Neue Forschung Zeigt Kleine Invaders

Jun 20, 2019
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Neue Forschung Zeigt Kleine Invaders

Im Krieg gegen Infektionskrankheit, die Ermittlung der Täter ist die halbe Miete. Nun, professor Shaopeng Wang und seine Kollegen von der Biodesign Institute an der Arizona State University, beschreiben eine neue Methode zur Visualisierung einzelner Viruspartikel. Ihre Forschung öffnet die Tür zu einem genaueren Verständnis der winzigen Krankheitserreger, und kann ferner die Untersuchung einer breiten Palette von Mikro – und nanoskalige Phänomene.

Die Forschungsergebnisse erscheinen in den Proceedings of the National Academy of Science, advanced online-Ausgabe.

Erkennung und Bestimmung infektiöser Eindringlinge sind entscheidend für die Bemühungen, um zu diagnostizieren, zu verhindern und die Kontrolle über diese geschickte Krankheitserreger. In der aktuellen Studie, einzelne H1N1-influenza-virus-Partikel, zusammen mit dem etwas größeren HCMV-virus wurden visuell erkannt durch eine label-freie Methode für das erste mal mit einem high-resolution-Technologie, bekannt als Oberflächen-plasmonen-Resonanz-Mikroskopie.

Neben der Identifizierung einzelner HIV-Partikel, die Technik erlaubt die Untersuchung der Oberfläche die Bindung von Viren an spezifischen Antikörpern. Kritisch, es ermöglicht auch die Messung von partikelmasse, mit einer Nachweisgrenze rivalisierenden herkömmlichen Methoden um drei bis vier Größenordnungen. Die arbeiten wurden unter der Aufsicht von Nongjian (NJ) Tao, Leiter des Biodesign-Institut-Center für Bioelectronics-und Biosensoren.

Verschiedene Methoden wurden angewandt, für die Erkennung von virus-Partikeln, Tao Noten, unter Berufung auf eine Reihe von exotischen Techniken, die für die einzelnen Jagd-Viren oder öfter, um statistisch auszuwerten Gruppen von Partikeln. Häufig fluoreszierende Farbstoffe angebracht werden, um Moleküle, die für den Zweck der Visualisierung, wenn diese Techniken kommen zu einem Preis. „Das label kann dazu führen, eine Veränderung in der Funktion des Moleküls,“ Tao sagt, weiter betonte, beschriftet Methoden nicht erlauben die direkte Beobachtung der intrinsischen physikalischen Eigenschaften (z.B. Masse) der Viren, anzeigen, statt nur den synthetisch gekennzeichnet Websites.

In der aktuellen Studie, Oberflächen-plasmonen-Resonanz-Mikroskopie wird verwendet, um zu untersuchen Affinität Interaktionen von Viren und Ihrer zugehörigen Antikörper, die Herstellung der ersten label-free Bilder von einzelnen Viren. Wie Wang beobachtet, „optische Darstellung dieser Art zu erkennen kann ein virus in seinem nativen Zustand, in wässriger Lösung.“ Zuvor, die Auflösung solcher winzigen Teilchen waren darauf angewiesen, Elektronenmikroskopie, in dem die Proben befestigt werden muss und die Detektion erfolgt unter Vakuum.

Oberflächen-plasmonen-Resonanz tritt auf, wenn polarisierte Licht trifft auf einen biochip, beschichtet mit einer dünnen metallischen Schicht. Angesichts der richtigen Bedingungen von Wellenlänge, Polarisation und Einfallswinkel freie Elektronen (oder plasma) an der Oberfläche des chip, absorbieren Photonen, die Konvertierung in Oberflächen-plasmon-Wellen, die sich ausbreiten über die Oberfläche in einer ähnlichen Weise wie die Wellen im Wasser.

Wenn Moleküle wie Viren Teilchen interagieren auf der Oberfläche des Chips, die Sie stören können diese subtilen plasmon-Wellen, verursacht eine messbare änderung im hellen Reflexionsvermögen. Normalerweise sind diese Welle Störungen sind gemittelt über die gesamte Oberfläche, obwohl dieser herkömmliche Ansatz registriert Lärm sowie die detektierten Partikel, die belegen nur einen kleinen Bereich der gesamten chip-Oberfläche.

In der aktuellen Studie die Gruppe erstmals gezeigt, dass es möglich ist, Bild und erkennen individuelle H1N1 viralen Partikel mit label-freie Oberfläche plasmonik-Technik in Echtzeit. Diese Technik erlaubt eine Mittelung des Signals nur im Bereich, in dem die virus-Partikel vorhanden sind, dramatisch verbessern die Genauigkeit der Messung.

Um sicher zu sein, dass die beobachtete visuelle Signale waren in der Tat diejenigen, die von der H1N1-virus-Partikel die Bindung an Ihre zugehörigen Antikörper, die das team führte drei separate Experimente. Im ersten Fall, eine dauerhafte Bindung der viralen Partikel an die schmucklosen gold-beschichtete chip wurde beobachtet. Als Nächstes wurde das experiment wiederholt nach Anwendung von Polyethylen-Glykol (PEG) an die gold-Oberfläche, die wirkt, um die-block nicht-spezifische absorption. In diesem Fall, keine der virus-Partikel an der Oberfläche haften, sondern wanderte frei, zu gehorchen, das zufällige Verhalten bekannt als Brownsche Bewegung.

Schließlich Viruspartikel beobachtet wurden, auf einem chip, funktionalisiert mit dem H1N1-Antikörper mit PEG angewendet. Die virus-Partikel angezeigt reversibel binden mit Ihren Antikörper-Kollegen, die Dissoziation in der Art und Weise charakteristisch für virus-Antikörper-Paare. „Auf diese Weise konnten wir sicher sein, dass die Erkennung ist eigentlich die Bindung des H1N1-Teilchen, an die Antikörper an,“ Tao sagt. „Das ist der trick, den wir verwenden, um nachzuweisen, dass wir konkret erkennen, eine Ziel-virus, nicht auf andere Moleküle oder Substanzen in der Lösung, die auch produzieren ein signal. „Zusätzliche Bestätigung kam von der Verwendung von HCMV-virus-Partikel, die keine Bindung mit den H1N1-spezifischen Antikörpern.

Als lead-Autor Wang Noten, ein weiterer Vorteil dieser exquisit empfindliche Technik ist, dass es erlaubt die Messung der viralen Masse. Die Masse kann abgeleitet werden aus der Intensität des optischen Signals, die wiederum ist proportional zu dem Grad, zu dem das Teilchen stört die Oberflächen-plasmon Welle. Die Gruppe Technik ermöglicht es einer Masse Nachweisgrenze unten zu 1attogram – ein Billiardstel Gramm. „Wir haben versucht zu schieben label-free optical imaging sowie über herkömmliche Grenzen,“ Wang sagt, fügte hinzu, dass die Methode ermöglicht die Beobachtung und Charakterisierung von kleinen biologischen Einheiten, die in Ihrem natürlichen Zustand.

Quelle:
Joe Caspermeyer
Arizona State University

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