa học và Stanley Qi , trợ lý giáo sư kỹ thuật sinh học và Học giả Viện tại Stanford ChEM-H , đã sử dụng phương pháp này, cung cấp cho các nhà khoa học một cái nhìn ở kích thước nano vào tế bào, để xác định chính xác vị trí trong tế bào nhất định các mảnh của coronavirus - giống như protein đột biến và vật chất di truyền - ở những điểm khác nhau sau khi nhiễm bệnh. Họ phát hiện ra rằng, không giống như những gì mà kính hiển vi tiêu điểm có độ phân giải thấp hơn đã chỉ ra, bộ máy nhân bản virus và sản phẩm RNA của quá trình đó được tách biệt về mặt vật lý trong tế bào, điều này có thể chỉ ra những chi tiết mới về vòng đời của virus.
Moerner, Giáo sư Harry S. Mosher tại Trường Khoa học và Nhân văn và là giáo sư vật lý ứng dụng, nhờ phép lịch sự, và Qi đã nghiên cứu một loại coronavirus có tên là HCoV-229E, giống như người anh em họ của nó là SARS-CoV-2, được tạo thành từ một bao bọc có nhiều protein hình gai nhọn bao quanh một sợi RNA, vật chất di truyền của virus. Sợi đơn RNA đó của bộ gen, hay gRNA, chứa các chỉ dẫn để tạo ra tất cả các protein mà vi rút cần, bao gồm cả những protein tạo ra bản sao của gRNA và những protein lắp ráp vào bao bì bao bọc xung quanh RNA để tạo ra một vi rút mới, nguyên vẹn.
Qi, đồng thời là trợ lý giáo sư sinh học hệ thống và hóa học, cho biết: “Khi bị nhiễm, tế bào tự biến mình thành một thây ma, hoàn toàn bị kiểm soát tâm trí để sản sinh ra nhiều vi rút hơn.
Các nhà khoa học biết rất nhiều về những phân tử nào tham gia vào những bước nào của vòng đời virus. Nhưng chính xác vị trí của tất cả các phân tử của virus trong các bước đó vẫn chưa được giải đáp chính xác. Hiểu được những chi tiết tinh tế này có thể mang lại cái nhìn sâu sắc hơn về cách thức chính xác vi rút lây nhiễm sang các tế bào và giúp các nhà nghiên cứu tìm ra các lỗ hổng hoặc phát triển các phương pháp điều trị nhiễm trùng tốt hơn.
Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell Reports Method vào ngày 28 tháng 2, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu hai dạng RNA khác nhau: RNA sợi đôi, hoặc dsRNA, là chất trung gian trong quá trình tạo ra các bản sao mới của virus, và gRNA, một sợi trong số đó được tiêm vào tế bào, sao chép và sau đó được đóng gói thành virus mới. Việc biết chính xác vị trí trong tế bào có thể cho các nhà khoa học biết không chỉ các bước tái tạo virus (dsRNA) và các bước lắp ráp virus (gRNA) đang diễn ra ở đâu, mà còn cách các bước đó được điều phối trong không gian.
THIÊN HÀ DI ĐỘNG
Kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu là một phương pháp phổ biến để nhìn thấy các vật thể trong tế bào bằng cách ghi lại ánh sáng phát ra từ các nhãn hoặc thẻ huỳnh quang, không khác với các phân tử tạo ra tất “day-glo”. Nhưng kính hiển vi đồng tiêu chỉ có thể chính xác với các cấu trúc có chiều ngang khoảng 250 nanomet (nm) hoặc lớn hơn. Các hạt coronavirus nhỏ hơn nhiều, có đường kính khoảng 120 nm, và các protein và RNA bên trong chúng thậm chí còn nhỏ hơn. (Để tham khảo, một sợi tóc dày khoảng 100.000 nm.)
Moerner nói: “Không có gì vượt qua được độ mờ cơ bản của kính hiển vi đồng tiêu. “Nhiều vật thể quan trọng của tế bào rất nhỏ; một số 50 nm, một số 10 nm, và một số thậm chí còn nhỏ hơn. ”
Kính hiển vi huỳnh quang siêu phân giải sử dụng hình ảnh đơn phân tử được kiểm soát cẩn thận để đưa các vật thể tế bào này vào tiêu điểm sắc nét hơn, cho phép các nhà khoa học nhìn thấy các vật thể có kích thước nhỏ tới 10 nm. Các nhà khoa học chỉ có thể xem xét một tế bào tại một thời điểm bằng cách sử dụng các kỹ thuật này, và các thí nghiệm đòi hỏi nhiều thời gian và nguồn lực chuyên dụng. Bất chấp những thách thức, chi tiết vô song mà các nhà khoa học có thể xem tế bào khiến quá trình này trở nên vô giá. Và sự rõ ràng tăng vọt đó đã tiết lộ một điều gì đó bất ngờ đối với Moerner và Qi.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hai thẻ có màu khác nhau để xem xét hai phân tử của chúng, màu đỏ tươi cho gRNA và màu xanh lá cây cho dsRNA. Ngoài các đốm màu xanh lá cây và đỏ tươi, hình ảnh đồng tiêu cho thấy những đám mây trắng mờ cho thấy dsRNA và gRNA có thể ở cùng một điểm trong toàn bộ tế bào, có thể được bao bọc cùng nhau trong một số loại hạt. Nhưng bằng cách sử dụng các kỹ thuật siêu phân giải, nhóm đã thấy một điều rất khác.
Moerner, người nhận giải Nobel hóa học năm 2014 cho biết: “Khi tôi nhìn thấy những hình ảnh đó lần đầu tiên, tôi giống như đang nhìn vào một thiên hà kỳ thú vậy. Các hình ảnh siêu phân giải cho thấy một bầu trời tối với các cụm sao đỏ tươi và các ngôi sao xanh lục - và không có ngôi sao nào trong số chúng bị chồng lên nhau. Trái ngược với những gì hình ảnh đồng tiêu đã gợi ý, dsRNA và gRNA không bao giờ ở cùng một vị trí cùng một lúc.
Các thí nghiệm riêng biệt, trong đó họ cũng xem xét các protein từ virus và tế bào chủ, xác nhận rằng dsRNA của virus sao chép và sản phẩm RNA của quá trình sao chép đó không bao giờ được tìm thấy trôi nổi trong tế bào cùng nhau. Kết quả của họ xác nhận rằng sự nhân lên của vi rút xảy ra trong một phần của tế bào được gọi là lưới nội chất, hay ER, như đã được biết đến. GRNA được hình thành sau đó đâm chồi vào tế bào để được đóng gói thành một loại virus đã hình thành hoàn chỉnh. Tuy nhiên, không giống như những gì các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra, Moerner và Qi giờ đây đã thấy rằng ngoài việc được tìm thấy bên trong ER, dsRNA sao chép virus cũng được tìm thấy trong các hình cầu lớn (lên đến 450 nm) không chứa bất kỳ gRNA nào trong tế bào. Họ nghi ngờ rằng những bong bóng dsRNA này, không tích cực tái tạo,
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ KHÁNG VIRUS
Nhiễm virus là một quá trình phức tạp và trong khi nhóm không biết chính xác điều gì thúc đẩy virus tạo ra các kho lưu trữ dsRNA tạm thời này, họ hy vọng rằng siêu phân giải cũng có thể trả lời những câu hỏi đó và những câu hỏi khác trong tương lai. Bằng cách tìm hiểu thêm về thời gian và địa điểm các bước lây nhiễm virus nhất định diễn ra, các nhà khoa học cũng có thể phát triển và đánh giá các phương pháp điều trị.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Moerner và Qi cũng hợp tác để xem xét những gì xảy ra sau khi điều trị bằng thuốc kháng vi-rút remdesivir. Họ thấy rằng trong khi mức gRNA và dsRNA tổng thể giảm trong tế bào, thì kích thước của bong bóng dsRNA vẫn giữ nguyên, điều này hỗ trợ lý thuyết lưu trữ tạm thời của họ. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng các nghiên cứu sâu hơn với bộ công cụ siêu phân giải có thể giúp xác định xem liệu các chất kháng virus khác có thể nhắm mục tiêu vào những quả cầu đó hay không. Qi nói: “Khi mọi người không có công cụ, họ không có cách nào để tạo ra những phát hiện mới.
Moerner nói: “Đây là một ví dụ tuyệt vời về việc bạn không thể đoán trước được những gì mình sẽ tìm thấy cho đến khi bạn đi tìm. “Có thể học được nhiều điều về sinh học của những hệ thống phức tạp này bằng các công cụ quang học kích thước nano hiện đại”.
Các đồng tác giả khác của Stanford bao gồm cựu nghiên cứu sinh Jiarui Wang, các học giả sau tiến sĩ Mengting Han và Leiping Zeng , nghiên cứu sinh Anish Roy và các cựu học giả sau tiến sĩ Haifeng Wang và Leonhard Möckl.
Moerner là giáo sư tại Trường Khoa học Nhân văn , đồng giảng viên tại Stanford ChEM-H và là thành viên của Bio-X và của Viện Khoa học Thần kinh Wu Tsai. Qi là thành viên của Bio-X, Viện Nghiên cứu Sức khỏe Bà mẹ & Trẻ em, Viện Ung thư Stanford và Viện Khoa học Thần kinh Wu Tsai.
Công trình được hỗ trợ bởi Viện Khoa học Y tế Tổng quát Quốc gia và Viện Y tế Quốc gia. Wang là thành viên của Mona M. Burgess Stanford Bio-X.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Theo: SCIENCE BLOG
Xem thêm bài viết thuộc chủ đề tương tự: "MŨI ĐIỆN TỬ" CÓ THỂ CHẨN ĐOÁN BỆNH PARKINSON BẰNG CÁCH "NGỬI" DA
