新技術(shù)可清楚觀察病毒內(nèi)部結(jié)構(gòu)

自從顯微鏡被發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家們一直致力于改進(jìn)這一技術(shù)用于顯示更小的細(xì)胞結(jié)構(gòu)以深入了解人類細(xì)胞、細(xì)菌和病毒的內(nèi)部機(jī)制。如今來自國立衛(wèi)生研究院（NIH）的研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)可清楚觀察到病毒內(nèi)的結(jié)構(gòu)。他們?cè)谛乱黄诘摹犊茖W(xué)》（Science）雜志上報(bào)道了這一成果。

低溫電子顯微鏡(cryo-EM)技術(shù)是一種可幫助科學(xué)家們對(duì)諸如病毒表面結(jié)構(gòu)一類的極微小顆粒進(jìn)行成像的先進(jìn)技術(shù)。盡管研究人員曾利用這一技術(shù)成功地了解了疫苗的作用機(jī)制，然而這一借助輻射的方法還無法實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的清晰成像。“由于輻射的劑量較低，所以我們無法看到生物體的內(nèi)部，”文章的領(lǐng)銜作者Alasdair Steven博士說：“然而高劑量的輻射會(huì)對(duì)病毒造成損傷，破壞掉我們想要觀察的結(jié)構(gòu)。”

通過與馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院Lindsay Black博士的研究小組合作，Steven和他的研究小組成功地攻克了輻射損傷這一難題。病毒作為簡單的一種生命體，主要成分包括核酸（DNA或RNA）以及核酸模板編碼的蛋白質(zhì)。研究人員意識(shí)到相比于DNA，病毒中的蛋白質(zhì)對(duì)輻射損傷更為敏感，由此開發(fā)了一種差異性成像的新程序。

Steven 說：“我們首先采用低劑量輻射，拍攝下病毒中看不見的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置圖像。隨后再采用高劑量輻射，便看到了像氣泡缸樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。”盡管這一內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到了破壞，研究小組利用三維計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行了疊加處理，從而清楚地看到了病毒的結(jié)構(gòu)。研究人員將這一技術(shù)命名為“bubblegram成像”技術(shù)。

展望未來，研究小組預(yù)期這一“bubblegram成像”技術(shù)將獲得廣泛的應(yīng)用。理念上，這一技術(shù)將幫助科學(xué)家們更好地了解病毒的內(nèi)部機(jī)制，為開發(fā)出新型的治療策略提供更多的機(jī)遇。除了研究病毒結(jié)構(gòu)，cryo-EM還可以用于顯示人類細(xì)胞中蛋白質(zhì)與DNA的互作。其中利用這一技術(shù)來顯示癌細(xì)胞與非癌性細(xì)胞之間的差異被認(rèn)為具有令人興奮的開發(fā)利用前景。“這種新型的cryo-EM程序使得從前無法看到的蛋白質(zhì)能夠被看到，因此將幫助我們獲得對(duì)細(xì)胞生物學(xué)的新理解，”Steven說。