듀크 연구진은 강력한 현미경을 사용하여 코로나바이러스의 아킬레스건을 검색합니다.
게시 날짜:더럼 – 듀크대학교의 연구실 대부분은 향후 코로나19 코로나바이러스의 전파를 방지하기 위해 폐쇄되지만, 계속 열려 있는 몇 안 되는 연구실 중 하나는 다음과 같습니다. 공유 재료 계측 시설 (SMIF)에는 Duke 공유 클린룸 및 특성화 시설이 있습니다. 그리고 일반적인 550명 이상의 SMIF 사용자 중 소수만이 현재 시설에서 코로나19 연구 작업을 할 수 있습니다.
SMIF의 핵심 장비 중 하나는 수백만 달러 규모의 저온전자현미경(cryo-EM)인 Titan Krios입니다. 이 현미경은 수십만 개의 분자 이미지를 촬영하여 원자 수준의 세부적인 단백질을 "볼" 수 있습니다. 생물학적 표본을 분석하고 이를 강력한 소프트웨어로 분류하고 평균화하여 3D 이미지를 생성하고 궁극적으로 단백질 모델을 생성합니다.
그리고 이러한 원자 수준의 이미지를 생성하는 기계를 유지하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 코로나바이러스 시대에 복잡한 기계는 타이탄 크리오스(Titan Krios)가 상주하는 SMIF의 이사인 Mark Walters와 SMIF 직원의 극저온 EM 전문가인 Holly Leddy라는 두 명의 엔지니어만이 전적으로 지원하고 있습니다.
코로나바이러스의 경우 듀크 의과대학의 과학자 프리얌바다 아차리아(Priyamvada Acharya)와 그녀의 팀은 크리오스를 사용하여 코로나바이러스 스파이크 단백질의 구조를 확인하고 있습니다. 이 단백질은 튀어나와 숙주와 부착되어 바이러스가 인간 안으로 들어가는 것을 돕는 바이러스의 일부입니다. 세포.
"우리는 이 정보를 사용하여 기본 수준에서 스파이크가 어떻게 기능하는지 자세히 배우고 이 지식을 백신 설계에 적용하고 있습니다"라고 의과대학 외과 부교수이자 해당 부문 책임자인 Acharya 박사는 말했습니다. Duke Human Vaccine Institute의 구조 생물학 박사.
스파이크의 구조와 기능에 대한 더 나은 이해는 팀이 백신 개발에 사용될 수 있는 코로나19 환자의 혈액에서 항체를 추출하는 분자 후크를 개발하는 데 도움이 될 것입니다.
Acharya는 HIV 백신 개발을 위해 비슷한 접근 방식을 사용해 왔습니다.
“Cryo-EM은 분자간 상호 작용의 세세한 세부 사항을 신속하게 파악하는 데 도움이 되며, 이를 통해 이러한 상호 작용을 조작하여 면역 체계가 보호 항체를 생성하도록 촉발하는 최고의 백신을 만드는 도구를 제공합니다.”라고 그녀는 말했습니다.
그러나 이러한 세세한 세부 사항을 파악하는 것은 생각보다 어렵고 관련된 모든 사람의 안전을 유지하기 위해 필요한 직원 및 거리두기 제한으로 인해 더욱 어려워집니다. 예를 들어, Titan Krios의 샘플 챔버는 샘플을 작동하기에 충분히 낮은 온도로 유지하기 위해 지속적으로 액체 질소를 소비합니다. 따라서 "cryo"라는 용어가 사용되었습니다. 그리고 그것은 배고픈 짐승입니다. 기계는 약 5일마다 액체질소가 담긴 대형 용기를 통과합니다.
Walters는 “건물이 잠겨 있고 직원 수가 크게 줄어들었기 때문에 Holly나 내가 Airgas 질소를 실험실로 배송하기 위해 여기에 있을 때 배송품이 도착할 수 있도록 긴밀히 조정해야 합니다.”라고 말했습니다. “우리는 또한 연구원들을 돕는 동안 일정에 시차를 두고 사회적 거리두기를 실천해야 합니다.”
예를 들어, Cryo-EM 제어실에는 한 번에 두 사람만 허용되며, 두 사람은 서로 최소 6피트 거리를 유지해야 합니다. 이는 한 사람이 조종 장치를 작동하고 다른 사람은 6피트 이상 뒤에 서 있다는 의미입니다. 또한 최소한 매일 키보드와 컨트롤을 닦고 만질 때 장갑을 착용합니다. 그러나 샘플을 기계에 로드하고 초기 정렬이 수행되면 거의 모든 다른 기능을 원격으로 제어할 수 있습니다.
"Cryo-EM을 사용하는 일반적인 실험에서는 Holly가 샘플을 로드한 다음 물러서서 연구원들이 정렬하고 실행을 설정하는 데 도움을 줄 수 있습니다."라고 Walters는 말했습니다. "그런 다음 설정이 완료되면 떠나면 연구원과 저는 원격으로 데이터 수집을 실행하고 모니터링할 수 있습니다."
이러한 어려움과 복잡성에도 불구하고 기계를 계속 작동시키는 것이 번거로움을 감수할 가치가 있다는 데 모두가 동의합니다. 이번 작업은 의과대학과 프랫 공과대학(SMIF가 위치한 곳)이 어떻게 서로를 지원하고 중요한 코로나19 연구에 협력하는지 보여주는 훌륭한 예입니다.
"우리가 안전하고 효과적인 코로나19 백신 개발을 향해 나아가면서 예방접종에 사용해야 하는 바이러스의 어떤 부분을 이해하는 것이 절대적으로 중요합니다."라고 MIT 기초 과학 부학장인 Colin Duckett은 말했습니다. 약. “올바른 부분은 유해한 부작용 없이 바이러스에 감염된 세포를 죽일 수 있도록 면역 체계를 훈련시키게 되지만, 핵심 단백질, 특히 스파이크 단백질의 활성 구조를 아는 경우에만 이를 알아낼 수 있습니다. Acharya 박사의 그룹이 등장하는 곳이 바로 여기입니다. Acharya 박사와 그녀의 팀이 그토록 빠르게 이룩한 진전은 그야말로 놀랍습니다.”