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抗击隐身之敌 [复制链接]

发表于 2020-5-3 17:57 |显示全部楼层
此文章由 rockbox 原创或转贴,不代表本站立场和观点,版权归 oursteps.com.au 和作者 rockbox 所有!转贴必须注明作者、出处和本声明,并保持内容完整
本帖最后由 rockbox 于 2020-5-3 17:24 编辑

新闻来源:ABC News - Sciences
https://www.abc.net.au/news/2020 ... scope/12158048?nw=0


抗击隐身之敌
撰写: Stephen Hutcheon和 Alex Palmer
译:rockbox
更新 28 Apr 2020, 10:10am
发布 28 Apr 2020, 4:04am

在过去超过二十年的时间里,Jason Roberts博士的日常工作是透过显微镜瞥向那个底层世界去观察那些自然界最致命的纳米级“暴徒”的活动方式。
维多利亚传染病参比实验室的高级科学家Robert还担任澳洲政府脊髓灰质炎(小儿麻痹症)根除项目的顾问病毒学家。
二月早期,他是最早参于观察(新冠)病毒的澳洲人之一,这种病毒在几天之后被官方命名为SARS-CoV-2.
作为一个技艺高超的科学插画家,他还擅长运用强大的电子显微镜(EM)去捕捉病毒影像并进一步重新塑造复杂的三维模型。
他当时并不知道,他拍摄的这个病毒可以成为所有破坏性病原体的母体。这个生物学的破碎球1已经成为我们生命的一个存在威胁。


“你看着敌人,”Roberts回忆着最早发现的病毒说,“对于世界上所有其他人,它是隐身的。”
“但是对于我们在病毒学里,在电子显微镜下,它无所遁形。我们看得见它。我们知道它长什么样子。”
亲眼看到病毒是要了解它的形态和结构。有了这些认识,科学家可以开始解码它的基因使命。

遗传密码片段
和所有其它病毒一样,SARS-CoV-2存在于生命和无生命之间的某个边缘地带。就像一颗种子,一个病毒会寻找合适的条件活跃起来,否则便会湮灭。这个阶段的病毒叫病毒体。它们不能自我复制,直到病毒体找到合适生存的宿主。
“它其实真的就是一个遗传密码片段,” Roberts解释道:“(但是)非常神奇地是,这么小一段密码片段可以造成如此巨大的一场浩劫。”


粗糙的球形包裹着一群蛋白突刺或叫包膜子粒的突起物,一个典型的SARS-CoV-2病毒颗粒直径大约有100纳米。大约是普通食盐颗粒的万分之一大小。
每一个病毒有一个外表层,或者叫做病毒膜,并以此来穿透细胞把自己的遗传物质载体送入宿主内部。

  
Jason Roberts

Roberts把这种载体描述成像上了发条的盒子里的杰克2。当它找到合适的目标: “它就会突然弹出释放自己。”
“一旦密码进入细胞,它就会劫持细胞的复制机制。然后,它就能够自我复制,它就具有自我进化的能力,它就能够代谢能量。”
它们(所有病毒)无处不在,我们的生物界到处都充满病毒。
2011年一篇刊登在Nature Reviews Microbiology上的科研文章计算了存在地球上的病毒数量大约有十非亿3(1×10^55,此处表达和下文不一致。)——也就是1×10^31,或者是1后面跟上31个0。尽管它们名声不好,但其实并不是所有病毒都对我们不利。
Roberts说人类离开一些病毒就无法存活,比如我们体内的一些病毒可以帮助我们的消化系统保持平衡。他说: “病毒是生物进化机制的润滑油。”

‘当真非常可怕’
Roberts所在的实验室是Peter Dopherty感染免疫研究所的一部分。这个研究所是一月末在中国以外第一个成功培养SARS-CoV-2病毒样本的实验室。
他们使用的最初(新冠病毒)样品是在1月24 日,星期五,澳洲境内第一位COVID-19核酸检测呈阳性的病患身上获取的。几天之后,Roberts和墨尔本大学Bio21分子科学和生物技术研究所的电镜及病毒专家Andrew Leis博士一起在投射电子显微镜下研究(新冠)病毒。下面这些是他们得到的最初的一些模糊图片。这些图片因为画质不够而没有被发表。


Roberts生动的回忆了当天实验室里的第一反应和情绪状态。 “最初很兴奋……然后就感觉到一种恐惧:这玩意儿当真非常可怕。” 样品里发现了很多病毒颗粒,远远超过他们预期的数量。“然后我们突然清醒意识到事态紧迫,必须加紧进行工作、得到结果、展开合作。”
1月31日前后,Doherty研究所送出了一小瓶病毒样本,这是专门为位于Geelong的CSIRO4的澳洲疾病防控中心(ACDP)培养的样本。这个样本被澳洲疾控中心的危险病原体小组拿到机构里安全级别最高的部门,并从它原生培养物内进行培养。
澳洲疾控中心是少数的几个拥有第四等级物质管控设施的机构,用于危险病原体的培养、测试和储存。
这个设施是基于一个盒子的盒子的原理筑建的。各部分之间都是气密的,确保所管控物质有双份甚至三份备样,以防其中一个样本失败。警戒区域外围有三十公分厚的钢筋水泥围绕,并且保持负压状态,确保空气传播的感染介质不会向外泄露。
Sandy Crameri作为病毒专长的电镜员在澳洲疾控中心工作了三十年。她是最有经验的人员之一。过去的很多年里,她见过拍过最最险恶的病毒病原体:诸如非典病毒(SARS),中东呼吸症病毒(MERS),艾滋病毒(HIV),亨德拉病毒(Hendra),埃博拉病毒(Ebola)以及引发2009年猪流感大爆发的猪流感病毒(H1N1)。




Sandy Crameri

2月10日左右,Crameri回忆她第一次拿到并测试样本的时候。“当我第一次看到这些类似王冠的包膜子粒的时候,我就想’哦,它们也太显眼了。’” 她说道。“然后我邀请其他同事来看,当我们拿到它的时候每一个人都希望看一眼它。”
Crameri迅速回到她的第一张图像,下面这张单色版,但后来花了一天左右染色并被CSIRO发表的图像。


她这张由透射电镜获得的SARS-CoV-2病毒体图像,是通过向样本发射电子束来获得其结构并产生的二维图像。


样本是用一种叫做负染色法制备的,这种方法加强了样本色度反差。这是一种最传统也最广泛被应用的电镜影像技术,可以较快地获得结果。电镜对样本发射的是加速电子束而不是可见光。由于电子束的极短的波长,它们可以提供更高的放大率和更好的分辨率,从而得到更加精细的图像。
所有电镜得到最初的黑白图像后再后期染色。染色通常在研究中被用来突出指定特征,Crameri还说染色还着眼于让某些东西能引起公众的注意。“比如,我不想选红色,因为红色是一种惊恐的颜色。”她继续解释对颜色的选择:“所以我询问了一位同事她倾向什么颜色,她说焦橙色。”由此它被染成焦橙色,而后Crameri选了互补色——蓝色——作背景色,好让病毒体更加突出。
这张图象和Roberts在Andrew Leis协助下在2月7日获得一系列图像中的一张很类似。


它展示了带有清晰独特突刺蛋白的单个病毒体。这张图片也是采用负染色法在透射电镜下获得的。
“说真的,如果你看看获取的早期图像,它们挺差劲儿的。” 他说:“通过微调病毒生长和细微调整我们设法得到一些非常不可思议的颗粒。” Roberts选择黄-橙色调配合深色背景来反映出这个危险的存在。这个背景被他称作孔雀效应——一个紫色、蓝色和绿色的混合来衬托出鸟的美丽羽衣。

有限的诊断价值
另一种病毒成像方式是通过扫描电子显微镜(SEM)获取,Crameri或者Roberts都没有这个设备。正如其名,它是扫描物质表面而不是穿透物质。这种成像提供更多轮廓以及,在染色之后有更多纹理的效果。


扫描电镜被用于获取如下这张图像。图像来源于美国国家过敏和传染病研究所及其联合科研设施。


图像中每一个黄点就是一个冠状病毒颗粒,所对应就是由Sandy Crameri 和 Jason Roberts获取的图像中的单个病毒颗粒。


此图像显示的是一个从患者身上采集的被SARS-CoV-2病毒颗粒严重感染的细胞样本。
Roberts认为扫描电镜在针对新病毒研究时,其诊断价值是有限的。
“尽管NIAID的图像视觉上很有趣,但是图像因为分辨率不够高而不能揭示病毒的真正结构上的信息。”他说。



在细胞表面着床的SARS-CoV-2病毒扫描电镜显微图像

由美国Donald Trump总统的首席顾问Anthony Fauci博士领导的NIAID获取了一系列出色的SARS-Cov-2病毒扫描电镜图像。

显微镜的新领域
Roberts还在使用一种叫做低温电子显微镜——或者叫低温电镜——一种高阶的分子成像技术。2017年诺贝尔化学奖颁发给了三位科学家嘉奖他们对推动低温电镜发展做出的成果,认为他们“将生物化学带入了新时代”。虽然这项技术在上个世纪70年代和90年代之间就已经有所发展,但是直到最近,这项技术才被重新拾起,并将图像进一步转化成复杂的三维模型。其流程包括将病毒急冻在只有人类发丝千分之一厚度的冰片层内,这样能捕捉到处于假死状态的样本。
Roberts制作的这张图像显示了一个冻结在呈现为深色背景的冰层内的单一病毒体。


用低温电镜,就有可能把上千张在略微不同角度获取的图像合并在一起形成一张三位图像或者是断层图像。断层图像,也就是CT成像(有时候也被叫做CAT扫描)里的T,可以获取解刨学的断层图像并被医生当成一种诊断图像所使用。唯一个不同就是电镜使用电子束替代了X光线。
Roberts说用低温电镜获取断层图像是他的团队正在应用于搭建模型的一项新技术。 “这项技术让你对病毒的排列以及它的整体结构有一个清晰的认识。”
下图是Roberts在4月17日获取的断层图像中的一张。


图示病毒颗粒核心被染成红色,包裹在着成黄色的包膜内。而绿色和紫色部分是来自于动物肾脏宿主细胞一部分。可以看到(图像上中部)其中一个正从细胞内出来的病毒颗粒恰好处于被称作复制形态的发芽阶段。


这一段被感染细胞断层图像的三维效果短片展示的是与前面图片相同位置的细胞断层切片。此图由126张在略微不同角度获取的二维电镜图像合并而成。
几千张收集的电镜图象就像拼图一样,让科学家可以拼接还原病毒的原子结构。这有助于解释病毒的机制:它进出细胞的手段、如何自我复制以及它的弱点。然后研究者可以尝试使用已有的药物或者找到新的药物去阻断这些病毒进程。
关键是那些原子,Roberts说道:“一旦知道了病毒的原子结构,就有机会扳倒它。”

制作
•        报告: Stephen Hutcheon
•        设计和制作: Alex Palmer
•        图片提供:  Jason Roberts / VIDRL – Doherty Institute (with technical assistance from Andrew Leis / Bio21 Institute), Sandy Crameri / CSIRO and NIAID-RML.

译者注解

1.        破碎球:一种常用的用于拆毁建筑的工具。


2.        盒子里的杰克:一种玩具。


3.        非亿:1054,十的五十四次方,但此处与下文不符。经查实,病毒数量实为1031。因该是叙述者表达错误。
4.        CSIRO:联邦科学与工业研究组织(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation)前身是于1926年成立的科学与工业顾问委员会(Advisory Council of Science and Industry),是澳大利亚联邦最大的国家级科技研究机构。

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发表于 2020-5-3 18:00 |显示全部楼层
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断断续续搞了好几天,觉得图片很赞,分享一下。

2014年度奖章获得者 2015年度奖章获得者

发表于 2020-5-3 18:12 |显示全部楼层
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rockbox 发表于 2020-5-3 17:00
断断续续搞了好几天,觉得图片很赞,分享一下。

译者辛苦

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rockbox + 5 太给力了

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发表于 2020-5-3 18:39 来自手机 |显示全部楼层
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蚝 发表于 2020-5-3 16:42
译者辛苦

闲的,瞎玩儿

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