Influenza, SARS-CoV-2 en andere virussen zijn er in een grote verscheidenheid aan vormen en maten, en door deze vormen te bestuderen, wetenschappers kunnen leren hoe ze functioneren en hoe virale ziekten kunnen worden overwonnen.

Nutsvoorzieningen, een team van Texas A&M AgriLife-onderzoekers heeft een niet-invasieve manier aangetoond om virussen te bestuderen die sneller en fijnmaziger is dan de "gouden standaard"-methode. De studie verscheen onlangs in Analytische scheikunde .

"De behoefte aan zeer snelle en nauwkeurige virusidentificatie is in het verleden altijd belangrijk geweest, en dit jaar is het nog belangrijker omdat we weten dat virussen veranderen; ze muteren, " zei Dmitry Kurouski, doctoraat, assistent-professor aan het Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Biochemistry and Biophysics, die de studie leidde. "Als iemand griepachtige symptomen heeft, hoe kunnen we griep snel van COVID-19 onderscheiden?"

Onderzoek naar de nanowereld

De meeste virussen zijn te klein om onder een normale microscoop te worden gezien. Dus, wetenschappers bestuderen vaak ingevroren virusmonsters met elektronenmicroscopen. Deze tools gebruiken elektronenbundels om de ingewikkelde moleculaire structuren van de virionen te onderzoeken. Echter, het voorbereiden van monsters voor elektronenmicroscopie is tijdrovend en arbeidsintensief.

Het team van Kurouski gebruikte een combinatie van twee geavanceerde technieken die, in theorie, zou bijna geen monstervoorbereiding moeten vereisen. Het laboratorium van Kurouski is uniek in zijn vermogen om beide methoden te gebruiken:tip-enhanced Raman-spectroscopie en atoomkrachtmicroscopie-infraroodspectroscopie. Tianyi Dou, een afgestudeerde student in Kurouski's lab, de experimenten uitgevoerd.

Bij beide methoden de monsters worden benaderd met een extreem scherpe metalen naald bedekt met goud. Tip-enhanced Raman-spectroscopie detecteert hoe een monster laserlicht verstrooit. Met deze techniek kon het team de algehele bouw- en oppervlaktekwaliteiten en samenstelling van de virussen bepalen.

Met behulp van atoomkrachtmicroscopie-infraroodmicroscopie, het team kon zien hoe de monsters infrarood licht absorberen. Hierdoor konden de onderzoekers informatie verkrijgen over de interne structuur van de virions.

Een verhaal van twee virussen

Door de twee methoden te combineren, het team vergeleek het oppervlak en de algehele structuur van het virus dat koortsblaasjes veroorzaakt, herpes simplex-virus type 1, tot dat van een virus dat bacteriën infecteert, bacteriofaag MS2. De onderzoekers konden de herpes- en bacteriofaagvirionen met 100% nauwkeurigheid onderscheiden.

Verder, de resultaten waren consistent met die verkregen met de gouden standaardmethode, cryo-elektronenmicroscopie. Junjie Zhang, doctoraat, universitair docent bij de vakgroep Biochemie en Biofysica, leidde de elektronenmicroscopie-experimenten.

Een super kleine Lego set

Naast de noodzaak om monsters te bereiden en in te vriezen, de gouden standaardmethode heeft nog een ander nadeel, zei Kurouski. Cryo-elektronenmicroscopie omvat het middelen van vormen om een ​​driedimensionaal model van een representatief virus te bouwen. Echter, deze middeling kan het ware scala aan vormen verbergen dat een virus kan aannemen.

"Virussen kunnen worden beschreven in termen van een Lego-puzzel. Verschillende structuren kunnen worden gebouwd uit dezelfde bouwstenen, ' zei Kurouski.

En, de vorm van een virus speelt waarschijnlijk een grote rol bij infectie, hij zei, omdat de eerste stap naar infectie plaatsvindt aan de oppervlakken van het virus en de gastheercel.

De nieuwe combinatie van methoden maakt geen gemiddelde van vormen, maar onderzoekt individuele virusdeeltjes.

"Voordat, we hadden geen instrument om deze heterogeniteit te bestuderen, "zei hij. "Nu, we kunnen kijken naar wat er werkelijk in de natuur gebeurt."