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冷凍電子斷層掃描和三維重構(gòu)軟件推動(dòng)SARS-CoV-2基礎(chǔ)研究
在過去的一年里，研究人員使用冷凍電鏡技術(shù) (cryo-EM) 對 SARS-CoV-2 病毒進(jìn)行分析。在此之前，同樣的技術(shù)也應(yīng)用于寨卡、埃博拉和人類免疫缺陷病毒等主要病毒的研究。賽默飛包括Krios 在內(nèi)的冷凍電鏡，已經(jīng)應(yīng)用于突破性的SARS-CoV-2 研究中，例如最近由海德堡大學(xué)的研究小組所發(fā)表的文章。
強(qiáng)大的成像技術(shù)推動(dòng)了SARS-CoV-2 研究
2020 年，該團(tuán)隊(duì)快速展開研究以理解病毒如何通過改變感染細(xì)胞以實(shí)現(xiàn)有效繁殖，他們的研究結(jié)果闡述了 SARS-CoV-2 在宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制特征，取得了重大科研進(jìn)展。
使用可得到納米分辨率分子結(jié)構(gòu)的冷凍電子斷層掃描 (cryo-ET)，研究人員揭示了 SARS-CoV-2 如何改變被感染細(xì)胞的細(xì)胞膜和細(xì)胞器的過程，而這對于病毒的有效復(fù)制至關(guān)重要。
結(jié)合冷凍電子斷層掃描和 Thermo Scientific Amira 軟件，海德堡大學(xué)研究小組以三維方式呈現(xiàn)細(xì)胞環(huán)境，并將單個(gè) SARS-CoV-2 病毒顆粒和病毒組裝點(diǎn)的細(xì)節(jié)可視化。（此研究成果的圖片由海德堡大學(xué)提供）
研究人員對病毒 RNA 和病毒復(fù)制的各個(gè)步驟進(jìn)行了分子水平的分析，獲得了在雙層膜囊泡中由雙鏈 RNA 所組成的網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)。
感染細(xì)胞的冷凍電子斷層掃描
利用原位冷凍電子斷層掃描技術(shù)對 200 納米薄層中被病毒感染的細(xì)胞成像，研究人員發(fā)現(xiàn)了病毒 RNA 如何為自身復(fù)制創(chuàng)造必要條件，使其能夠快速繁殖，甚至免受免疫系統(tǒng)的攻擊。研究人員結(jié)合使用了Thermo Scientific Krios Cryo-TEM 、 Aquilos Cryo-FIB 和 Thermo Scientific Amira 軟件，重構(gòu)了細(xì)胞的三維環(huán)境，同時(shí)可以觀察到單個(gè)病毒顆粒以及病毒組裝位點(diǎn)的細(xì)節(jié)。
這些成果是建立在該團(tuán)隊(duì)前期利用冷凍電子斷層掃描對于病毒感染（如甲型流感和埃博拉）研究的經(jīng)驗(yàn)之上的。
由于我們在冷凍電子斷層掃描方面的專業(yè)知識、海德堡大學(xué)內(nèi)配備的高質(zhì)量顯微鏡，以及綜合傳染病研究中心的良好合作環(huán)境，使我們能夠在疫情初期就開始著手對 SARS-CoV-2 感染的細(xì)胞進(jìn)行詳細(xì)的分子檢查。
——海德堡大學(xué)醫(yī)院研究員
Petr Chlanda 博士
研究人員在冠狀病毒研究方面的下一步是發(fā)現(xiàn)哪些蛋白質(zhì)參與了雙膜結(jié)構(gòu)的形成。了解SARS-CoV-2在宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制周期是開發(fā)藥物限制其復(fù)制的關(guān)鍵所在，海德堡大學(xué)的研究人員使我們離這一目標(biāo)又近了一大步。