Цикл репликации SARS-CoV-2 в 3D

Replication cycle of SARS-CoV-2 in 3D0

Джулиан Хеннис/EMBL

Зараженные клетки были визуализированы с помощью фокусированной ионной сканирующей электронной микроскопии-мощного метода, позволяющего выявить организацию клетки на субклеточном уровне в 3D. На этом изображении субволюм одной клетки был сегментирован для отображения мембраносвязанных органелл (серым цветом) и двухмембранных везикул (красным цветом)-вирусспецифического компартмента, где вирусный геном реплицируется в больших количествах.

Replication cycle of SARS-CoV-2 in 3D1

Янник Шваб/EMBL

Часть инфицированной клетки наблюдается с помощью просвечивающей электронной микроскопии, в которой специфические структуры SARS-CoV-2 (красным цветом, на зеркальном изображении справа) могут быть обнаружены уже через шесть часов после заражения. Геном вируса реплицируется в большом количестве копий в двух мембранных слоях, образуя большой воздушный шар (крупные структуры красного цвета), который образует очень экранированный отсек. Новые вирионы (небольшие структуры красного цвета) образуются почкованием на границе эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи.

Предыдущий Следующий

Newswise — поскольку глобальная пандемия коронавируса продолжается, ученые не только пытаются найти вакцины и лекарства для борьбы с ней, но и постоянно узнают больше о самом вирусе. «К настоящему времени мы можем ожидать, что коронавирус станет сезонным», — объясняет Ральф Бартеншлагер, профессор кафедры инфекционных заболеваний и молекулярной вирусологии Гейдельбергского университета. «Таким образом, существует настоятельная необходимость в разработке и внедрении как профилактических, так и терапевтических стратегий борьбы с этим вирусом.» В новом исследовании Бартеншлагер при содействии команды Шваба из EMBL Heidelberg и с использованием основного центра электронной микроскопии EMBL провел детальный анализ изображений, чтобы определить, как вирус перепрограммирует инфицированные клетки.

Клетки, инфицированные SARS-CoV-2, умирают довольно быстро, всего за 24-48 часов. Это указывает на то, что вирус наносит вред человеческой клетке таким образом, что она перестраивается и по существу вынуждена производить вирусное потомство. Поэтому основная цель проекта заключалась в выявлении морфологических изменений внутри клетки, которые присущи этому перепрограммированию. «Разработка лекарств, которые подавляют репликацию вируса и тем самым последствия инфекции, а также вызванную вирусом гибель клеток, является ключом к лучшему пониманию биологических механизмов, управляющих циклом репликации вируса», — объясняет Бартеншлагер. Команда использовала средства визуализации в EMBL и современные методы визуализации для определения 3D-архитектуры инфицированных SARS-CoV-2 клеток, а также изменений клеточной архитектуры, вызванных вирусом.

Команда смогла создать 3D-реконструкцию целых клеток и их субклеточных компартментов. «Мы предоставляем критическую информацию о вызванных вирусом структурных изменениях в изученных клетках человека», — объясняет Ральф Бартеншлагер. Снимки выявили очевидные и масштабные изменения в эндомембранных системах инфицированных клеток — системе, которая позволяет клетке определять различные компартменты и участки. Вирус индуцирует мембранные изменения таким образом, что он может производить свои собственные органеллы репликации. Это мини-реплицирующие компартменты, где вирусный геном чрезвычайно усиливается. Для этого вирусу требуются мембранные поверхности. Они создаются путем использования клеточной мембранной системы и создания органеллы, которая имеет очень отчетливый внешний вид. Ученые описывают его как массивное скопление пузырьков: два мембранных слоя, образующих большой воздушный шар. Внутри этих шаров — которые образуют очень защищенный отсек — вирусные геномы размножаются и высвобождаются, чтобы стать включенными в новые вирусные частицы.

Это поразительное изменение можно увидеть в клетках только через несколько часов после заражения. «Мы видели, как и где вирус реплицируется в клетке, и как он захватывает свои механизмы хозяина, чтобы высвободиться после размножения», — говорит Шваб. До сих пор мало что было известно о происхождении и развитии эффектов, которые вызывает SARS-CoV-2 в организме человека. Это включает в себя отсутствие знаний о механизме, с помощью которого инфекция приводит к гибели инфицированных клеток. Обладание этой информацией сейчас будет способствовать разработке методов лечения, снижающих репликацию вируса и, следовательно, тяжесть заболевания.

Команда позаботилась о том, чтобы собранная информация и, в частности, беспрецедентное хранилище 3D-структурной информации о вирусных субструктурах могли быть использованы всеми желающими. «Я считаю, что мы создаем прецедент в том, что мы делимся всеми данными, которые мы произвели с научным сообществом. Он представляет собой впечатляющий ресурс для сообщества», — говорит Янник Шваб. «Таким образом, мы можем поддержать глобальные усилия по изучению того, как SARS-CoV-2 взаимодействует со своим хозяином.» Команда надеется, что собранная ими информация поможет в разработке противовирусных препаратов.

Команде удалось провести исследование в невероятно короткие сроки, несмотря на сложные обстоятельства. «Половина мира — и, конечно же, Гейдельберг — были полностью изолированы, и нам приходилось импровизировать почти ежедневно, чтобы приспособиться к ситуации. Будь то в EMBL или из дома, все были глубоко вовлечены и щедро отдавали свое время и глубокие знания», — говорит Шваб. «Скорость, с которой мы работали, и объем данных, которые были получены, замечательны.»

###

СМ. ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Коронавирус-2