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공격하기 직전에 바이러스를 관찰하십시오.

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공격하기 직전에 바이러스를 관찰하십시오.a, 실험 설정. 형광 표지된 VLP가 커버슬립에 도금된 살아있는 세포에 추가됩니다. 샘플은 압전 스테이지에 장착된 가열된 샘플 홀더에 놓입니다. 삽입, 회전 디스크, 라이트 시트 및 3D-TrIm 간의 샘플링 속도 비교. FPS, 초당 프레임 수. b, 단일 바이러스의 3D-SMART 추적 개요. EOD 및 TAG 렌즈는 국소 입자 영역 주변의 초점이 맞춰진 레이저 스폿을 빠르게 스캔합니다. 광자 도달 시간과 현재 레이저 위치는 스캔 영역 내에서 바이러스의 위치를 ​​계산하는 데 사용됩니다. 측정된 위치를 사용하여 압전 스테이지가 스캔 영역 내에서 바이러스를 중심으로 이동합니다. c, 3D-FASTR 체적 영상의 개념. 기존의 2광자 LSM에 ETL을 장착하면 각 프레임 시간 동안 반복 가능한 테셀레이션 3D 샘플링 패턴을 생성할 수 있습니다. 설정된 프레임 시간 동안 전체 볼륨이 샘플링됩니다. d, 3D-TrIm의 글로벌 볼륨 구성. 바이러스가 확산됨에 따라 3D-SMART는 샘플을 이동하고 3D-FASTR 이미징 시스템은 입자(검은 점) 주변의 여러 영역에서 순차적 볼륨을 수집합니다. 이러한 시분할 로컬 볼륨은 통합 글로벌 볼륨을 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 크레딧: Nature Methods(2022). DOI: 10.1038/s41592-022-01672-3″ width=”800″ height=”530″/>

3D 추적 및 이미징(3D-TrIm). 그리고, 실험 설정. 형광 표지된 VLP가 커버슬립에 도금된 살아있는 세포에 추가됩니다. 샘플은 압전 스테이지에 장착된 가열된 샘플 홀더에 놓입니다. 삽입, 회전 디스크, 라이트 시트 및 3D-TrIm 간의 샘플링 속도 비교. FPS, 초당 프레임 수. , 단일 바이러스의 3D-SMART 추적 개요. EOD 및 TAG 렌즈는 국소 입자 영역 주변의 초점이 맞춰진 레이저 스폿을 빠르게 스캔합니다. 광자 도달 시간과 현재 레이저 위치는 스캔 영역 내에서 바이러스의 위치를 ​​계산하는 데 사용됩니다. 측정된 위치를 사용하여 압전 스테이지가 스캔 영역 내에서 바이러스를 중심으로 이동합니다. , 3D-FASTR 체적 이미징의 개념. 기존의 2광자 LSM에 ETL을 장착하면 각 프레임 시간 동안 반복 가능한 테셀레이션 3D 샘플링 패턴을 생성할 수 있습니다. 설정된 프레임 시간 동안 전체 볼륨이 샘플링됩니다. , 3D-TrIm의 글로벌 볼륨 구성. 바이러스가 확산됨에 따라 3D-SMART는 샘플을 이동하고 3D-FASTR 이미징 시스템은 입자(검은 점) 주변의 여러 영역에서 순차적 볼륨을 수집합니다. 이러한 시분할 로컬 볼륨은 통합 글로벌 볼륨을 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 신용 거래: 자연법 (2022). DOI: 10.1038/s41592-022-01672-3

Courtney “CJ” Johnson이 Ph.D. 논문, 그것은 그녀가 가정 보안 카메라에 침입 시도를보고있는 것과 같습니다.

침입자는 발을 안쪽으로 두지 않고 진입점을 찾아 목표물을 덮습니다. 그러나 이 침입자는 전형적인 도둑이 아닙니다. 바이러스야.

초당 1,000번씩 위치를 찾아 2분 30초 동안 촬영한 이 영상에는 모래알보다 수천 배 작은 작은 바이러스 입자가 빽빽하게 채워진 인간의 장 세포 사이에서 요동치고 있는 모습이 담겨 있습니다.

잠시 동안 바이러스는 세포와 접촉하여 표면을 훑어보지만 다시 붙기 전에 달라붙지 않습니다. 이것이 실제 주택 침입이었다면 Johnson은 “이 부분은 강도가 아직 창문을 부수지 않은 부분일 것입니다.”라고 말합니다.






현미경 비디오는 바이러스(보라색 트랙)가 인간의 장 세포 표면(녹색)으로 이동하는 모습을 보여줍니다. 크레딧: 듀크 대학교 웨일스어 연구실

Johnson은 화학 조교수인 Kevin Welsher가 이끄는 Duke University 팀의 일원입니다. Welsher의 박사후 과정 동료인 Jack Exell 및 동료들과 함께 그들은 바이러스가 세포 표적에 접근할 때 실시간 3D 영상을 캡처하는 방법을 고안했습니다. 그들의 연구는 오늘 저널에 발표되었습니다. 자연법.

우리는 매일 수백만 개의 바이러스를 흡입하고 섭취합니다. 대부분은 무해하지만 독감이나 COVID-19를 유발하는 바이러스와 같은 일부는 우리를 아프게 할 수 있습니다.






3D-TrIm 작동 원리 시연. 애니메이션 시퀀스는 바이러스 유사 입자(VLP)와 살아있는 세포를 포함하는 가열된 샘플이 추적 및 이미징 현미경 소스 모두에서 공유하는 대물 렌즈가 있는 압전 스테이지에 장착되는 실험 설정의 개요로 시작됩니다. 이 개요는 3D-SMART 실시간 추적 애니메이션으로 이어지며, 한 쌍의 EOD(Electro-Optic Deflector)가 측면 Knight’s Tour 그리드 패턴을 생성한 다음 Tunable Acoustic Gradient(TAG 렌즈)를 사용하여 초점 볼륨의 중심 위와 아래의 초점 범위를 스캔합니다. 최종 애니메이션은 3D-FASTR 포인트 스캔 이미징의 원리를 보여줍니다. 신용 거래: 자연법 (2022). DOI: 10.1038/s41592-022-01672-3

감염은 바이러스가 세포에 결합하여 세포에 들어갈 때 시작되며, 여기에서 세포 기계를 가로채서 자신을 복제합니다. 그러나 침입하기 전에 바이러스가 먼저 세포에 도달해야 한다고 Johnson은 말했습니다.

이는 종종 감염에 대한 신체의 첫 번째 방어선 중 하나인 기도와 내장을 둘러싸고 있는 세포와 점액의 보호층을 통과하는 것을 의미합니다.






VSV-G는 Fig. 2a, b. 16 FPV에서 10개의 로컬 볼륨을 포함하는 4D 데이터 세트에서 라이브 GM701 세포(F-액틴 라벨 SiR650-액틴으로 염색)의 세포외 매트릭스에서 실시간 VSV-G VLP 궤적의 3D 재구성. 궤적(~162초)은 초당 25개 세그먼트(재생 속도가 1배인 경우 초당 25프레임)로 분할되고 시간에 따라 색상이 매핑됩니다. 진행률 표시줄은 궤적이 어떻게 더 분류되는지 보여줍니다: (1) 자유 확산 기간(재생 속도: 2x): ​​0–14초, 18–38초, 44–62초, 70–108초 (2) 스키밍 기간(재생 속도: 1×): 14–18초, 38–44초, 62–70초, 108–122초 (3) 분리(재생 속도: 2×): ​​​​122–162초 구 현재 프레임의 VLP 위치를 나타냅니다(새로 고침 속도는 궤적과 일치합니다. 즉, 1X 재생 속도에서 25FPS). 16 프레임 시간 동안 획득한 로컬 볼륨에서 시간이 지남에 따라 최대 강도 투영으로 형성된 이미지 볼륨. a에서 세포는 이미징 강도에 따라 색상으로 구분되고 b에서 세포는 세포 표면에서 바이러스의 거리에 따라 색상으로 구분됩니다. 패널 a와 b는 동일한 궤적 색상 스케일, 카메라 각도 및 카메라 경로를 공유합니다. 그러나 b.에 비해 확대됩니다. 자연법 (2022). DOI: 10.1038/s41592-022-01672-3

연구원들은 바이러스가 이러한 최전선 방어를 어떻게 위반하는지 이해하기를 원했습니다. “바이러스는 어떻게 이러한 복잡한 장벽을 탐색합니까?” 웰셔가 말했다. 그러나 감염이 시작되기 전의 이러한 중요한 초기 순간은 기존의 현미경 검사법으로 관찰하는 것이 불가능하지는 않지만 오랫동안 어려웠다고 그는 덧붙였습니다.

그 이유 중 일부는 바이러스가 밀집된 내부에 비해 세포 외부의 제한되지 않은 공간에서 2~3배 더 빠르게 이동하기 때문입니다. 영상의 관점에서 보면 바이러스는 감염되는 세포보다 수백 배 더 작습니다.

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“그래서 이것이 연구하기 어려운 문제입니다.”라고 Johnson이 말했습니다. 현미경으로 보면 “고층 빌딩 앞에 서 있는 사람의 사진을 찍는 것과 같다. 한 장의 사진으로 고층 빌딩 전체를 다 보고 그 앞에 있는 사람의 세부 사항을 볼 수는 없다.”

그래서 팀은 기본적으로 두 개의 현미경을 하나로 결합하는 3D 추적 및 이미징 현미경(3D-TrIm)이라는 새로운 방법을 개발했습니다. 첫 번째 현미경은 빠르게 움직이는 바이러스에 “고정”되어 위치를 계산하고 업데이트하기 위해 초당 수만 번 바이러스 주위를 레이저로 훑습니다. 바이러스가 세포 외부에서 튀고 굴러다니는 동안 현미경 단계는 초점을 유지하기 위해 지속적으로 조정됩니다.

첫 번째 현미경이 바이러스를 추적하는 동안 두 번째 현미경은 주변 세포의 3D 이미지를 촬영합니다. Welsher는 결합된 효과가 Google 지도로 탐색하는 것과 유사하다고 말했습니다. 운전할 때 현재 위치를 표시할 뿐만 아니라 지형, 랜드마크 및 토지의 전체 위치를 3D로 표시합니다.

“때때로 내가 이 작품을 발표할 때 사람들은 ‘이것이 비디오 게임인가, 시뮬레이션인가?’라고 묻는다”고 현재 Howard Hughes Medical Institute Janelia Research Campus에서 박사후 연구원으로 근무하고 있는 Johnson이 말했습니다. “아니요, 이것은 실제 현미경에서 나온 것입니다.”

그들의 방법으로 연구원들은 건강한 사람이 감염된 사람의 기침이나 재채기에서 바이러스 입자를 흡입하는 것을 단순히 지켜볼 수 없습니다. 첫째, 그들은 바이러스를 추적하기 전에 바이러스에 특수 형광 라벨을 부착해야 합니다. 현미경이 따라가는 것은 빛나는 점의 움직임입니다. 그리고 현재 그들은 어두워지기 전에 한 번에 몇 분 동안만 바이러스를 추적할 수 있습니다.

“현재 우리에게 가장 큰 도전은 더 밝은 바이러스를 생산하는 것입니다.”라고 Exell이 말했습니다.

그러나 Welsher는 이 기술을 통해 커버슬립 너머로, 그리고 감염이 처음 발생하는 보다 현실적인 조직과 같은 환경에서 바이러스의 활동을 추적할 수 있기를 희망한다고 말했습니다.

“이것이 이 방법의 진정한 약속입니다.”라고 Welsher는 말했습니다. “우리는 그것이 우리가 지금 할 수 있는 가능성이 있다고 생각합니다.”

추가 정보:
Courtney Johnson 등, 고속 3D 단일 바이러스 추적으로 바이러스-세포 상호작용의 시작점 캡처, 자연법 (2022). DOI: 10.1038/s41592-022-01672-3

듀크대학교 제공

소환: 공격 직전의 순간에 바이러스를 관찰하십시오(2022년, 11월 11일). https://phys.org/news/2022-11-virus-moments.html에서 2022년 11월 12일 검색됨

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