Морфология вирусов и электронная микроскопия

Большинство вирусных частиц слишком малы, чтобы их можно было увидеть с помощью светового микроскопа, поэтому описание морфологии вирусов — размера, формы и особенностей поверхности вириона — зависит от электронной микроскопии. Путем визуализации негативно окрашенных или замороженных-гидратированных частиц электронная микроскопия выявляет спиральные палочки, икосаэдрические оболочки, сферические частицы с оболочкой и сложные формы, предоставляя как описательный словарь для вирусов, так и основу для их распознавания.

Definition

Морфология вируса — это размер, форма, симметрия и поверхностная архитектура вирусной частицы, характеризуемые главным образом электронной микроскопией, методом визуализации, который позволяет разрешать субсветомикроскопические размеры вирионов.

Scope

Эта статья охватывает основные морфологии вирусов и методы электронной микроскопии, используемые для их визуализации, включая негативное контрастирование и криоэлектронную микроскопию, роль морфологии в описании и распознавании вирусов, а также сильные стороны и ограничения электронной микроскопии как описательного и диагностического инструмента. Это методологический и структурный справочник, а не клиническое руководство.

Core questions

• Почему для наблюдения большинства вирусов необходима электронная микроскопия?
• Какие основные морфологические формы принимают вирусы?
• Чем отличаются электронная микроскопия с негативным контрастированием и криоэлектронная микроскопия?
• Что может дать морфология для распознавания или описания вируса?
• Каковы ограничения электронной микроскопии как описательного метода?

Key concepts

• Масштаб размера вириона (нанометры)
• Спиральная морфология
• Икосаэдрическая морфология
• Оболочечные и плеоморфные частицы
• Сложная морфология
• Электронная микроскопия с негативным контрастированием
• Криоэлектронная микроскопия
• Универсальное (открытое) обнаружение

Mechanisms

Поскольку вирионы обычно имеют размер от десятков до нескольких сотен нанометров, они находятся ниже разрешающей способности световой микроскопии и требуют гораздо более короткой длины волны электронного пучка для визуализации. В электронной микроскопии с негативным контрастированием частицы окружены электронно-плотным красителем, который очерчивает их форму, быстро выявляя спиральную, икосаэдрическую, оболочечную или сложную морфологию. Криоэлектронная микроскопия вместо этого визуализирует частицы, замороженные в стекловидном льду, сохраняя нативную структуру и, в сочетании с усреднением изображений, разрешая архитектуру капсида в мельчайших деталях. Морфология обеспечивает быстрый, открытый способ распознавания широкого типа присутствующего вируса без предварительного знания его идентичности, дополняя молекулярные методы.

Clinical relevance

Электронная микроскопия исторически позволила открыть и описать многие вирусы и остается универсальным методом, способным выявить неожиданный агент по его форме; она используется в справочных и исследовательских условиях наряду с молекулярной диагностикой. Эта статья описывает морфологию и методы визуализации для справки и не предоставляет диагностических протоколов или рекомендаций по лечению.

History

Электронный микроскоп сделал вирусы непосредственно видимыми впервые в конце 1930-х и 1940-х годов, а негативное контрастирование с 1950-х годов позволило проводить быстрое морфологическое исследование вирусных частиц, способствуя открытию и группировке многих вирусов. Методы реконструкции изображений, разработанные Клугом и его коллегами, а затем криоэлектронная микроскопия, постепенно повышали разрешение, при котором можно было исследовать вирусную архитектуру.

Key figures

• Aaron Klug
• Donald Caspar
• Stephen Harrison
• Cynthia Goldsmith
• Sara Miller

Seminal works

• goldsmith-2009
• harrison-1983
• caspar-klug-1962

Frequently asked questions

Почему большинство вирусов нельзя увидеть в обычный световой микроскоп?

Большинство вирионов имеют размер всего от десятков до нескольких сотен нанометров, что значительно ниже предела разрешения микроскопии видимого света; электронная микроскопия использует электронный пучок гораздо более короткой длины волны для разрешения таких малых частиц.

В чем преимущество электронной микроскопии как способа обнаружения вирусов?

Это открытый, универсальный метод: поскольку он выявляет частицы по их форме без необходимости использования вирус-специфических реагентов, он может идентифицировать широкий тип неожиданного или неизвестного вируса, дополняя целенаправленные молекулярные тесты.