Mikroskopie a imaging virů a buněk
Studium virů a bakterií je v současnosti velmi aktuálním tématem. Vědci z University of Georgia a Georgia State University využili neaSNOM mikroskop ke zkoumání mechanismu pronikání jednotlivých virů membránou hostitelské buňky v nanoměřítku. Různé typy virů mohou totiž do buňky vstupovat odlišně. Nejběžnějším procesem pronikání je komplexní fúze viru do buněčné membrány a vědci tento fúzní proces sledovali přímo na membránovém rozhraní vir-buňka. Měření probíhalo na úrovni velikosti jednoho jediného viru pomocí nano-FTIR spektroskopie a imagingu. Komplexní studie chování virů při pronikání do buněčné membrány poskytují životně důležité informace pro vývoj antivirových terapií a zejména vakcín proti mnoha infekcím postihujících lidstvo: chřipkám, HIV, Ebola a samozřejmě proti nyní aktuálním coronavirům. Tato vědecká práce byla nedávno zveřejněna zde v PLOS ONE.
Tzv. obalené viry mají při pohybu mezi buňkami svůj genom obklopený fosfolipidovou obálkou (membránou). Penetrace buněčné membrány virem je klíčovým krokem v procesu buněčné infekce. Je zásadní pochopit, jak virus interaguje s receptory hostitelských buněk a jaké strukturální změny se odehrají v samotné obálce během fúze membrán. Četné studie zavedly uznávaný model fúzního mechanismu mezi cílem a virovými membránami. Tento model předpokládá, že póry mohou být vytvořeny pouze tehdy, když se cílová a virová membrána podrobí fúzi membrán při průniku vir-buňka. Nedávná pozorování však ukazují, že cílové a virové membrány se před touto fúzí protrhnou. Studie adenovirových proteinů a hostitelských buněk navíc ukázaly, že membrány hostitelských buněk mohou být po vstupu viru zničeny i bez fúze membrán. Na druhé straně, virový obal a membrána cílové hostitelské buňky mají odlišné chemické složení a zejména strukturu. Požadavky na vytvoření pórů v každé membráně jsou proto různé, takže cílové protržení hostitelské nebo virové membrány může být také indukováno nezávisle. Stručně řečeno: mechanismus penetrace a chování membrán je stále předmětem diskusí. Důvodem je vysoká obtížnost přímého pozorování těchto jevů v nanoměřítku a zejména nutnost chemicky specifického zobrazení tohoto procesu. Vyjasnění komplexního mechanismu kolektivní fúze sloučení mezi jedním virem a hostitelskou buňkou může poskytnout užitečné informace pro návrh antivirových sloučenin.
Infračervenou spektroskopií lze detekovat změny chemického a strukturního složení membrán virových a hostitelských buněk způsobené procesem virové infekce na molekulární úrovni. Charakteristická velikost virů, lipidových obalů a povrchových glykoproteinů zprostředkujících fúzní proces je však mnohem menší, než je difrakční limit pro infračervené světlo, což brání studiu chování jednotlivých „hráčů“ infekce. Proto je důležité najít nástroj, který může poskytnout prostorové rozlišení v nanorozměrech, zatímco analyzuje mechanické a chemické vlastnosti. Vědci Yohannes Abate a Ming Luo použili spektroskopické infračervené nano-zobrazení poskytované mikroskopem neaSNOM ke studiu chemických a strukturálních změn, ke kterým dochází před fúzí membrány v jediném archetypálním viru chřipky X31 v různých pH prostředích. Bylo tak také možné kvantitativně vyhodnotit účinnost antivirové sloučeniny (Sloučenina 136) v prevenci narušení virové membrány – tj. nový mechanismus pro inhibici vstupu viru do buňky. Mikroskopy společnosti Neaspec s IR nanoimagingem a nano-FTIR spektroskopií poskytují jedinečný nástroj pro analýzu základních mechanismů, které jsou základem funkčnosti virových a buněčných membrán, v nanoměřítku, což může výrazně podpořit pokrok v základním výzkumu virů a vývoji léčby.
