Как да хванем грипа (под обектива)

Тази история е част от нашето сътрудничество с Flu Near You за проследяване на грипа през грипния сезон 2018-2019 г. Искате ли да помогнете? Регистрирайте се на Грип близо до вас и изпратете съобщение „грип“ на 917-242-4070, за да получавате седмични напомняния и съвети.

Когато Синтия Голдсмит чуе думата „грип“, образът, който веднага изниква в съзнанието ви, не е този на подсмърчащи носове или трескави чела. Тя се сеща за възглавничка за игли във формата на футболна топка, с дебел плик, украсен с малки, тънки пръчки. Тя вижда формата на вируса.

„Не мисля за самата болест, мисля за това как изглежда“, казва Голдсмит. „След като си го визуализирам, тогава съжалявам за човека, който има грип.“

Същото важи и за всеки вирус, който Голдсмит изобразява под обектива на своя електронен микроскоп в американските центрове за контрол и превенция на заболяванията (CDC) в Атланта, Джорджия, заснемайки визуални изображения на някои от най-малките и смъртоносни агенти в света.

Откакто започна работа в CDC през октомври 1983 г. като специалист по електронен микроскоп, Голдсмит се сблъска с много инфекциозни вируси. Тя е изследвала фаталните щамове на вируса Ебола по време на избухването през 1995 г., е първата, която идентифицира, че коронавирусът е вирусът, който причинява тежък остър респираторен синдром (SARS) през 2003 г., ръководи първото сканиращо електронно микроскопско изображение на ХИВ през 1984 г. и улови 35 индивидуални проби от ортомиксовирус, който причинява грипа.Вероятно сте виждали работата на Голдсмит. Нейните изображения на вируси са показвани на първите корици на списания, учебници, новинарски уебсайтове и дори в Science Friday На многократни случаи .

„Имах късмета да разгледам много смъртоносни вируси чрез [електронна микроскопия]“, казва Голдсмит, която в хода на 35-годишната си кариера в CDC „току-що научи вирусите един по един“.

В отдела по патология на инфекциозните болести към CDC тя си сътрудничи с патолози, молекулярни биолози и изследователи. Използвайки инструменти като лабораторна микровълнова печка, фурна, която да помогне за вграждането на проби в смола, и 120 киловолтов трансмисионен електронен микроскоп, тя може да създаде различни изгледи на вируси в черно и бяло.

Предоставянето на тези изображения помага на изследователите да визуализират екземплярите, с които работят всеки ден, но остават невидими с просто око.

„Очевидно не можем да ги видим“, казва Терънс Тъмпи , микробиолог и началник на клона по имунология и патогенеза в отдела за грип на CDC, който е работил с Голдсмит. „Имате нужда от специализирано оборудване, което Синтия е обучена да използва и е наистина добра в използването му. Ние не разполагаме с такъв тип оборудване. Просто трябва да разчитаме на други анализи, за да можем да знаем, че имаме вирус.

Но Тъмпи признава, че има и личен интерес да се видят изображенията.

„Винаги е страхотно да видите визуално тези вируси“, казва той. „Мисля, че всеки се радва да види нещо, особено за първи път.“

„Мисля, че херпесният вирус [на снимката тук] е наистина красив вирус“, казва Голдсмит. „Той има централен нуклеокапсид, който е протеинът и генетичният материал, а след това някои от тях имат заобикалящ слой протеин и след това от външната страна е обвивката, която има шипове върху нея, така че просто мисля, че е хубав вирус.' кредит: Синтия Голдсмит и Джоди Блек/CDC/Public Domain През лятото на 2005 г. Тъмпи и екип от изследователи получиха тази възможност да видят един от патогените за първи път - вирусът, причинил Епидемия от испански грип през 1918 г . Вирулентният щам на грипа достигна малкия град Бревиг Мишън в Аляска, убивайки 72 от 80-те жители. През 1997г. патолог Йохан Хултин получи разрешение да получи част от белодробна тъкан на жертва, която е била запазена в продължение на десетилетия под вечна замръзналост, за да се опита да изолира грипния вирус от 1918 г. Години по-късно Тъмпи, сътрудничещият вирусолог Джефри Таубенбергер и екип от изследователи получиха разрешение да проучат тъканната проба, за да разберат по-добре гените и протеините, които допринесоха за нейната висока вирулентност.

Екипът реконструира вируса от 1918 г — бавно и внимателно секвениране на целия геном малко по малко — което кара други изследователски групи да разработват по-добри антивирусни средства.

Когато завършиха генома, Голдсмит влезе да погледне изолата и направи изображения с трансмисионния електронен микроскоп. Докато грипният вирус може да има различни форми и размери, формата на грипния вирус от 1918 г. е подобна на най-честата поява на ортомиксовирус : „частици със сферична до овална форма с изпъкнали шипове, стърчащи от повърхността на частиците“, описва Голдсмит.

„Не мисля за самата болест, мисля за това как изглежда.“

„Не съм виждал други изображения на хора, които правят [електронна микроскопия] на този вирус“, казва Тъмпи. Поредицата от изображения, направени от Голдсмит за изследването, може да са не само първите, но и единствените визуални изображения с електронен микроскоп на грипа от 1918 г., казва той.

Поредицата от изображения, които Голдсмит засне на грипния вирус от 1918 г., всички в публичното пространство, оттогава бяха широко представени в медиите, учебници и други публикации – „почти всеки вестник, който видях, беше на първата корица през октомври от 2005 г.“, казва Тъмпи.

„Нещо друго е просто да видим как тези вируси действат вътре в клетката“, казва Тъмпи. „Някои от тях можете да видите, че току-що започват да се формират, докато други е по-очевидно, че са зрели и започват да се появяват от повърхността на клетката.“

Различните техники за приготвяне на проби могат да предоставят различна информация за природата на вируса, обяснява Голдсмит. Например, отрицателното оцветяване е бърз метод, който помага на Голдсмит бързо да подготви отделни растящи вируси от партида култивирани в лаборатория клетки за изображения. Тънкият участък, от друга страна, не само дава изгледи на напречно сечение вътре в частиците, но също така дава указания за това къде расте вирусът в клетката - и местоположението на вируса я информира много за природата и вида на вируса .

Ентеровирусите, група от вируси, за които е известно, че причиняват полиомиелит и заболявания на ръцете, краката и устата, обикновено се натрупват в цитоплазмата, обяснява Голдсмит, докато коронавирусите, които заразяват носа, синусите и горната част на гърлото, нахлуват в комплекса на Голджи. „Грипните вируси пъпчат на повърхността, както и ретровирусите. Повечето ДНК вируси се възпроизвеждат в ядрото“, казва тя.

Като открива вируси в различни области на клетката, тя може по-добре да ги идентифицира. Изображенията на Голдсмит от електронния микроскоп могат да диагностицират вируси до семейството, казва тя - помагайки на изследователите да идентифицират херпесвирус, поксвирус, ортомиксовирус и т.н.

„Патолозите ще ми дадат проба, нещо, в което са получили неочаквано откритие, и мога да им дам потвърждение, че това е това“, казва тя. „Подателят може да изпрати вирус и да поиска тест за определен патоген, но се оказва, че е различен патоген, след като патолозите го разгледат и извършат всички различни тестове.“

Идентифицирането на правилния патоген за заболяване може да бъде критично, особено по време на огнища. През 2003 г. Китай беше поразен от епидемия от тежък остър респираторен синдром (SARS), сериозна форма на пневмония, която може да причини затруднено дишане и понякога смърт. Респираторният вирус се разпространи в повече от две дузини страни по света. Лаборатории по целия свят изучаваха вируса и го разглеждаха с отрицателно оцветяване. Но отрицателното петно ​​направи вирусите да изглеждат като неотличими сфери, на които липсваха детайли около повърхността, обяснява Голдсмит.

Когато Голдсмит получи клетъчни култури, култивирани от учени от CDC, тя реши вместо това да ги разгледа с тънък разрез.

„Когато го погледнах, очевидно беше коронавирус по начина, по който растеше в клетката“, каза тя. С тънкия участък тя успя да види, че вирусът се размножава в комплекса на Голджи, което я накара да заключи, че това е нов коронавирус .

Веднъж Голдсмит имаше идентифицирани вируса като коронавирус, други тестове бяха направени в CDC – имунохистохимия, PCR тестове – които потвърдиха нейното наблюдение. В рамките на три дни центърът изследва отделен изолат от различен пациент, който помогна да се потвърди, че вирусът е причинител на епидемията, казва тя.

„Първоначалното нещо, че това беше коронавирус, беше полезно за учените, за да могат да определят кой тест да използват“, казва Голдсмит.

Въпреки че това е технически процес, изображенията са поразителни - и, би казал Голдсмит, артистични.

„Ръцете ми изобщо не са артистични“, казва тя. 'Но това е изкуство.'

Голдсмит може по-късно да оцвети цифрово изображенията, за да помогне за извеждането на вируса от клетъчните остатъци. Но тя намира, че оригиналните черно-бели изображения - взети направо от обхвата - са по-завладяващи.

„Те могат да бъдат красиви, въпреки че болестта може да бъде опустошителна“, казва Голдсмит. 'Но те могат да бъдат красиви.'

*Бележка на редактора 27.03.2019 г.: Предишна версия на тази история погрешно посочи, че шиповете на коронавируса SARS могат да се видят в изображението с тънък участък. Беше коригирано и съжаляваме за грешката.