实时捕获:研究人员开发病毒实时流来研究病毒感染

竞争病毒与宿主细胞之间

病毒感染细胞的活捕获。After infection of a host cell, a virus tries to replicate (green dots), and tries to prevent the host cell from interfering with viral replication by attacking the host cell’s nucleus (blue) and shutting-down protein production of the host cell (red). Credit: Sanne Boersma © Hubrecht Institute

Hubrecht研究所和乌得勒支大学的研究人员开发了一种先进的技术,使监测病毒感染成为可能。Marvin Tanenbaum和Frank van Kuppeveld小组的研究人员希望这项技术可以用于研究多种病毒,包括SARS-CoV-2- 负责当前流行病毒。因此命名VIRIM技术(“病毒感染实时成像”)是人体获得的病毒感染的见解非常宝贵的。最终,这可能会导致病毒感染更有针对性的治疗。该研究结果发表在11月13日领先的科学杂志细胞。

病毒对社会产生很大的负面影响。这是由SARS-COV-2对我们的身体和精神健康的当前全球爆发的巨大后果,并为经济再次展现。

入侵者

RNA.病毒代表了一大群病毒,它们以RNA的形式携带遗传信息,RNA是一种类似于核糖核酸的分子脱氧核糖核酸也就是人类的遗传物质。在感染宿主细胞后,rna病毒劫持了宿主细胞的许多功能,并将其变成一个病毒制造工厂。通过这种方式,入侵者可以在体内细胞内快速复制。这些新的病毒颗粒随后会通过呼吸道释放出来,并感染他人。rna病毒的例子包括冠状病毒、丙型肝炎病毒、寨卡病毒和肠道病毒——这组病毒包括引起普通感冒的鼻病毒、引起病毒性脑膜炎和脑炎的重要原因柯萨奇病毒,以及引起麻痹性脊髓灰质炎的脊髓灰质炎病毒。


在宿主细胞的感染,只有单一病毒RNA分子的情况下(在感染开始点)。在复制过程中,病毒复制的RNA分子(增加点)。VIRIM(病毒感染实时成像)使复制的分析直接从感染的开始。信用:桑妮Boersma©Hubrecht研究所

直播

到现在为止,现有技术只能提供病毒感染的细胞的快照。换句话说,研究人员能够看到受感染的细胞在一定的时间点,但它不可能从开始到结束监测病毒感染的过程。The newly developed microscope technology VIRIM (‘virus infection real-time imaging’) changes that: researchers from the groups of Marvin Tanenbaum (Hubrecht) and Frank van Kuppeveld (Utrecht University) developed this advanced method with which the entire course of a virus infection can be visualized in the lab with great precision. “This new method enables us to address many important questions about viruses,” says Sanne Boersma, first author of the study.

荧光病毒

这种方法在一种肠道病毒中使用SunTag——Tanenbaum之前开发的一种技术——Van Kuppeveld在这组病毒中拥有广泛的专业知识。SunTag被引入到病毒的RNA中,并用非常明亮的荧光标签标记病毒蛋白质。利用这种荧光标记,可以用显微镜看到病毒蛋白质,让研究人员看到病毒在何时、何地和多快地产生蛋白质并在宿主细胞中复制。VIRIM比其他方法灵敏得多:可以检测到单个病毒RNA产生的蛋白质。这使得研究人员可以从感染的一开始就追踪到感染的过程。


在宿主细胞的感染,只有单一病毒RNA分子的情况下(在感染开始点)。在这种宿主细胞,病毒无法复制,如斑点没有增加可以被检测到。信用:桑妮Boersma©Hubrecht研究所

竞赛

我们身体的组成部分——细胞——有自己的防御系统,可以在病毒感染时发现并消灭病毒。一旦病毒进入细胞,病毒和宿主细胞之间就会发生竞争:病毒试图劫持细胞进行自我复制,而宿主则极力阻止。使用VIRIM,研究人员能够看到这场比赛的结果。他们发现,在细胞的一个子集中,宿主细胞赢得了竞争。布尔斯玛:“这些宿主细胞被病毒感染,但病毒未能复制。”这引起了布尔斯玛和她的同事们的好奇心,并导致了一项新的实验。

这是病毒的致命弱点

研究人员通过提高防御系统帮助寄宿收集。事实证明,第一个病毒复制通常在收到升压的细胞中经常失败,这阻止了病毒接管主机。“复制过程的第一步是这个病毒的阿基尔的脚跟:这一刻决定了病毒是否可以进一步扩散,”Boersma解释说。“如果宿主细胞无法在感染的开始消除病毒,则病毒将复制并赢得竞争。”Boersma和她的同事利用Picorna病毒来发展Virim。该病毒家族的成员可以引起疾病,从普通患有脊髓灰质炎等严重疾病的疾病。

各种病毒

VIRIM使各种各样的病毒的脆弱阶段的鉴定。研究人员希望该技术成为研究的宝贵到许多威胁生命的病毒,包括SARS-COV-2。Boersma解释说:“了解病毒的复制和传播可以帮助我们确定病毒的致命弱点。这种知识可以有助于治疗的发展,例如治疗,在病毒的生命脆弱的时刻时介入。这使我们能够创建更有效的疗法,希望减轻对社会病毒的影响“。

Reference: “Translation and replication dynamics of single RNA viruses” by Sanne Boersma, Huib H. Rabouw, Lucas J. M. Bruurs, Tonja Pavlovic, Arno L. W. van Vliet, Joep Beumer, Hans Clevers, Frank J. M. van Kuppeveld and Marvin E. Tanenbaum, 13 November 2020,细胞
DOI:10.1016 / j.cell / 2020.10.019

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