바이러스학

이미징과 샘플 전처리를 위한 라이카 솔루션은 바이러스 유입 및 융합, 게놈 통합, 바이러스 복제, 조합 및 바이러스 증식 조사를 돕습니다.

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바이러스에 감염된 조직 및 세포를 대상으로 감염 메커니즘을 이해하고 질병 치료를 개발하는 연구는 보건에 큰 영향을 미칩니다. 이미징과 샘플 전처리를 위한 라이카 솔루션은 바이러스 유입 및 융합, 게놈 통합, 바이러스 복제, 조합 및 바이러스 증식 조사를 돕습니다. 제대로 준비된 시료를 분석해 획득한 데이터는 관련 세포 메커니즘 및 면역 반응을 연구하는 데에도 중요합니다. 궁극적인 목표는 개입 전략을 개발하는 것입니다.

바이러스 검사는 생검부터 단일 비리온 수준까지 이루어집니다. 지금까지 연구된 가장 일반적인 바이러스로는 인플루엔자, 코로나바이러스(SARS-CoV-2, COVID-19 등), 헤르페스, 간염, 뎅기열, 지카, HIV, 광견병 및 에볼라 등이 있습니다.

바이러스 감염 프로세스의 숙주 측면

바이러스 연구 모델에는 유기체가 종종 사용되지만, 이러한 유기체는 인간 숙주 형태와 흡사하지 않습니다. 따라서 연구원들은 인체 조직, 생검 또는 세포 배양 연구에 더 자주 의존합니다.

체외 감염 모델은 조직, 생검 또는 동물 모델에서 생성할 수 있습니다. 이러한 모델은 라이카 스테레오 현미경을 사용해 조사할 수 있습니다.

세포 배양, 스페로이드 및 오가노이드는 라이카 광학(복합) 현미경을 이용해 모니터링할 수 있습니다.

THUNDER Imager와 같은 한층 더 정교한 라이카 형광 현미경으로 감염 모델, 2D 또는 3D 세포 배양에 대한 추가적인 초기 검사를 수행할 수 있습니다.

라이카마이크로시스템즈의 레이저 현미해부로 더욱 신뢰성이 높은 다운스트림 유전자 분석을 수행하여 특정 세포를 주변 조직과 분리할 수 있습니다.

라이카 솔루션으로 연구한 바이러스 응용 분야의 예를 이  애플리케이션 노트에서 확인해보세요: 바이러스 연구 현미경.

숙주 세포에 있는 바이러스의 복제 주기입니다. 세포 표면의 수용기 결합으로 시작합니다. 침투 후 바이러스의 내부 물질이 세포로 방출됩니다. RNA(RNA 바이러스)는 단백질로 직접 변화할 수 있지만 DNA(DNA 바이러스)는 먼저 전사해야 합니다. 또한 바이러스 게놈은 핵이나 소위 바이러스 공장이라고 부르는 곳에서 복제됩니다. 그 다음에는 바이러스 성분이 조합되어 정상 비리온을 만듭니다. 그리고 최종적으로 세포외배출, 원형질막 또는 용해 중 하나를 통해 세포로부터 나갑니다.
숙주 세포에 있는 바이러스의 복제 주기입니다. 세포 표면의 수용기 결합으로 시작합니다. 침투 후 바이러스의 내부 물질이 세포로 방출됩니다. RNA(RNA 바이러스)는 단백질로 직접 변화할 수 있지만 DNA(DNA 바이러스)는 먼저 전사해야 합니다. 또한 바이러스 게놈은 핵이나 소위 바이러스 공장이라고 부르는 곳에서 복제됩니다. 그 다음에는 바이러스 성분이 조합되어 정상 비리온을 만듭니다. 그리고 최종적으로 세포외배출, 원형질막 또는 용해 중 하나를 통해 세포로부터 나갑니다.

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바이러스 연구를 위한 고해상도 형광 이미징

고해상도 현미경 검사법은 원인 바이러스나 병원균을 추적할 수 있기 때문에 감염성 질병 연구에서 가치가 있습니다. 세포 또는 바이러스 성분의 형광 라벨링과 결합하여 감염 과정의 여러 측면을 조사할 수 있습니다.

따라서, 초고해상도를 얻을 수 있는 레이저 스캐닝 공초점 및 전체 내부 반사 형광(TIRF) 현미경 두 가지가 바이러스 연구를 위한 최선의 도구입니다.

다광자 및 광시트 현미경과 같은 첨단 현미경 기법을 사용하면 조직 절편, 동물 모델, 오가노이드 같은 3D 감염 모델 등 다양한 상황에서 발생하는 감염 이벤트에 액세스할 수 있습니다.

라이카 현미경은 STELLARIS 공초점 플랫폼 및 TIRF 솔루션 등으로 바이러스 연구와 관련된 3D 시료 연구에 도움을 드립니다.

Coomer et al에서 조정된 이미지 및 다이어그램. PLOS Pathogen (2020) 16(2): e1008359, DOI: 10.1371/journal.ppat.1008359

Image illustrating doubled-labelled HIV pseudovirus particles decorated with JRFL Env (HIV-1JRFL) losing DiD signal (red) and maintaining immobile eGFP signal (green) when attempting fusion in 2-deoxyglucose (2-DG) treated TZM-bl cells, suggesting arrest at hemifusion. Diagram illustrating the concept of single-particle tracking with double-labelled virions with DiD and eGFP-gag. Image recorded with a SP8 X SMD confocal microscope.
이미지 설명: 이중 라벨링된 HIV 슈도바이러스 입자를 JRFL Env(HIV-1JRFL)로 칠한 모습입니다. TZM-bl 세포를 처리하는 2-탈산포도당(2-DG)에서 융합을 시도할 때 DiD 신호(빨간색)를 잃고 부동의 eGFP 신호(초록색)를 유지하며 반융합 상태에서 중단됨을 나타냅니다. 다이어그램 설명: DiD 및 eGFP-gag로 이중 라벨링된 비리온을 사용해 단일 입자 추적의 개념을 나타냅니다. SP8 X SMD 공초점 현미경으로 촬영한 이미지입니다.

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바이러스의 초미세구조

바이러스 초미세구조를 평가하려면 1nm에 가까운 해상도가 필요합니다. 현재 이 정도의 해상도 수준은 전자 현미경으로만 얻을 수 있습니다. Cryo EM은 나노미터 미만의 해상도도 구현할 수 있습니다.

초미세구조 해상도를 사용하면 숙주와 바이러스 간의 나노급 상호작용을 실제로 볼 수 있을 뿐만 아니라 다양한 분석 기술의 결과를 확인하고 잠재적인 약물 표적 부위를 식별할 수 있습니다. 또한 바이러스 입자 상호 작용 중에 표적 세포 표면 수용체의 리간드 또는 소분자는 백신과 바이러스 유입 억제제의 구조 유도 설계의 핵심입니다.

기존의 방식 및 cryo EM에는 샘플 전처리가 중요합니다. 여기에는 특별한 장비와 전문 지식이 필요한데, 라이카마이크로시스템즈는 EM 샘플 준비를 위한 광범위한 포트폴리오를 제공하는 것은 물론 라이카 전문가로부터 조언을 받을 수 있습니다.

Cryo-electron micrograph of subviral particles of a common cold virus bound to liposomes. Courtesy of Mohit Kumar and Dieter Blaas, MFPL, Vienna (Austria)
리포좀에 결합된 일반적인 감기 바이러스의 서브바이러스 입자에 대한 초저온 현미경 사진입니다. 제공: Mohit Kumar and Dieter Blaas, MFPL, Vienna(Austria)

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