一种观察病毒作用的新方法：超分辨率显微镜提供纳米级外观

斯坦福大学的一个团队在《自然通讯》上报道，对严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型病毒如何在细胞中复制的新的纳米尺度研究可能会在药物开发中提供更高的精度。利用先进的显微镜技术，研究人员制作了可能是病毒RNA和复制结构最清晰的图像，他们看到这些图像在感染细胞的细胞核周围形成球形

斯坦福大学工程与医学院生物工程副教授、该论文的共同高级作者Stanley Qi说：“我们以前从未见过新冠病毒以如此高的分辨率感染细胞，也知道我们正在观察什么。”。“随着时间的推移，能够以这种高分辨率知道你在看什么，从根本上有助于病毒学和未来的病毒研究，包括抗病毒药物的开发。”

闪烁的RNA

这项工作阐明了病毒在宿主细胞内活动的分子尺度细节。为了传播，病毒基本上接管了细胞，并将其转化为病毒生产工厂，完成了特殊的复制细胞器。在这个工厂里，病毒RNA需要一次又一次地自我复制，直到收集到足够的遗传物质，转移出去感染新细胞，并重新开始这个过程

斯坦福大学的科学家们试图以迄今为止最清晰的细节揭示这一复制步骤。为此，他们首先用不同颜色的荧光分子标记病毒RNA和复制相关蛋白。但在传统显微镜下，仅对发光的RNA进行成像就会产生模糊的斑点。所以他们添加了一种暂时抑制荧光的化学物质。然后，这些分子会随机闪烁，一次只亮起几个。这使得更容易精确定位闪光，从而揭示单个分子的位置

研究人员使用激光、强大的显微镜和每10毫秒拍摄一次照片的相机，收集了闪烁分子的快照。当他们将这些图像组合在一起时，他们能够制作出精细详细的照片，显示病毒RNA和细胞中的复制结构

“我们有高度敏感和特异的方法，也有高分辨率，”共同首席作者、斯坦福大学化学博士后学者Leonid Andronov说。“你可以在细胞内看到一个病毒分子。”

由此产生的分辨率为10纳米的图像揭示了病毒如何在细胞内自我复制的最详细视图。图像显示，品红色RNA在细胞核周围形成团块，积聚成一个大的重复图案。“我们是第一个发现病毒基因组RNA以高分辨率形成不同球状结构的人，”共同首席作者、斯坦福大学生物工程博士后学者韩梦婷说

该论文的共同高级作者、人文与科学学院的Harry s.Mosher化学教授W.E.Moerner说，这些集群有助于显示病毒是如何躲避细胞防御的。“它们被收集在一层膜内，将它们与细胞的其他部分隔离开来，这样它们就不会受到细胞其他部分的攻击。”

视频显示不同颜色的荧光标签忽亮忽灭，揭示了单个分子更精确的位置。来源：Leonid Andronov，Moerner Laboratory

纳米药物测试

与使用电子显微镜相比，由于闪烁的荧光标签，新的成像技术可以让研究人员更确定地知道病毒成分在细胞中的位置。它还可以提供细胞过程的纳米级细节，这些细节在通过生物化学测定进行的医学研究中是看不见的

Moerner说，传统的技术“与这些物体在细胞中实际位置的空间记录完全不同，分辨率要高得多”。“基于荧光标记，我们有一个优势，因为我们知道我们的光来自哪里。”

准确地了解病毒是如何感染的，这对医学来说是有希望的。观察不同的病毒如何接管细胞可能有助于回答一些问题，例如为什么一些病原体会产生轻微症状，而另一些则会危及生命。超分辨率显微镜也有利于药物开发。韩说：“这种复制细胞器的纳米级结构可以为我们提供一些新的治疗靶点。”。“我们可以使用这种方法来筛选不同的药物，并观察其对纳米级结构的影响。”

事实上，这正是团队计划做的。他们将重复实验，看看在奈玛特韦片/利托那韦片组合包装或瑞德西韦等药物存在的情况下，病毒结构如何变化。如果一种候选药物能够抑制病毒复制步骤，这表明该药物在抑制病原体和使宿主更容易对抗感染方面是有效的

研究人员还计划绘制构成严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型的所有29种蛋白质的图谱，并观察这些蛋白质在感染期间的作用。齐说：“我们希望我们能做好准备，在下一次挑战中真正使用这些方法，快速了解内部发生了什么，并更好地理解它。”