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Cell:开发出病毒感染实时成像技术,从而实时监测细胞中的病毒感染

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发表于 2020-11-17 20:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

在一项新的研究中,来自荷兰胡布勒支研究所和乌特勒支大学的研究人员开发出一种先进的技术,可以实时监测病毒感染。他们预计这种技术可用于研究多种病毒,包括导致目前大流行病的新冠病毒SARS-CoV-2。因此,这种被命名为病毒感染实时成像(virus infection real-time imaging, VIRIM)的技术对于深入了解病毒在人体中的感染情况非常有价值。最终,这可能为病毒感染带来更有针对性的治疗方法。相关研究结果于2020年11月13日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Translation and Replication Dynamics of Single RNA Viruses”。






图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell/2020.10.019。


病毒对社会产生了很大的负面影响。目前全球爆发的SARS-CoV-2对个人身心健康和经济造成的巨大后果再次证明了这一点。

入侵者

RNA病毒是一大类以RNA形式携带遗传信息的病毒,RNA是一种类似于DNA的分子。RNA病毒感染宿主细胞后,会劫持宿主细胞的许多功能,并将它变成一个病毒生产工厂。这样一来,这种病毒入侵者就可以迅速在有机体的细胞内进行复制。新的病毒颗粒随后通过呼吸道等地方释放出来,可以感染其他人。RNA病毒的例子包括冠状病毒、丙型肝炎病毒(HCV)、寨卡病毒和肠道病毒,其中肠道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。

在此之前,现有的技术只能提供病毒感染细胞的快照。换句话说,科学家们可以观察到某个时间点的受感染细胞,但无法从头到尾监控病毒感染的过程。这种新开发的显微镜技术VIRIM改变了这一点:胡布勒支研究所的Marvin Tanenbaum及其团队和乌特勒支大学的Frank van Kuppeveld及其团队开发出这种先进的方法,有了这种方法,可以在实验室里非常精确地可视化观察病毒感染的整个过程。论文第一作者Sanne Boersma说,“这种新方法使得我们能够解决许多关于病毒的重要问题。”

经过荧光标记的病毒

这种方法在肠道病毒中使用了SunTag--一种由Tanenbaum先前开发的技术,van Kuppeveld在这组病毒中拥有丰富的专业知识。SunTag被引入到病毒的RNA中,用一种非常明亮的荧光标签来标记病毒蛋白。通过使用这种荧光标签,可以用显微镜观察病毒蛋白,这使得人们能够看到病毒何时、何地、如何快速地产生它的蛋白并在其宿主细胞中复制。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。这使得人们可以从一开始就追踪病毒感染的过程。

竞争

细胞在感染病毒后,利用自己的防御系统来检测和消灭病毒。一旦病毒进入细胞,病毒和宿主细胞之间就会产生竞争:病毒的目的是劫持细胞进行自我复制,而宿主则极力阻止这一点。利用VIRIM,这些研究人员能够观察到这种竞争的结果。他们发现,在一个细胞亚群中,宿主细胞赢得了竞争。Boersma说,“这些宿主细胞被病毒感染了,但病毒不能复制。”这引发了Boersma和她的同事们的好奇心,并促成了一项新的实验。

病毒的致命弱点

这些研究人员通过增强宿主细胞的防御系统来帮助它们。结果发现,在这种防御系统实现增强的细胞中,第一次的病毒复制往往就失败了,这使得病毒无法接管宿主。Boersma解释道,“复制过程中的第一步是病毒的致命弱点:这个时刻决定着病毒是否能进一步传播。如果宿主细胞在感染之初没有设法消除病毒,那么病毒就会复制并赢得竞争。”Boersma和她的同事们使用了一种微小核糖核酸病毒(picorna)来测试VIRIM。这个病毒科的成员可以引起从普通感冒到小儿麻痹症等严重疾病。

VIRIM能够识别多种病毒的脆弱阶段。这些研究人员期望该技术对研究包括SARS-CoV-2在内的许多威胁生命的病毒有价值。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。这些知识可以促进治疗方法的开发,比如,在病毒生命的脆弱时刻进行干预的治疗方法。这使得我们能够开发出更有效的治疗方法,并有望减轻病毒对社会的影响。”

参考资料:
1.Sanne Boersma et al. Translation and replication dynamics of single RNA viruses. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell/2020.10.019.
2.Researchers develop virus live stream to study virus infection
https://phys.org/news/2020-11-virus-stream-infection.html


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