Hình thái virus và Kính hiển vi điện tử

Hầu hết các hạt virus quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi quang học, vì vậy việc mô tả hình thái virus — kích thước, hình dạng và các đặc điểm bề mặt của virion — đã phụ thuộc vào kính hiển vi điện tử. Bằng cách chụp ảnh các hạt được nhuộm âm tính hoặc đông lạnh-hydrat hóa, kính hiển vi điện tử cho thấy các que xoắn ốc, vỏ icosahedral, các hình cầu có vỏ bọc và các dạng phức tạp, cung cấp cả một từ vựng mô tả cho virus và cơ sở để nhận dạng chúng.

Definition

Hình thái virus là kích thước, hình dạng, đối xứng và kiến trúc bề mặt của hạt virus, được đặc trưng chủ yếu bằng kính hiển vi điện tử, kỹ thuật hình ảnh có thể phân giải các kích thước dưới kính hiển vi quang học của virion.

Scope

Mục này bao gồm các hình thái virus chính và các phương pháp kính hiển vi điện tử được sử dụng để hình dung chúng, bao gồm kính hiển vi điện tử nhuộm âm tính và kính hiển vi điện tử đông lạnh, vai trò của hình thái học trong việc mô tả và nhận dạng virus, cũng như những ưu điểm và hạn chế của kính hiển vi điện tử như một công cụ mô tả và chẩn đoán. Đây là một tài liệu tham khảo về phương pháp luận và cấu trúc, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Tại sao cần kính hiển vi điện tử để nhìn thấy hầu hết các virus?
• Virus có những dạng hình thái chính nào?
• Kính hiển vi điện tử nhuộm âm tính và kính hiển vi điện tử đông lạnh khác nhau như thế nào?
• Hình thái học có thể đóng góp gì vào việc nhận dạng hoặc mô tả một loại virus?
• Giới hạn của kính hiển vi điện tử như một phương pháp mô tả là gì?

Key concepts

• Thang kích thước virion (nanomet)
• Hình thái xoắn ốc
• Hình thái icosahedral
• Các hạt có vỏ bọc và đa hình
• Hình thái phức tạp
• Kính hiển vi điện tử nhuộm âm tính
• Kính hiển vi điện tử đông lạnh
• Phát hiện tổng quát (mở)

Mechanisms

Vì các virion thường có kích thước từ vài chục đến vài trăm nanomet, chúng nằm dưới giới hạn phân giải của kính hiển vi quang học và yêu cầu bước sóng ngắn hơn nhiều của chùm electron để có thể hình ảnh. Trong kính hiển vi điện tử nhuộm âm tính, các hạt được bao quanh bởi một chất nhuộm đậm đặc electron làm nổi bật hình dạng của chúng, nhanh chóng cho thấy hình thái xoắn ốc, icosahedral, có vỏ bọc hoặc phức tạp. Kính hiển vi điện tử đông lạnh thay vào đó hình ảnh các hạt bị đóng băng trong băng thủy tinh, bảo toàn cấu trúc tự nhiên và, khi kết hợp với việc lấy trung bình hình ảnh, phân giải kiến trúc capsid một cách chi tiết. Hình thái học cung cấp một cách nhanh chóng, không giới hạn để nhận dạng loại virus rộng rãi mà không cần biết trước danh tính của nó, bổ sung cho các phương pháp phân tử.

Clinical relevance

Kính hiển vi điện tử trong lịch sử đã cho phép khám phá và mô tả nhiều virus và vẫn là một phương pháp tổng quát có khả năng tiết lộ một tác nhân bất ngờ bằng hình dạng của nó; nó được sử dụng trong các cơ sở tham khảo và nghiên cứu cùng với chẩn đoán phân tử. Mục này mô tả hình thái và các phương pháp hình ảnh để tham khảo và không cung cấp các giao thức chẩn đoán hoặc khuyến nghị điều trị.

History

Kính hiển vi điện tử đã làm cho virus có thể nhìn thấy trực tiếp lần đầu tiên vào cuối những năm 1930 và 1940, và kỹ thuật nhuộm âm tính từ những năm 1950 trở đi đã cho phép khảo sát hình thái nhanh chóng các hạt virus, góp phần vào việc khám phá và phân nhóm nhiều virus. Các phương pháp tái tạo hình ảnh được tiên phong bởi Klug và các đồng nghiệp, và sau đó là kính hiển vi điện tử đông lạnh, đã dần dần nâng cao độ phân giải mà kiến trúc virus có thể được kiểm tra.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao hầu hết các virus không thể nhìn thấy bằng kính hiển vi quang học thông thường?

Hầu hết các virion chỉ có kích thước từ vài chục đến vài trăm nanomet, nằm dưới giới hạn phân giải của kính hiển vi ánh sáng nhìn thấy; kính hiển vi điện tử sử dụng chùm electron có bước sóng ngắn hơn nhiều để phân giải các hạt nhỏ như vậy.

Ưu điểm của kính hiển vi điện tử như một cách phát hiện virus là gì?

Đây là một phương pháp tổng quát, không giới hạn: vì nó tiết lộ các hạt bằng hình dạng của chúng mà không cần thuốc thử đặc hiệu cho virus, nó có thể xác định loại rộng của một loại virus không mong muốn hoặc không xác định, bổ sung cho các xét nghiệm phân tử có mục tiêu.