徠卡電鏡解決方案 —— 讓病毒無所遁形

2020-12-06 儀器信息網

徠卡顯微系統 應用專家 肖麗國


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）就像龍捲風一樣席捲全球，當前已在217個國家地區蔓延，全球確診超2402萬例，死亡破82萬例。新冠肺炎疫情構成大流行的威脅「已經變得非常真實」。


WHO Coronavirus Disease (COVID-19) Overview

數據來源：World Health Organization，Date by 2:44pm CEST, 27 August 2020


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—鑑定病毒形態

為什麼是冠狀病毒？

電鏡給了一個很重要的指標：病毒形態。

1月6日，中國疾病預防控制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。隨後，根據核酸序列比對以及其他鑑定方法，宣布新型冠狀病毒肺炎疫情爆發。

圖片來源：中國疾病預防控制中心


負染色技術可以鑑別病毒形態、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。


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


2、碳膜載網：促進樣品顆粒均勻分布

徠卡高真空鍍膜儀，一機兩用：鍍膜+輝光放電

EM ACE系列鍍膜儀（Leica EM ACE200）

EM ACE系列鍍膜儀（Leica EM ACE200）


負染技術—徠卡解決方案


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，德克薩斯大學奧斯汀分校McLellan團隊獲得了新冠病毒S蛋白三維結構，解析度達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。



隨後，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於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邊界處存在四個胺基酸殘基插入，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的複合物三維結構，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，又像病毒的一隻手，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，但是樣品最終要經過投入冷凍，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


電鏡是微生物研究中不可或缺的工具，病原體的確定毋庸置疑在傳染病防控中佔有先驅地位，而電鏡檢查是確定病毒顆粒的金標準。電鏡研究，制樣先行。如果您想了解更多關於電鏡制樣與病原體研究的內容，請與我們聯繫吧！

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