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课堂 | 电镜技术 — 让病毒无所遁形

发布时间:2020-03-16 浏览次数:363次

2020年,似乎来得更艰难一点。从去年12月份开始,新冠肺炎疫情(COVID-19)就像龙卷风一样席卷中国乃至全世界,当前已在100多个国家地区蔓延,病例数超10万。新冠肺炎疫情构成大流行的威胁“已经变得非常真实”。


疫情防治防控关键阶段,总理为什么特意去电镜室?


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2020年2月9日,李克强总理赴中国医学科学院病原生物学研究所考察,通过透射电镜观察新冠病毒


疫情之下,奔跑在一线的有我们的白衣天使,也有争分夺秒的科研人员。而在整个疫情的防控防治过程中,电镜技术,让病毒无所遁形。

 

负染色技术—鉴定病毒形态

 

为什么是冠状病毒?

电镜给了一个很重要的指标:病毒形态。

1月6日,中国疾控中心通过对临床患者分离毒株样品进行电镜负染色,发现了病毒的存在,且形状与冠状病毒相似,直径80-120nm,表面有皇冠一样的突起,这就给我们一个很重要的方向指示。随后,根据核酸序列比对以及其他鉴定方法,宣布新型冠状病毒肺炎疫情爆发。

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负染色技术可以鉴别病毒形态、纯度和浓度。


负染技术流程简单,检测速度快。一般几分钟就可以完成。

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载网要求:

1、 载网亲水:商业化载网表面有油脂,悬液样品铺不开


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2、 碳膜载网:促进样品颗粒均匀分布

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徕卡高真空镀膜仪,一机两用:镀膜+辉光放电


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EM ACE系列镀膜仪

 


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Leica EM ACE200

 

负染技术—徕卡解决方案


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冷冻电镜技术—指导药物和疫苗设计

 

新冠病毒表面的S蛋白,是侵染宿主的关键蛋白,与SARS病毒S蛋白一样,都将宿主细胞表面的“血管紧张素转化酶2(ACE2)”作为侵入细胞的关键受体。了解S蛋白的结构,弄清楚S蛋白与ACE2的作用方式,是药物开发和疫苗设计的重点。

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2月15日,德克萨斯大学奥斯汀分校McLellan团队获得了新冠病毒S蛋白三维结构,分辨率达3.5埃,确定了该S蛋白是由S1和S2组成的三聚体。RBD是受体结合区域,存在多种构象状态。与SARS病毒S蛋白比较,两者是不同的,但整体上仍具有较高的相似度。

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随后,作者又分别分析了两个病毒S蛋白与ACE2的亲和力,新冠病毒S蛋白与ACE2的KD(平衡解离常数)是14.7nM,SARS病毒S蛋白与ACE2的KD是324.8nM,KD越高,亲和力越低,暗示着新冠病毒的传染性要高于SARS病毒。

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3月1日,华盛顿大学David Veesler团队根据S蛋白存在多种构象,重构了3.0埃的close构象,以及3.3埃的打开单个SB区的三聚体。

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结果表明,新冠病毒S胞外区表现为一个16nm长的三聚体,三角形截面,与SARS病毒S蛋白非常相似。很多序列是保守的,设计针对这一结构功能的抗体,可能会交叉反应中和这两种病毒以及其他相似的冠状病毒。

同时还发现S1和S2边界处存在四个氨基酸残基插入,从而引入了新的蛋白酶切位点。这就可能会增强病毒的可传播性,更加科学地解释了新冠病毒传染力强的问题。

 

2月19日,西湖大学周强教授团队获得了ACE2的全长三维结构,同时解析了S蛋白RBD和ACE2的复合物三维结构,看清楚了它们的相互作用方式,这一步正式揭开了新冠病毒入侵人体细胞的神秘面纱。

“S蛋白像一座桥横跨在ACE2表面,又像病毒的一只手,紧紧抓住ACE2,打开细胞大门”。


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了解了锁的结构,接下来,就可以有针对性地设计钥匙,设计药物和指导疫苗的研发。

技术流程与负染类似,但是样品最终要经过投入冷冻,在低温电镜下进行观察。

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徕卡的EM GP2,就是一款专业的投入冷冻仪,通过对样品的单边或双边的平行吸附,实现样品的快速均匀冷冻。包括生物样品,工业溶剂、悬浊液、乳浊液、胶体样品等。


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冷冻电镜技术—徕卡解决方案


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结果展示:

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样品:蛋白

观察方式:cryo TEM

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样品:病毒

观察方式:cryo TEM

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样品:纤维

观察方式:cryo TEM

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样品:细菌

观察方式:cryo TEM

 





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