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徕卡超高分辨显微技术-病毒学相关研究应用（二）

2021.2.22

第四个应用实例，是对病毒基因组复制的观察。标题为：利用STED超高分辨显微镜观察复制的HSV-1病毒【4】。值得一提的是，本文由中科院昆明动物所周巨民老师课题组与徕卡公司合作完成。

病毒基因组复制是单纯疱疹病毒 1 (HSV-1) 溶解感染周期的重要事件。目前由于检测和观察方法的局限，病毒复制过程的细节仍难以捕捉。为了获得更加详细的 HSV-1 复制机制，本文使用了STED受激发射损耗显微镜，结合荧光原位杂交 (FISH) 和免疫荧光，对HSV-1 复制过程进行了精细观察。

作者设计了位于HSV-1病毒基因组两端的探针，分别以DIG（绿色）和Biotin（红色）进行标记，在病毒复制的早期和晚期，分别成像观察。STED成像发现，在复制的早期，红绿两色信号的共定位程度较高；而在复制后期，两个系数均发生了明显降低，表明HSV-1 基因组在复制过程中经历了从紧凑到松弛的动态结构变化，同时需要占用较大的空间进行复制。

第五个应用实例，是对病毒侵染和传播过程捕获的研究。标题为：ARP2和病毒诱导的丝状伪足促进了人类呼吸道合胞体病毒的传播【5】。

利用STED超高分辨显微镜进行成像，发现感染了RSV病毒的细胞（图A第一行，标记为A和C）外存在大量的丝状伪足（红色），且富集有大量病毒颗粒（绿色）；暗示可通过丝状伪足将RSV病毒传递给邻近细胞。而在ARP2敲除的细胞中（图A第二行），即便感染了RSV病毒，细胞的丝状伪足数量都大量减少，病毒在细胞间的传播不明显。放大图像（图B），可观察到RSV病毒主要分布在丝状伪足的尖端，进一步验证了病毒可通过诱导丝状伪足的产生来促进其在细胞间的传播。

如何进一步提高STED分辨率？
根据公式我们可以知道，通过增加STED激光功率就可直接增加图像的分辨率，这个方法最为简单；但问题是不利于活细胞成像。那么如何在不提高激光功率的前提下，进一步提高STED分辨率呢？有以下三种方法，分别是gated STED，gated STED + Lightning，和徕卡新推出的τ-STED。

以两个距离76nm的DNA Origami为例，gated STED在不改变STED激光功率的前提下，逐步缩小荧光寿命的检测范围，可逐步提高分辨率，清晰地分辨两个点信号。

对中心粒的gated STED + Lightning成像结果，分辨率（半高宽）可达22nm！

新一代STED：τ-STED，即将STED和超快速的荧光寿命相结合，实时呈现超高清分辨图像。它在已有STED优势的基础上，可以更低激光功率获得更高图像分辨率，进一步拓展荧光染料的选择，非常适合长时间的活细胞成像。

结语
徕卡STED拥有13年的研发、技术和服务经验，也具有以下突出优势特点，是病毒学研究的绝佳利器：

“纯光学”超高分辨显微技术，所见即所得
全光谱、多色超高分辨成像，提供592nm/660nm/775nm三根 STED谱线
专为STED设计的多款满足不同应用需求的物镜
使用常规荧光染料及荧光蛋白，制样简单、方便
τ-STED低光毒性，更适合活细胞超高分辨成像
快速扫描头能够更好的保护样品
LAS X Navigator能够轻松寻找目标视野

此外，整个STED是搭载在徕卡共聚焦平台上的，因此也拥有共聚焦的所有优点。相信徕卡STED超高分辨显微镜能够更多地贡献超高清图像结果，助力病毒学和生命科学研究发展。

参考文献：
【1】Chojnacki J, Staudt T, Glass B, et al. Maturation-dependent HIV-1 surface protein redistribution revealed by fluorescence nanoscopy.[J]. Science, 2012, 338(6106): 524-528.
【2】Hanne J, Gottfert F, Schimer J, et al. Stimulated Emission Depletion Nanoscopy Reveals Time-Course of Human Immunodeficiency Virus Proteolytic Maturation[J]. ACS Nano, 2016, 10(9): 8215-8222.
【3】Wang IH, Suomalainen M, Andriasyan V, et al. Tracking viral genomes in host cells at single-molecule resolution. Cell Host Microbe. 2013;14(4):468–480.
【4】Li Z, Fang C, Su Y, et al. Visualizing the replicating HSV-1 virus using STED super-resolution microscopy[J]. Virology Journal, 2016, 13(1): 65-65.
【5】Mehedi M, Mccarty T, Martin S E, et al. Actin-Related Protein 2 (ARP2) and Virus-Induced Filopodia Facilitate Human Respiratory Syncytial Virus Spread[J]. PLOS Pathogens, 2016, 12(12).

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