Смертельные вирусы и бактерии под микроскопом
Многие из нас знают болезни, которые вызывают те или иные вирусы или бактерии. А как эти вирусы и бактерии выглядят под микроскопом? Смотрите!
Коронавирус
Насчитывается 37 видов данного вируса в семействе. Коронавирус поражает не только человека, а еще свиней, крупный рогатый скот, кошек, собак и птиц. Поражает дыхательную и нервную системы, а также желудочно-кишечный тракт.
Менингококк
Полное название бактерии Neisseria meningitidis. Бактерия вызывает менингококковый менингит — это очень серьезное заболевание. Передается воздушно-капельным путём. Поражает слизистую оболочку носоглотки.
Сибирская язва
Бактерия, вызывает очень опасную инфекционную болезнь. Сибирской язве болеют дикие животные, домашний скот и человек. Заразиться можно от больного животного или от спор сибирской язвы.
Бактерия туберкулёза
Туберкулёз — очень опасное заболевание. Вызывается Mycobacterium tuberculosis complex. Чаще всего, туберкулёз поражает лёгкие человека или животного. Источник заражения — это люди с открытой формой заболевания.
Вирус Эбола
Пожалуй, самый страшный вирус современности. Очень быстро размножается. Вирус вызывает геморрагическую лихорадку. Смертность человека составляет 42%.
Вирус гриппа
Передается воздушно-капельным путем. Люди пожараются вирусом гриппа В и С. Лошади, спиньи и птицы поражаются вирусом гриппа А.
ВИЧ
Вирус иммунодефицита человека — поражает клетки иммунной системы. Смерть наступает через 9-11 лет, если не лечиться. Но при лечении продолжительность жизни 70-80 лет. Последняя стадия ВИЧ называется СПИД.
Вирус Оспы
Очень опасное заболевание, во всяком случае, в прошлом! Последний случай оспы был 26 октября 1977 года.
Вирус папилломы
Из-за этого вируса у человека появляются бородавки. Не прикосайтесь к нему, даже на экране
Вирус Полиомиелита
Этот вирус вызывает детский спинномозговой паралич — полиомиелит. Поражает серое вещество спинного мозга.
Бактерия Боррелии
Вызывает болезнь Лайма, боррелиозы, возвратный тиф. Переносчиками бактерии являются клещи, а также человеческая и лобковая вошь.
Бактерия бубонной чумы
Бубонная чума или «Черная смерть» переносится блохами, которые находятся на крысах. Поэтому не трогайте крыс — они опасны!
Бактерия кишечной палочки
Штаммов кишечной палочки очень много. Большинство принадлежит к естественной микрофлоре кишечника у человека. А некоторые могут вызывать дисбактериоз, колибактериоз и острые отравления.
Бактерия пневмококк
Эта бактерия вызывает пневмонию верхних дыхательных путей у человека.
Будьте здоровы!
epicblog.net
Вирусы под микроскопом: shvarz — LiveJournal
Вирусы слишком малы, чтобы их можно было разглядывать под обычным микроскопом. Поэтому их разглядывают под микроскопом электронным.Давайте взглянем на некоторых из них:
Тут мы видим два вируса – слева стрелочкой показан ротавирус, справа – аденовирус. Видно, что он аденовирус имеет форму икосаэдра, а ротавирус – покрытый пупырышками шарик. Оба найдены в стуле ребенка с диареей (вызваной ротавирусом). [1] 
Кстати, заметьте технологический прогресс. Тут тоже изображен аденовирус, но деталей практически не разглядеть. Это статья 1984 года, а выше была – 2003. [3]
Парвовирус. Он существенно меньше предыдущих двух (масштаб показан на обоих картинках). Даже под электронным микроскопом парвовирус разглядеть трудно. [1]
А это родственник оспы. Овальная форма, примерно 200 нм в длину.[1]
Вирус полиомиелита. Очень маленький, но очень зловредный. РНК, заключенная в белковую оболочку. Шкала — 100 нм.[2]
Вирус гриппа. Покрыт липидной оболочкой, упорядоченной внутренней структуры не имеет. Видно, что вся его поверхность покрыта белками оболочки — HA и NA. Шкала — 100 нм. [2]
А это клетки, зараженные вирусом Nodamura. Вирус собирается и накапливается внутри клеток, ему не нужно быть покрытым клеточной мембраной. Когда клетка переполняется, она лопается и вирусы выходят наружу. [2]
А это клетки, зараженные вирусом SARS. Он собирает свой капсид около клеточной мембраны и потом отпочковывается от клетки, унося вместе с ней кусочек ее мембраны. Поэтому новые вирусные частицы выходят из клетки постепенно. Стрелкой показана вирусная частица в процессе сборки. Видно, что вирусные частицы находятся в пространстве между клетками. [2]
Довольно старая, но неплохая фотография вируса Семлики Форест. Видна симметрия устройства вирусного капсида.
Cсылки:
[1] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12643823
[2] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19822888
[3] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6322001
shvarz.livejournal.com
Бактерии под микроскопом (13 фото)
1. Компьютерное изображение бактерий (синих и зеленых) на коже человека. Многие виды бактерий находятся на коже человека, особенно связанные с выделениями потовых желез и волосяных фолликулов. Как правило, они не вызывают проблем, хотя некоторые из них могут вызвать акне. Бактерии обычно могут стать проблемой, только если они проникают под кожу, например, через рану или порез.
2. Существует от 500 до 1000 различных видов бактерий в каждом человеческом теле. Они размножаются, достигая количества в 100 триллионов клеток – примерно в десять раз больше, чем человеческие клетки, которые составляют один организм. Компьютерное изображение бактерий Helicobacter Pylori в желудке, связанных с возникновением язвы желудка и рака.
3. Преподаватель технологического института Корка, д-р Рой Слитор, рассказывает: “Только кишечник человека содержит почти четыре с половиной фунтов бактерий Мы, в сущности, только на десять процентов люди – остальное составляют разные микробы.” Компьютерное изображение цепей бактерий пневмонии Streptococcus pneumoniae. Это грамположительные бактерии овальной формы, которые являются одной из причин пневмонии. Также они могут вызвать опасные инфекционные заболевания легких.
4. Тот факт, что мы состоим преимущественно из разных бактерий, может вызвать тревогу, но д-р Слитордал понять, что бактерии действуют нам на благо – и без них мы бы не выжили. “Это бактериально-человеческое взаимодействие по большей части является симбиотическим. В обмен на продовольствие и питание, бактерии помогают нам с пищеварением, образованием витаминов и способствуют укреплению нашей иммунной системы Кроме того, они защищают нас от патогенных инфекций – так называемых «плохих бактерий”, рассказывает он. Компьютерное изображение бактерий кишечной палочки внутри кишечника. Они могут вызывать бактериальную диарею.
5. Концептуальное изображение нескольких бактерии кокки на поверхности клетки.
6. Ресничная палочковидная бактерия. Типичные палочковидные бактерии включают кишечную палочку и сальмонеллы.
7. Плавающие бактерии.
8. Полученное с помощью электронного микроскопа изображение Helicobacter Pylori.
9. Ресничные (с волосками) палочковидные бактерии.
11. Типичные палочковидные бактерии кишечной палочки и бактерии сальмонеллы, Эти бактерии имеют жгутики (волосоподобные структуры) на одном конце, которые позволяют им двигаться.
12. Компьютерное изображение бактерий Enterococcus faecalis. Бактерия является одним из так называемых супервирусов, которые устойчивы к антибиотикам.
13. Компьютерное изображение бактерий Helicobacter pylori в человеческом желудке. Они вызывают гастриты и являются самой частой причиной язвы желудка. Также могут становиться причиной рака желудка и вызывать желудочные кровотечения.
via Источник
Микробы, бактерии под микроскопом|Подборка фотографий|Любопытные факты
Невидимые, но вездесущие. Простые, но способные принимать самые разные формы. Микроскопические, но иногда смертельные.
Микробы — самые настоящие невидимые хозяева Земли..
Слово «микробы» означает микро и bíos — жизнь. Микробы — это не научное определение под которое попадают все микроорганизмы (бактерии, одноклеточные, микрогрибки и т.п.) кроме вирусов, так как вирусы не жизнеспособны без живой клетки. Самые первые микробы возникли 3,5 млрд. лет назад, и в следующие 3 млрд. лет были единственными живыми существами на Земле.
В настоящее время, при всём многообразии высокоразвитой жизни, они продолжают доминировать. Хотя это и не очевидно, но вдумайтесь в цифры..
Общее количество микробов на коже и в теле человека в 10 раз больше, чем всего клеток тела человека. Микробов на немытых руках может быть несколько миллионов штук на 1 кв.см. Если выловить всю живность в морях и океанах, то 90% этой массы составят микробы. В почве содержится около 2 тонн бактерий на 1 гектар.
Любопытные факты о микробах.
- Ареал обитания бактерий очень широк. Их колонии обнаружены в сверхглубоких шахтах на глубине более 6 км., в атмосферу их «заносит» на высоту около 8 км. Предполагается, что они живут так же глубоко под морским дном.
- Для их размножения оптимальна температура от +10 до +55 °C, но некоторые их виды выживают при морозе -100°C, а другие размножаются при +110 и какое-то время могут «продержаться» при +140°C.
- В каждом взрослом человеке живёт около 2 кг. бактерий (!).
- При рождении в организме ребёнка практически нет бактерий, но они заселяются в него сразу же, прямо в момент рождения. Затем, при кормлении ребёнка молоком, в его кишечник попадает много микрофлоры, которая помогает пищеварению, поэтому грудное кормление полезней для новорождённых, чем искусственное.
- Из-за очень большой скорости обмена веществ бактерии могут размножаться с удивительной скоростью. При благоприятных условиях одна единственная кишечная палочка, например, могла бы дать потомство общим объёмом с пирамиду высотой около километра. А если дать полную свободу в размножении холерному вибриону, то за двое суток масса его потомства в несколько тысяч раз (!!!) превысила бы массу Земли.
- Микробы могут создавать самоорганизующиеся колонии, где одни и те же бактерии могут выполнять разные функции в зависимости от своего места. Такие колонии очень устойчивы и могут легко восстанавливаться при повреждениях. Скорее всего на заре эволюции жизни благодаря таким колониям произошёл переход от одноклеточной к многоклеточной жизни. То есть, фактически мы с вами представляем собой высокоразвитые колонии микроорганизмов, со сложным разделением функций её членов, где бактерии превратились в клетки единого организма.
Микробы на руках под микроскопом
Согласно последним исследованиям каждый из нас носит на руках свой персональный набор микроорганизмов, немного отличный от других. Этого «немного» достаточно, чтобы с помощью специальной экспертизы идентифицировать личность.
Микробы на коже. Фото в электронный микроскоп. Для справки — фотографии в электронный микроскоп в исходнике получаются чёрно-белые, затем их «раскрашивают» на компьютере.Каждый раз, когда мы берём в руку стакан, или набираем текст на клавиатуре мы оставляем на этом предмете след из своего «персонального» набора микроорганизмов. Учёные из Университета штата Колорадо (США) во время показательного эксперимента смогли идентифицировать 9 разных человек по наборам бактерий на их компьютерных мышках, естественно, предварительно сделав соответствующий анализ кожи их рук.
Это открытие может быть полезно в криминалистике. То есть, в будущем полиция сможет определить преступника даже по размазанным отпечаткам пальцев или незначительным следам прикосновений кожи к предметам.
Подборка фотографий бактерий, сделанных в электронный микроскоп.
Нажав на изображение, можно просмотреть его в лучшем качестве.
Бактерии на языке человека.
Кишечная палочка, которая вызвала эпидемию в 2011 году в Европе. По официальным данным заразилось тогда 2200 человек, умерло — 22.
Бактерия Neisseria meningitidis.
Опасный возбудитель пищевых отравлений — Сальмонелла. Долгое время может выжить вне живых организмов. Даже в комнатной пыли продержится до 90 дней, в ожидании момента, когда вы дотронетесь до неё и забудете вымыть руки перед едой.А это — тот самый, ужасный и опасный зверь, вирус СПИДа.
Одноклеточный микроорганизм Cosmarium на фоне листика водоросли Sphagnum (увеличение 100х). Это фото в 2012 году заняло 6-е место на конкурсе микрофоторгафии «Small World Photomicrography Competition», который ежегодно проводит компания Nikon.
Ресничное одноклеточное Sonderia, которое питается более мелкими сине-зелёными водорослями, или цианобактериями. Увеличение 400х, 13-е мето на конкурсе «Photomicrography Competition 2012».
Коралловый песок под микроскопом. Среди частиц вулканических пород здесь видно огромное многообразие мелких организмов, фрагменты раковин и кораллов. Увеличение — 100х, 18-е место на конкурсе «Photomicrography Competition 2012».Ещё подборка красивых работ с конкурса микро-фотографии Small World, от компании Nikon.
До встречи в следующем посте!
www.krugozors.ru
Вирус гриппа под микроскопом — фото — научная статья в блоге о микромире
Этот древний неклеточный агент относится к семейству, содержащих подверженную мутациям РНК – рибонуклеиновую кислоту, состоящую из дезоксирибонуклеиновой ДНК и белка – органического вещества, в состав которого входят аминокислоты. В диаметре микроскопические вирусные частички имеют максимум 120 нанометров, равных 1-й миллиардной метра, т.е. абсолютно невидимые невооруженным глазом. При этом вирус гриппа может успешно регистрироваться в микроскопы. Начальной точкой отчета его выделения и активного описания считаются 30-е годы XX века. Ученым при помощи серологической методике диагностики удалось классифицировать его род и 29 подтипов, в том числе, негативные для здоровья человека: h2, h3, h4 и N1, N2.
Рассматривание вируса гриппа под микроскопом нельзя считать безопасным и доступным для новичков. Тем более, не возможно это осуществить в простые модели микроскопии учебного или детского назначения. Это занятие для профессионалов, работающих в специализированных лабораториях, оборудованных по последнему слову техники. Но сам факт расширить границы познания и заглянуть за грань возможностей зрительных органов прельщает биологов любителей. Здесь можно посоветовать одно – начните с микробов, бактерий, это тоже удивительное зрелище, а просмотр ортомиксовируса оставьте «на десерт» — если судьба поведет вас или ребенка по стезе профессиональной медицины и серьезной микробиологической деятельности. Однако, это не мешает прямо сейчас получить теоретические знания.
Итак, вирус является крайне опасным, ибо заболевание, возникающее вследствие проникновения в человеческий организм, не обходит стороной любые возрастные группы – от детей до пожилых. Распространение происходит воздушно-капельным путем, через чихание, кашель, и иногда достигает масштабов эпидемии, когда уровень заболевших в количественном отношении значительно выше стабильно регистрируемого в конкретной местности. Недуг сопровождается резким увеличением температуры тела, ознобом, головокружением и иногда рвотой. Все это говорит об обязательной осторожности и повышенной безопасности при изучении.
Научный мир сегодня не определился, можно ли воспринимать вирус гриппа живым, ведь самостоятельно существовать он не может, ему не присущи такие процессы, как питание или метаболизм, для выживания (паразитирования) нужна лишь другая клетка – ее генетический аппарат используется в полной мере для размножения, в ее ядре после внедрения возбудителя синтезируются новые частицы. Обнаружив чужеродные элементы, иммунная система вынуждена реагировать и сопротивляется, это приводит к неизбежной интоксикации больного.
Самым действенный способ наблюдения вируса гриппа под микроскопом — отражательный электронный метод, который по разрешающей способности в десятки тысяч раз превосходит световой. Образец находится в стерильных вакуумных условиях. Геометрическая поверхность формируется за счет рассеивания электронов (фокусируемых в магнитных линзах) – на различных неоднородностях участков они меняют траекторию отражения и определяют рельеф, визуально наблюдаемый пользователем на мониторе. Такие приборы стоят дорого и практически недоступны для частного использования. Их эксплуатация требует соблюдения комплекса мероприятий, который может обеспечить только квалифицированный персонал.
oktanta.ru
Вирус под микроскопом: от визуализации к манипуляции
: 29 Сен 2014 , Мой НГУ , том 57/58, №3/4Вирусы являются чрезвычайно малыми объектами, имеющими размер от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Первым и на несколько десятилетий единственным методом их визуализации стала электронная микроскопия, позволившая не только подробно изучить строение самих вирусных частиц, называемых вирионами, но и исследовать процессы, происходящие в зараженной клетке – репликацию вируса. «Монополия» электронной микроскопии была нарушена появлением в начале 1980-х годов принципиально нового класса приборов – сканирующих зондовых микроскопов.
Относящийся к данному классу атомно-силовой микроскоп оказался инструментом, подходящим для исследования биологических объектов и позволил не только визуализировать наноразмерные структуры, но и манипулировать ими. В частности, принципиально возможной оказалась манипуляция одиночными вирионами и прямое измерение сил, возникающих при их контакте с поверхностью клетки. Такие эксперименты позволяют получать подробные данные о самом первом и во многих случаях еще недостаточно исследованном этапе заражения клетки – адгезии вируса к ее поверхности. Данные исследования представляют и значительный практический интерес, т.к. могут дать ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.
В известной песне Владимира Высоцкого поется: «не поймаешь нейтрино за бороду и не посадишь в пробирку…». Конечно, вирус – это не нейтрино, не атом и даже не молекула, но все же объект настолько малый, что его невозможно увидеть не только глазом, но и в обычный световой микроскоп. Однако электронная микроскопия, в сотни тысяч раз увеличившая возможности нашего зрения, позволила не только увидеть эти удивительные объекты, но и рассмотреть их до мельчайших подробностей. А атомно-силовая микроскопия, в такой же степени обострившая наше осязание, позволила осуществить прямую механическую манипуляцию вирусными частицами
Вирусы являются чрезвычайно малыми объектами – их размеры лежат в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Первым и на долгое время единственным методом прямой визуализации наноразмерных частиц стала электронная микроскопия (ЭМ), которая начала развиваться в 1930-е гг. Метод, оказавшийся очень информативным, позволил не только детально охарактеризовать структуру различных вирусов, но и исследовать процессы, происходящие в зараженной клетке.
Оказалось, что форма вирусных частиц отличается большим разнообразием: от правильных сфер до сложных структур, напоминающих кирпичи, обклеенные трубочками (вирус натуральной оспы), или щетинистых червей (вирус геморрагической лихорадки Эбола).
Еще большее разнообразие было обнаружено для стратегии репликации (размножения) вирусов. Единственным фундаментальным свойством, общим для всех без исключения вирусов, оказался их статус облигатного внутриклеточного паразита. Это означает, что для размножения вируса его генетический материал должен в обязательном порядке проникнуть в живую клетку и «захватить» ее ферментативный аппарат, переключив последний на производство копий вируса.
Вне клетки любой вирус является всего лишь молекулярным контейнером с генетическим материалом (ДНК или РНК) и вряд ли может считаться полноценным живым организмом, хотя по этому вопросу в научной среде до сих пор нет окончательной терминологической определенности.
Спецификой электронной микроскопии является изучение фиксированных, т. е. подготовленных специальным образом, объектов – по сути, она работает только с «мертвой» материей *. Имея дело только с «застывшими мгновениями», исследователь может лишь строить гипотезы о динамике изучаемых процессов, поскольку не имеет возможности наблюдать их течение в реальном времени.
Так, исследование репликации вируса методом просвечивающей электронной микроскопии на ультратонких срезах выглядит следующим образом: зараженные клетки обрабатывают фиксирующим раствором, обезвоживают спиртом и заливают специальной смолой. После отвердевания смолы с помощью специального прибора – ультратома – делают ультратонкие (≈ 50 нм) срезы, которые затем наносят на специальную сетку и обрабатывают растворами солей тяжелых металлов. Во время самого микроскопического исследования образец находится в вакуумной камере и подвергается действию пучка электронов с энергией в несколько десятков кэВ. Очевидно, что прижизненная визуализация в данном случае принципиально невозможна.
В течение почти полувека электронная микроскопия оставалась единственным методом визуализации наноразмерных объектов. Однако в начале 1980-х гг. эта монополия была нарушена появлением сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Основным принципом СЗМ является сканирование – прецизионное (с высокой точностью) перемещение зонда вблизи исследуемой поверхности, сопряженное с отслеживанием определенного параметра, характеризующего взаимодействие между зондом и образцом. Результатом такого сканирования является топографическая карта рельефа поверхности образца.
Первым прибором СЗМ стал сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который мог лишь весьма ограниченно использоваться для визуализации биологических объектов, так как для его работы требовалась высокая электрическая проводимость исследуемой поверхности.
В 1986 г. швейцарский физик Г. Бинниг и его коллеги создали новый прибор семейства СЗМ – атомно-силовой микроскоп (АСМ). В основе его работы лежит силовое (Ван-дер-Ваальсово) взаимодействие атомов зонда и поверхности. АСМ не требуется электрическая проводимость поверхности образца, и он может осуществлять съемку в жидкой среде. Поэтому этот прибор оказался удобным инструментом для исследования биологических объектов.
С момента появления атомно-силового микроскопа было опубликовано огромное число работ, посвященных АСМ-визуализации самых разнообразных биологических образцов. Следует все же признать, что в большинстве случаев в плане визуализации АСМ не дает ничего принципиально нового в сравнении с обычной электронной микроскопией, поэтому зачастую данный метод воспринимается биологами как техническая экзотика, а не как полноценный исследовательский инструмент.
Однако важнейшим, пусть и почти единственным преимуществом визуализации биологических объектов при помощи АСМ по сравнению с электронной микроскопией является возможность выполнения исследований нативных, природных образцов без какой-либо фиксации и специальной пробоподготовки, при физиологических параметрах среды.
Помимо визуализации рельефа поверхности с субнанометровым разрешением АСМ позволяет осуществлять прямое измерение сил, возникающих при взаимо¬действии одиночных наноразмерных объектов.
Проводятся такие измерения следующим образом: один объект закрепляется на острие зонда АСМ, а второй фиксируется на подложке, после чего зонд подводится к поверхности подложки до достижения механического контакта, а затем возвращается обратно. В ходе этого перемещения отслеживается деформация упругой консоли (кантилевера). Зависимость этого параметра от расстояния между зондом и подложкой называется силовой кривой. С ее помощью можно определить величину силы, действующей между исследуемыми объектами. Этот метод, названный атомно-силовой спектроскопией (АСС), может использоваться для исследования силовых характеристик взаимодействия самых разнообразных малых объектов: от неорганических наночастиц до вирусов и живых клеток.
Начальным этапом заражения клетки вирусом является адгезия (прилипание) вирусной частицы (вириона) к клеточной поверхности с последующим проникновением генетического материала вируса внутрь клетки. Этот процесс, определяемый взаимодействием белковых рецепторов, расположенных на поверхности клетки, с поверхностными белками вириона, является критически важным для размножения вируса. И, надо отметить, в большинстве случаев изучен недостаточно.
Поистине захватывающие перспективы исследований в этом направлении открывает АСС. Зафиксировав одиночную вирусную частицу на острие зонда АСМ, можно осуществить измерение силы, возникающей при контакте вирусной частицы с поверхностью клетки, исследовать кинетические характеристики данного взаимодействия и даже «вдавить» вирион внутрь клетки, одновременно ведя наблюдение при помощи мощного светового микроскопа. В таком эксперименте исследователь из пассивного наблюдателя превращается в активного участника процесса, осуществляя механическую манипуляцию исследуемым наноразмерным объектом – такую возможность не может предоставить ни один из других видов микроскопии.
Однако фиксация одиночной вирусной частицы на острие зонда атомно-силового микроскопа является весьма непростой задачей. Для успешного проведения эксперимента требуется большая подготовительная работа:
- получить как можно более чистый и концентрированный препарат вируса;
- подготовить на острие зонда площадку подходящего размера для посадки вириона;
- химически активировать поверхность зонда для образования ковалентных связей при контакте с белками вируса;
- убедиться в том, что на зонде закрепился действительно вирион, а не молекулы свободного белка или мелкие фрагменты клеток, всегда присутствующие в препаратах вирусов.
Оценка концентрации и степени чистоты препарата вируса обычно проводится методом просвечивающей электронной микроскопии. Площадку на острие АСМ-зонда, которое обычно изготавливают из кремния или его нитрида, формируют путем длительного сканирования кремниевой или сапфировой подложки при больших значениях развертки и силы прижатия зонда к поверхности. Наиболее наглядной иллюстрацией для этого процесса служит изменение формы острия карандаша в ходе интенсивного рисования.
Главный вопрос, на который необходимо ответить при интерпретации любых результатов атомно-силовой спектроскопии, можно сформулировать следующим образом: «Силы между какими объектами были измерены?»
По меркам микроскопии, клетка высших организмов является относительно крупным (≈ 10 мкм) объектом, поэтому хорошо видна в световом микроскопе, при помощи которого на нее наводится кантилевер атомно-силового микроскопа. Но как быть с самим зондом, на острие которого предполагается наличие вириона? Строго говоря, вместо вириона там может оказаться все, что угодно: монослой белковых молекул, фрагмент клетки или вириона, агрегат из нескольких вирионов, случайное загрязнение и т. д. Кроме того, в процессе измерения вирион может разрушиться или оторваться от зонда. Визуализация же зонда с вирусной частицей методом электронной микроскопии до силовых измерений недопустима, так как под воздействием высушивания, вакуума и пучка электронов вирион приобретет необратимые изменения.
Наиболее эффективным методом решения данной проблемы оказалась визуализация острия зонда АСМ с помощью электронной микроскопии, осуществляемая непосредственно после силовых измерений. Если на острие будет обнаружена вирусная частица, уцелевшая в ходе эксперимента, то все сомнения развеются.
В течение последних пятидесяти лет в результате поистине титанической работы, проделанной электронными микроскопистами всего мира, накоплен огромный багаж знаний в области ультраструктурных аспектов репликации различных вирусов. Создание атомно-силового микроскопа и техники силовой спектроскопии позволило вплотную приблизиться к произвольной механической манипуляции одиночными вирусными частицами. Это выводит изучение взаимодействия вируса с клеткой на принципиально другой уровень – от структурных исследований к функциональным.
При этом атомно-силовая спектроскопия не является конкурентом для электронной микроскопии, а открывает новое самостоятельное направление исследований – наномеханику взаимодействия вирусной частицы с поверхностью клетки. Весьма вероятно, что в самом ближайшем будущем в данном направлении будут совершены фундаментальные открытия, соизмеримые по значимости с достижениями электронной микроскопии в середине прошлого века.
Изучение механизмов связывания вирусных частиц с поверхностью клетки вызывает значительный интерес не только с позиции фундаментальной науки, но и в контексте практических приложений. Более детальное понимание этих механизмов на молекулярном уровне может дать человечеству ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.
*Просвечивающая электронная микроскопия с использованием специальной жидкостной ячейки и сканирующая электронная микроскопия при атмосферном давлении позволяют исследовать биологические объекты без фиксации, но из-за ряда технических трудностей и относительно низкого пространственного разрешения эти методы не получили широкого распространения
Литература
Корнеев Д. В., Бессуднова Е. В., Зайцев Б. Н. Изучение взаимодействия наночастиц TiO2 и поверхности эритроцитов человека методом атомно-силовой спектроскопии // УНЖ. 2012. № 4. С. 73—77.
Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2004. 182 с.
Alsteens D., Pesavent E., Cheuvart G. et al. Controlled manipulation of bacteriophages using single-virus force spectroscopy // ACSNANO. 2009. V. 3(10). P. 3063—3068.
Alsteens D., Trabelsi H., Soumillion P., Dufrene Y. F., Multiparametric atomic force microscopy imaging of single bacteriophages extruding from living bacteria // Nature Communications. V. 4. Article number: 2926.
Binnig G., Quate C. F., Gerber Ch. Atomic force microscope // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 56(9). P. 930—933.
Cappella B., Dietler G. Force-distance curves by atomic force microscopy // Surf. Sci. Rep. 1999. V. 34. P. 1—104.
Malkin A.J., Plomp M., McPherson A. Unraveling the architecture of viruses by high-resolution atomic force microscopy // Methods Mol. Biol. 2005. V. 292. P. 85—108.
В публикации использованы фото автора
: 29 Сен 2014 , Мой НГУ , том 57/58, №3/4scfh.ru
Настоящие фотографии ВИЧ — Выбор редакции — LiveJournal
Если вы столкнётесь с тем, что собеседник упорно отрицает существование вируса иммунодефицита человека и требует предъявить фотографии — можете больше не отправлять его гуглить. Основательная подборка изображений ВИЧ, сделанных электронным микроскопом, есть в блоге у Егора Воронина. Он занимался изучением этого вируса и его родственников 12 лет. Все фотографии взяты из различных научных статей и сопровождаются доходчивыми пояснениями.
Часть 0. Открытие вируса.Первые фотографии ВИЧ были показаны в статьях Монтанье и Галло, описывавших выделение ВИЧ в 1983 и 1984 гг, соответственно.
В статье Барре-Синусси и Монтанье 1983 года, за которую они позже и получили Нобелевский Приз, приводится следующая картинка:
Картинка А. Фотография, честно скажем, не ахти. Но не стоит забывать, что в то время методы культивации ВИЧ были еще очень несовершенны и не позволяли наработать вирус в больших количествах. Но даже на этой картинке отчетливо видны вирусные частицы, проходящие сборку около клеточной мембраны — темные полукольцевые и кольцевые уплотнения. Монтанье и Синусси не увидели или не обратили внимания на характерную особенность ВИЧ, отличающую его от многих других вирусов: после отделения от клетки он «созревает» и внутри него образуется конусовидный капсид. В зависимости от того, как проходит через этот конус разрез, он может выглядеть как круг, треугольник или прямоугольник.
Зато в статье Галло, опубликованной годом позже, вирус видно намного лучше.
Картинка Б. На панели А виден (на всю фотографию) макрофаг, на поверхности которого идет сборка новых вирусных частиц (плотных черных колец). Особенно хорошо этот процесс виден в правом верхнем углу, который увеличен на панели B. На панели C показан крупным планом почти отделившийся вирион. А на панели D показан созревший вирус, но разрез через его конусовидный капсид прошел так, что на фотографии он выглядит прямоугольным, а Галло в статье назвал его цилиндрическим.
Итак, почти тридцать лет уже прошло с публикации первых фотографий ВИЧ, а дениалисты до сих пор не удосужились их увидеть. С тех пор ВИЧ был сфотографирован бессчетное число раз. Ниже приведена лишь небольшая выборка из всего многообразия существующих фотографий.
Часть 1. Внимательно разглядываем вирус.
Когда методы по наработке вируса были усовершенствованы, появилось множество детальных фотографий ВИЧ, на которых очень хорошо видна его структура.
По ссылке [2] видим следующую картинку:
Картинка 1. Срез мозга пациента умершего от СПИДа. На панели А — клетка-макрофаг. Стрелками показаны необычные уплотнения, выпячивающиеся из клетки наружу — это новообразующиеся вирусы. На панели А1 — то же самое крупным планом, на панели С — два выпячивания из другого макрофага. На панели D мы видим целый ряд уже сформировавшихся и отделившихся вирусных частиц. У некоторых еще видна небольшая «ножка», соединяющая вирус и клетку. Только что отделившийся, незрелый, вирус имеет вид плотного черного кольца (на самом деле это конечно полый шар, но на срезе он выглядит как кольцо).
Ниже — продолжение этой же картинки, просто я ее разрезал на две части:
Картинка 2. На панели B — интересное образование, несколько макрофагов слились в одну клетку. Это не вызвано вирусом, макрофаги имеют способность делать это сами при необходимости. Например, если им нужно «заглотить» особенно крупного микроба. Черные петли внутри клетки — это ядра макрофагов, а стрелкой указано место, где происходит сборка вируса. А вот на панели E мы видим несколько созревших вирусных частиц. Заметьте, что они выглядят иначе, чем незрелые — плотное кольцо по краю исчезло, зато в центре появилась новая структура — капсид вируса. В среднем вирусе хорошо видно, что капсид имеет форму усеченного конуса. Капсид в виде усеченного конуса — характеристичная черта ВИЧ, по которой его можно отличить от большинства других вирусов.
Пара слов о созревании капсида: Когда вирус собирается в клетке, все его внутренние белки входят в состав двух длинных белков. Эти длинные белки имеют свойство прилипать к клеточной мембране. Поэтому во время сборки вируса и сразу после отпочковывания мы и видим плотный черный слой под мембраной. Когда вирус отделился от клетки, вирусная протеаза разрезает эти длинные белки на их составляющие компоненты (поэтому кольцо по краю исчезает). Высвобожденные белки самособираются в конусовидный капсид, внутри которого находится РНК вируса и его ферменты.
А в следующей статье [3] под микроскоп засунули биопсии лимфоузлов из людей с оппортунистической инфекцией P.carinii, которая изначально привела к обнаружению СПИДа в 1981 году.
Картинка 3. На панели A буквой P помечен цист P.carnii. Стрелками — места образования вируса. (B) — два вируса отпочковываются от макрофага. Панель С — видны отличия вирусов от просто пузырьков, образованных P.carnii. Последние больше размером и имеют меньшую плотность. Панель D — вирусы внутри макрофагов, в вакуолях. До сих пор идут споры о том, может ли вирус там образовываться или это макрофаг его заглатывает.
Движемся дальше. Тщательное электронно-микроскопическое исследование вируса было сделано в 1988 году, ссылка [11]. Следующие четыре картинки — из нее.
Картинка 4. (A) — нормальная H9 клетка (клеточная линия лимфоцитов). (B) — H9 клетка, зараженная ВИЧ. Морфология клетки радикально изменилась, вместо длинных отростков мы видим пузырьки, называемые blebs. Эта «пузырчатость» зараженных клеток хорошо видна в обычный микроскоп, но эти пузыри — не вирусы. Вирусы — это маленькие пузыречки между blebs. Картинка сделана сканирующим электронным микроскопом, поэтому получается трехмерная картина, но мы не можем заглянуть внутрь клетки.
Картинка 5. Та же самая клетка, только крупным планом. Тут вирусы видны очень хорошо.
Картинка 6. В этой же статье были сделаны и срезы. На панелях А и С — два разных изолята ВИЧ. Слева хорошо виден усеченный конус, а справа он оказался разрезан перпендикулярно оси и выглядит как круг. В центре — SIVmac, вирус иммунодефицита макак. Видно сходство. Обратите внимание на белки оболочки — выступающие наружу протуберанцы. Слева их практически нет, зато в центре и справа они хорошо видны. Тогда еще об этом не знали, но белок оболочки очень нестабилен и легко отваливается от вируса, возможно с образцом слева обошлись недостаточно нежно и вирус утерял его. Сейчас мы также знаем, что на вирусных частицах SIV белка оболочки обычно больше, чем на HIV, и он более стабильный.
И последняя картинка из этой статьи:
Картинка 7. Разные стадии образования вируса. Это, конечно же, не один и тот же вирус, а подборка для иллюстрации. Для электронной микроскопии образец приходится фиксировать и поэтому она может захватить лишь один момент в жизни каждого отдельного вируса.
Тут стоит упомянуть статью от немцев, которая тоже была опубликована в 1988 году, ссылка [13]. В ней использовался интересный, и мне кажется, сейчас редко употребляемый, подход — surface replica electron microscopy. Клетки замораживают, потом замороженный образец раскалывают, выявляя структуры (подобно тому, как на сколах камня выявляются древние окаменелости). Затем на этот скол напыляют платину, а поверх нее — углерод. Затем образец размораживают и все биологические структуры уничтожают сильной кислотой. В итоге остается платиново-углеродный отпечаток, который уже и рассматривают под микроскопом.
Картинка 8. Видим примерно то же самое, что и в предыдущей статье. На зараженной клетке H9 появились blebs, а между ними и на них — большое количество новообразующихся вирусов.
Но видимо этот метод (а может просто буйное воображение), увели авторов этой статьи по ложному следу. Они разглядели некие регулярные структуры в устройстве вирусов, которые, как мы знаем сейчас, не существуют.
Картинка 9. Поиски (несуществующей) симметрии в устройстве ВИЧ.
Мы уже видели ВИЧ-1 и ВИО. Как насчет ВИЧ-2, Есть его фотографии? Конечно есть [4].
Картинка 10. Клетка HUT78, зараженная ВИЧ-2. Видны уже обсуждавшиеся места сборки вируса и характерные конические капсиды в созревших вирусных частицах.
Еще одно довольно подробное исследование ВИЧ под электронным микроскопом было сделано в 1989 году [8]. В нем есть несколько интересных картинок.
Картинка 11. На панели А мы видим уже знакомую нам картину. На панелях B и С авторы, видимо поверив статье от немцев, ищут какие-то регулярные структуры и тоже вроде бы что-то находят. Зато на панели D мы видим нечто интересное — это увеличение верхнего левого угла из панели А, в котором авторы заметили что срез прошел через белки оболочки вируса. Если присмотреться (и включить немного воображения), то можно увидеть что белок оболочки является тримером и поэтому имеет треугольную структуру на срезе. Мы к этому еще вернемся.
Картинка 12. Довольно много информации на ней. Сделанные по этим картинкам выводы частично подтвердились позже, а частично нет. Бывает. Наиболее интересные панели:
(А) Слева незрелый вирус, справа — созревший. Видна разница в количестве белка оболочки, зрелый вирус утерял большую его часть.
(С) ВИЧ-2.
(E) Разнообразие форм вируса. Особенно интересна частица в правом нижнем углу, в которой образовалось два капсида. Такое редко случается в естественных условиях, это обычно артефакт производства вируса в клеточных линиях.
Кстати, о странных вирусах. Клетки MT4 отличаются тем, что вирус в них реплицируется как бешенный, раз в 10 быстрее, чем в других. Они просто все вздуваются производя огромные количества вирусных частиц. Ну и вирусы в результате часто получаются странные, как например в статье [7].
Картинка 13. Двойными стрелками показаны странные вирусные частицы, более крупные по размеру чем обычно и часто содержащие два капсида.
Зато в этих клетках можно наработать очень много вируса и потом аккуратно его почистить, слегка обработать детергентом (чтобы вскрыть вирусную мембрану) и получить красивые чистые капсиды.
Картинка 14. Хорошо видна конусовидная структура капсида ВИЧ.
Картинка 15. Тут мы имеем одно из подтверждений того, что наблюдаемые нами частицы действительно являются ВИЧ. Антитела к ВИЧ были связаны с частицами золота (черные точки) и нанесены на срез. Несвязавшиеся частицы были смыты. Появление черных точек (частицы золота) над этим пузырьком говорит о том, что в нем находятся белки ВИЧ. Подобных картинок еще много в статье [10], но я их приводить тут уже не буду.
Кстати, помните намеки на тройную организацию белка оболочки ВИЧ на картинке 5? На картинке из статьи [12] это видно намного лучше.
Картинка 16. 3D томография электронным микроскопом позволяет делать множественные «срезы» через вирус. Тут от верхнего левого угла к нижнему правому мы движемся через срезы вирусной частицы, сделанные сверху вних. Видно, что на поверхности вируса находится белок оболочки, являющийся тримером (треугольная форма). На срезах через середину вируса видно, что белок оболочки сбоку выглядит как грибок — тонкая ножка около мембраны заканчивается шляпкой.
На этом мы заканчиваем просто разглядывание вируса и переходим к его изучению.
Часть 2. Изучаем вирус.
Сила «обратной генетики» в микробиологии заключается в том, что имея геном вируса мы можем делать в нем мутации и смотреть, что с ним происходит, как это было сделано в статье [5].
Картинка
lj-editors.livejournal.com
