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图片由德国里姆斯的Friedrich-Loeffler- Institute的Stefan Finke博士提供。
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免疫荧光如何帮助病毒学研究?

由于全球COVID-19大流行,现代病毒学研究现在变得比以往任何时候都至关重要。病毒学家可以使用许多强大的技术和检测方法来研究病毒的结构和功能。了解病毒行为的一个基本且经常被忽略的方面是可视化病毒对宿主细胞的影响的能力。因此,免疫荧光代表了一种强大的工具,可用于观察病毒感染及其对宿主细胞的影响。

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Virology

在SARS-CoV-2爆发后,病毒学领域突然进入了公众的视野,SARS-CoV-2是一种引起人类新型呼吸道疾病的病毒。这种称为COVID-19的疾病引起了全球大流行。结果,已经做出了巨大的努力来治疗该疾病并限制其传播。

了解这些传染源的行为是我们治疗病毒疾病和预防进一步爆发的能力的基础。病毒学试图了解病毒的各个方面,包括病毒的结构,进化,进入宿主细胞,繁殖,它们引起的疾病,生物体对感染的反应以及它们在个体之间的传播。

设计和实施有效治疗和预防措施的关键方面之一是能够可视化病毒成分及其对宿主细胞的影响。对于这种可视化,免疫荧光显微镜检查是一种有价值的方法。

免疫荧光基础

免疫荧光 [1,2] 这是一种使用抗体与其抗原的结合特异性来可视化生物系统的结构和动力学的方法。产生针对特定蛋白质的抗体,并直接用荧光标记物标记或与荧光标记的二抗结合使用,以鉴定和研究目的蛋白质的存在。

这种广泛使用的通用技术使科学家能够在各种情况下可视化蛋白质,细胞成分和细胞过程。例如,它可用于研究细胞器的结构,组织中蛋白质的分布以及样本中特定生物标记物存在的染色。免疫荧光如何用于病毒学研究?

免疫荧光在病毒学研究中的应用

病毒是纳米制剂,最大尺寸小于0.4 µm。需要使用电子显微镜观察其纳米结构。但是,标准和超分辨率显微镜技术是健壮且易于访问的工具,可用于了解病毒的更大规模的结构和功能。

免疫荧光与多种成像方法兼容,包括标准的宽视野成像,共聚焦显微镜,寿命成像和超分辨率显微镜 [3-5]。使用哪种选择很大程度上取决于特定的应用。

诊断

长期以来,使用宽视野显微镜的标准免疫荧光染色已被用于诊断病毒感染,例如来自患者鼻咽拭子的流感。抗病毒特异性蛋白的抗体可用于对目标组织染色,临床医生可以快速确定样品中是否存在病毒。该程序缺乏更先进的分子方法的敏感性。但是,它快速,简单且具有临床价值 [6,7].

感染机理

病毒的关键特征之一是它们必须进入宿主细胞才能繁殖并引起疾病。一旦它们附着于宿主细胞,它们就会在内部释放其遗传物质。遗传物质被细胞识别和表达。然后,编码的成分以多个副本存在,然后可以装配成新的病毒颗粒。这些新颗粒由细胞释放,并可以继续感染新宿主。因此,病毒劫持宿主细胞机制以促进其致病作用。 

能够理解这个复杂且高度可变的过程对于理解病毒尤其是像SARS-Cov-2这样的最新病毒的感染机制至关重要。例如,免疫荧光法已用于研究SARS-Cov-2与细胞表面受体的结合动力学。 [8] 并研究其细胞内动力学,包括病毒颗粒如何在细胞内组装 [9].

对细胞功能的影响

除了检测病毒的存在并揭示病毒侵袭的动态之外,了解感染的发病机理也至关重要。免疫荧光是这些研究的宝贵资产,因为能够可视化细胞反应对于理解病毒性疾病至关重要。这样的研究途径可能包括对病毒感染的细胞应激反应的动力学 [10]以及病毒如何影响细胞和组织修复 [11]。例如,一项研究表明狂犬病毒感染细胞可以促进细胞质应激颗粒的形成,这种无细胞膜的动态结构由mRNA和蛋白质聚集体组成,它们可以在细胞应激时迅速形成 [10]。研究人员使用荧光显微镜记录了免疫荧光染色细胞的图像。 徕卡共焦 显微镜。另一项研究表明,感染流感病毒(IV)的上皮干/祖细胞的修复严重依赖于成纤维细胞生长因子受体2b(Fgfr2b)信号传导 [11]。免疫荧光染色细胞的一些图像是用 徕卡立式 显微镜(请参见图1)。

治疗方法

最后,为了设计和交付安全有效的疗法和预防性疫苗,我们必须观察宿主细胞及其与病毒的相互作用如何受到治疗的影响。免疫荧光可用于测试抗病毒剂在细胞内的定位和行为 [12],抗体混合物的结合特性 [13],以及治疗对细胞内病毒颗粒存在和定位的影响。

Conclusions

分子研究是病毒学领域必不可少的工具,而显微镜则为研究和临床应用提供了必不可少的见识,有助于完成显示功能与结构之间关系的图片。免疫荧光测定通常是快速而直接的程序,使研究人员能够直观地看到病毒感染的影响和动态。在COVID-19大流行发生后的当前全球气候中,此类方法代表了预防和治疗这些病原体的关键工具。

References

  1. W. Ockenga,《荧光学概论》,科学实验室(2011)Leica Microsystems.
  2. C.Greb,荧光染料,科学实验室(2012)徕卡显微系统.
  3. W. Ockenga,《显微镜荧光法》,科学实验室(2011)Leica Microsystems.
  4. F.Hoff,如何为免疫荧光显微镜准备样本,科学实验室(2015)Leica Microsystems.
  5. W.W. Kilarski,E.Güç,M.A. Swartz,《活体免疫荧光技术用于可视化小鼠耳真皮中的微循环和免疫微环境》,科学实验室(2013)Leica Microsystems.
  6. S.V. Vemula,J.Zhao,J.Liu,X.Wang,S.Biswas,I. 8,ISS。 4,第96,DOI:10.3390 / v8040096.
  7. C.R. Madeley,J.S.M. Peiris,《病毒诊断方法:免疫荧光学》,J。Clin。病毒。 (2002)第1卷。 25岁2,第121–134页,DOI:10.1016 / S1386-6532(02)00039-2.
  8. W.Tai,L.He,X.Zhang,J.Pu,D.Voronin,S.Jiang,Zhou,L.Du,2019年新型冠状病毒受体结合域(RBD)的表征:对发展的影响RBD蛋白作为病毒附着抑制剂和疫苗的研究,Cell。大声笑免疫(2020)卷。 17,iss。 6,第613–620页,DOI:10.1016 / S1386-6532(02)00039-2。
  9. H. Zhang,J. Tu,C. Cao,T. Yang,L.Gao,蛋白酶体激活剂PA28γ依赖的冠状病毒病(COVID-19)核衣壳蛋白降解,Biochem。生物物理学。 Res。社区(2020)卷。 529,ISS。 2,第251–256页,DOI:10.1016 / j.bbrc.2020.06.058。
  10. J. Nikolic,A。Civas,Z。Lama,C。Lagaudrière-Gesbert和D.Blondel,狂犬病病毒感染导致形成与病毒工厂紧密相连的应激颗粒。 PLoS Pathog。 (2016)卷12,iss。 10,e1005942,DOI:10.1371 / journal.ppat.1005942.
  11. J.Quantius,C.Schmoldt,A.I。 Vazquez-Armendariz,C.Becker,E.El Agha,J.Wilhelm,R.E.莫蒂(Morty I.远端肺:对Fgfr2b驱动的上皮修复的影响,PLoS Pathog。 (2016)卷12,iss。 6,e1005544,DOI:10.1371 / journal.ppat.1005544.
  12. C. Wei,C. Zheng,Sun. D. Luo,Tang。蛋白质,病毒(2019)卷。 11,iss。 1页13,DOI:10.3390 / v11010013。
  13. E.Davidson,C.Bryan,RH Fong,T.Barnes,JM Pfaff,M。病毒。 (2015)卷。 89,ISS。 21,第10982–10992页,DOI:10.1128 / JVI.01490-15。