杜克大學研究人員使用強大的顯微鏡尋找冠狀病毒的致命弱點
發布日期：達勒姆 – 儘管杜克大學的大多數研究實驗室都已關閉，以防止未來 COVID-19 冠狀病毒的傳播，但為數不多的保持開放的實驗室之一是 共享材料儀表設施 （SMIF），擁有杜克大學共享無塵室和表徵設施。在 SMIF 的 550 多名典型用戶中，現在只有少數人被允許在該設施中從事 COVID-19 研究。
SMIF 的關鍵儀器之一是價值數百萬美元的冷凍電子顯微鏡（簡稱冷凍電子顯微鏡）Titan Krios，它能夠透過拍攝數十萬張分子影像來「看到」原子級細節的蛋白質生物樣本，然後使用功能強大的軟體對它們進行分類和平均，以創建3D 影像，並最終創建蛋白質模型。
讓機器創建這些原子級圖像並不是一件容易的事。在新冠疫情期間，這台複雜的機器完全由兩名工程師提供支援：Titan Krios 所在的SMIF 主任馬克·沃特斯(Mark Walters) 和SMIF 工作人員中的冷凍電鏡專家霍莉·萊迪(Holly Leddy) 。
就冠狀病毒而言，杜克大學醫學院的科學家Priyamvada Acharya 和她的團隊正在使用Krios 來確定冠狀病毒刺突蛋白的結構，刺突蛋白是病毒突出、附著在宿主身上並幫助病毒進入人體的部分。細胞。
醫學院外科副教授兼該部門主任 Acharya 博士說：「我們正在利用這些資訊從根本上了解刺突功能的詳細信息，並將這些知識轉化為疫苗設計。」杜克人類疫苗研究所結構生物學博士。
更了解刺突的結構和功能也將有助於團隊開發分子鉤子，以從 COVID-19 患者的血液中提取抗體，可用於疫苗開發。
阿查里亞（Acharya）一直在使用類似的方法來開發愛滋病毒疫苗。
「冷凍電鏡可以幫助您快速弄清楚分子間相互作用的細節，從而為您提供操縱這些相互作用的工具，從而製造出最好的疫苗，觸發免疫系統產生保護性抗體，」她說。
但弄清楚這些細節比聽起來更難，而且為了確保每個人的安全而必須進行的人員和距離限制使情況變得更加困難。例如，Titan Krios 的樣品室持續消耗液態氮，以將樣品保持在足夠低的溫度下以進行工作——因此術語「低溫」。而且它還是一頭飢餓的野獸。該機器大約每五天就會通過一個大罐的液態氮。
沃特斯說：“由於大樓被鎖，工作人員大幅減少，我們必須密切協調，以確保當霍莉或我在這裡將空氣氮氣輸送到實驗室時，貨物就會到達。” “在幫助研究人員的同時，我們還必須錯開我們的日程安排並保持社交距離。”
例如，一次只允許兩個人進入 Cryo-EM 控制區，而這兩個人必須彼此保持至少六英尺的距離。這意味著一個人將操作控制器，而另一個人則站在六英尺以上的地方。他們還至少每天擦拭鍵盤和控制器，並在觸摸時戴上手套。然而，一旦將樣品裝入機器並執行初始對準，幾乎所有其他功能都可以遠端控制。
「使用冷凍電鏡的典型實驗是 Holly 加載樣品，然後走開，這樣我就可以進來協助研究人員進行比對和設置運行，」Walters 說。 “一旦設定完畢，我們就離開，研究人員和我可以遠端運行和監控數據收集。”
儘管存在這些挑戰和複雜性，但每個人都同意保持機器運作是值得的。這項行動是醫學院和普拉特工程學院（SMIF 所在地）如何相互支持並共同進行關鍵的 COVID-19 研究的一個很好的例子。
“As we move towards the development of a safe and effective vaccine for COVID-19, it's absolutely imperative that we understand which parts of the virus we need to use for immunization,” said Colin Duckett, vice dean for basic sciences in the School of藥物. 「正確的部分將訓練免疫系統殺死病毒感染的細胞，而不會產生有害的副作用，但只有我們知道關鍵蛋白質，尤其是刺突蛋白的活性結構，我們才能弄清楚這一點。這就是 Acharya 博士的團隊發揮作用的地方。Acharya 博士和她的團隊取得如此迅速的進展簡直是令人矚目。”