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【課堂】 電鏡技術 — 讓病毒無所遁形

更新時間:2020-03-16   點擊次數:3150次

2020年,似乎來得更艱難一點。從去年12月份開始,新冠肺炎疫情(COVID-19)就像龍卷風一樣席卷中國乃至*,當前已在100多個國家地區蔓延,病例數超10萬。新冠肺炎疫情構成大流行的威脅“已經變得非常真實”。

 

疫情防治防控關鍵階段,總理為什么特意去電鏡室?

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2020年2月9日,總理赴中國醫學科學院病原生物學研究所考察,通過透射電鏡觀察新冠病毒

 

疫情之下,奔跑在一線的有我們的白衣天使,也有爭分奪秒的科研人員。而在整個疫情的防控防治過程中,電鏡技術,讓病毒無所遁形。

 

負染色技術—鑒定病毒形態

 

為什么是冠狀病毒?

電鏡給了一個很重要的指標:病毒形態。

1月6日,中國疾控中心通過對臨床患者分離毒株樣品進行電鏡負染色,發現了病毒的存在,且形狀與冠狀病毒相似,直徑80-120nm,表面有皇冠一樣的突起,這就給我們一個很重要的方向指示。隨后,根據核酸序列比對以及其他鑒定方法,宣布新型冠狀病毒肺炎疫情爆發。

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負染色技術可以鑒別病毒形態、純度和濃度。

負染技術流程簡單,檢測速度快。一般幾分鐘就可以完成。

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載網要求:

1、 載網親水:商業化載網表面有油脂,懸液樣品鋪不開

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2、 碳膜載網:促進樣品顆粒均勻分布

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徠卡高真空鍍膜儀,一機兩用:鍍膜+輝光放電

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EM ACE系列鍍膜儀

 

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Leica EM ACE200

 

負染技術—徠卡解決方案

 

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冷凍電鏡技術—指導藥物和疫苗設計

新冠病毒表面的S蛋白,是侵染宿主的關鍵蛋白,與SARS病毒S蛋白一樣,都將宿主細胞表面的“血管緊張素轉化酶2(ACE2)”作為侵入細胞的關鍵受體。了解S蛋白的結構,弄清楚S蛋白與ACE2的作用方式,是藥物開發和疫苗設計的重點。

 

2月15日,德克薩斯大學*分校McLellan團隊獲得了新冠病毒S蛋白三維結構,分辨率達3.5埃,確定了該S蛋白是由S1和S2組成的三聚體。RBD是受體結合區域,存在多種構象狀態。與SARS病毒S蛋白比較,兩者是不同的,但整體上仍具有較高的相似度。

隨后,作者又分別分析了兩個病毒S蛋白與ACE2的親和力,新冠病毒S蛋白與ACE2的KD(平衡解離常數)是14.7nM,SARS病毒S蛋白與ACE2的KD是324.8nM,KD越高,親和力越低,暗示著新冠病毒的傳染性要高于SARS病毒。

3月1日,華盛頓大學David Veesler團隊根據S蛋白存在多種構象,重構了3.0埃的close構象,以及3.3埃的打開單個SB區的三聚體。

結果表明,新冠病毒S胞外區表現為一個16nm長的三聚體,三角形截面,與SARS病毒S蛋白非常相似。很多序列是保守的,設計針對這一結構功能的抗體,可能會交叉反應中和這兩種病毒以及其他相似的冠狀病毒。

同時還發現S1和S2邊界處存在四個氨基酸殘基插入,從而引入了新的蛋白酶切位點。這就可能會增強病毒的可傳播性,更加科學地解釋了新冠病毒傳染力強的問題。

 

2月19日,西湖大學周強教授團隊獲得了ACE2的全長三維結構,同時解析了S蛋白RBD和ACE2的復合物三維結構,看清楚了它們的相互作用方式,這一步正式揭開了新冠病毒入侵人體細胞的神秘面紗。

“S蛋白像一座橋橫跨在ACE2表面,又像病毒的一只手,緊緊抓住ACE2,打開細胞大門”。

了解了鎖的結構,接下來,就可以有針對性地設計鑰匙,設計藥物和指導疫苗的研發。

技術流程與負染類似,但是樣品終要經過投入冷凍,在低溫電鏡下進行觀察。

徠卡的EM GP2,就是一款專業的投入冷凍儀,通過對樣品的單邊或雙邊的平行吸附,實現樣品的快速均勻冷凍。包括生物樣品,工業溶劑、懸濁液、乳濁液、膠體樣品等。

 

冷凍電鏡技術—徠卡解決方案

 

 

結果展示:


樣品:蛋白

觀察方式:cryo TEM

樣品:病毒

觀察方式:cryo TEM

樣品:纖維

觀察方式:cryo TEM

樣品:細菌

觀察方式:cryo TEM

 

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