Как выглядят вирусы и бактерии под микроскопом

Смертельные вирусы и бактерии под микроскопом

• размер шрифта уменьшить размер шрифтаувеличить размер шрифта
• Печать
• Эл. почта

Многие из нас знают болезни, которые вызывают те или иные вирусы или бактерии. А как эти вирусы и бактерии выглядят под микроскопом? Смотрите!

Насчитывается 37 видов данного вируса в семействе. Коронавирус поражает не только человека, а еще свиней, крупный рогатый скот, кошек, собак и птиц. Поражает дыхательную и нервную системы, а также желудочно-кишечный тракт.

Полное название бактерии Neisseria meningitidis. Бактерия вызывает менингококковый менингит - это очень серьезное заболевание. Передается воздушно-капельным путём. Поражает слизистую оболочку носоглотки.

Бактерия, вызывает очень опасную инфекционную болезнь. Сибирской язве болеют дикие животные, домашний скот и человек. Заразиться можно от больного животного или от спор сибирской язвы.

Туберкулёз - очень опасное заболевание. Вызывается Mycobacterium tuberculosis complex. Чаще всего, туберкулёз поражает лёгкие человека или животного. Источник заражения - это люди с открытой формой заболевания.

Пожалуй, самый страшный вирус современности. Очень быстро размножается. Вирус вызывает геморрагическую лихорадку. Смертность человека составляет 42%.

Передается воздушно-капельным путем. Люди пожараются вирусом гриппа В и С. Лошади, спиньи и птицы поражаются вирусом гриппа А.

Вирус иммунодефицита человека - поражает клетки иммунной системы. Смерть наступает через 9-11 лет, если не лечиться. Но при лечении продолжительность жизни 70-80 лет. Последняя стадия ВИЧ называется СПИД.

Очень опасное заболевание, во всяком случае, в прошлом! Последний случай оспы был 26 октября 1977 года.

Этот вирус вызывает детский спинномозговой паралич - полиомиелит. Поражает серое вещество спинного мозга.

Вызывает болезнь Лайма, боррелиозы, возвратный тиф. Переносчиками бактерии являются клещи, а также человеческая и лобковая вошь.

Бубонная чума или "Черная смерть" переносится блохами, которые находятся на крысах. Поэтому не трогайте крыс - они опасны!

Штаммов кишечной палочки очень много. Большинство принадлежит к естественной микрофлоре кишечника у человека. А некоторые могут вызывать дисбактериоз, колибактериоз и острые отравления.

Эта бактерия вызывает пневмонию верхних дыхательных путей у человека.

Как выглядят вирусы под микроскопом?

Сегодня описано больше 5 тысяч вирусов, и каждый из них питается и размножается за счет других клеток, то есть паразитирует внутри организма. По мнению ученых, вирус способен выживать в экстремальных условиях, обладает разумом и хитростью. Сам по себе вирус не представляет никакой опасности, но, попадая в организм, начинает активно размножаться. Выбрав нужные клетки, он словно ввинчивает в них свой код ДНК. Это происходит настолько быстро, что с момента вторжения до первых признаков заболевания проходит менее суток.

Многие вирусы считаются смертельными. При этом даже самые безобидные могут при определенных обстоятельствах настолько мутировать, что, попав в организм, вызовут тяжелые заболевания.

Эбола — вирус, вызывающий геморрагическую лихорадку, сопровождающуюся резким повышением проницаемости сосудов. Болезнь развивается очень быстро. Человек погибает за несколько дней от массивных кровотечений.

Бешенство — болезнь, вызываемая смертельным для человека вирусом. Передается от больных животных контактным путем или через укус. Вирус в организме продвигается со скоростью 3 мм/ч и поражает, в первую очередь, нервную систему.

ВИЧ — медленное и прогрессирующее заболевание, вызванное вирусом, поражающим иммунные клетки. За несколько лет заболевание перерастает в СПИД.

Вирус полиомиелита вызывает детский спинномозговой паралич, который может развиться за 2 дня. В группу высокого риска входят дети до 7 лет. Вакцинация — лучший способ избежать заболевания.

Вирус папилломы размножается в верхних слоях кожи и является очень заразным заболеванием, вызывающим рак. Особенно опасен для людей со сниженным иммунитетом.

Оспа — высокозаразное и опасное заболевание, которое также вызывает вирус. Поражает в основном детей, вызывая различные осложнения.

Вирусы гриппа вызывают острое инфекционное респираторное заболевание верхних дыхательных путей, которое без отсутствия лечения может протекать в тяжелой форме и вызывать осложнения. Сегодня описано более 2000 видов данного вируса.

Ротавирус вызывает кишечные инфекции. Попадая в пищеварительный тракт, начинает активно размножаться в тонком кишечнике. Главная опасность — обезвоживание организма, которое может привести к печальным последствиям.

По мнению ученых, вирусы являются самым загадочным явлением на Земле. Только современные электронные микроскопы способны максимально увеличивать такие микроскопические объекты и позволяют человеку изучать их разновидности, правильно ставить диагнозы, лечить, а, самое главное, находить способы профилактики и защиты.

То, что нас окружают микробы, открыл голландский ученый Левенгук. Позже Пастер сумел установить связь между ними и многими болезнями. Микробы появились на Земле одними из первых и смогли превосходно дожить до наших дней, заселив практически каждый уголок Земного шара. Они встречаются в горячих жерлах вулканов и в вечной мерзлоте, в безводных пустынях и в водах мирового океана. Более того, они отлично устроились в других живых организмах и процветают там, порой доводя своего хозяина до смерти.

Как открыли микробов?

Антоний Левенгук придумал микроскоп и с его помощью любил разглядывать то, что невозможно увидеть невооруженным взглядом. Шел 1676 год. Как-то изобретатель решил выяснить, почему настойка перца жжет язык, взглянул на ее раствор в микроскоп и был шокирован. В капле вещества, словно в каком-то фантастическом мире, кружились, скользили, толкались или лежали неподвижно сотни палочек, шариков, спиралек, крючочков. Именно так выглядят микробы под микроскопом. Левенгук начал рассматривать в микроскоп все, что попадалось под руку, и везде обнаруживал сотни неведомых прежде существ, названных им анималькулями. Ученый соскреб со своих зубов налет и тоже глянул на него с помощью прибора. Как он позже писал, в зубном налете анималькулей было больше, чем жителей во всем Королевстве. Эти нехитрые исследования положили начало целой науке, называющейся микробиологией (фото грибка на хлебе).

Микробы - это кто или что?

Условия существования и среда обитания

Большинство известных на сегодня микробов существует в средах с умеренно теплой температурой. 40 градусов и выше они выдерживают не более часа, а при кипячении погибают мгновенно. Также для них губительны радиация и прямые солнечные лучи. Однако есть среди них экстремалы, выдерживающие даже + 400 градусов Цельсия! А бактерия флавобактин живет в стратосфере, не боясь ни холода, ни космического излучения.

Все бактерии дышат. Только одним для этого нужен кислород, а другим - углекислый газ, аммиак, водород и другие элементы. Единственное, что нужно всем микробам – жидкость. Если нет воды, им подойдет даже слизь. Таковы микроорганизмы, живущие в теле животных и человека. Подсчитано, что в каждом из нас примерно 2 кг микробов. Они есть в желудке, кишечнике, легких, на коже, во рту. Очень многочисленны микробы под ногтями (под микроскопом это прекрасно видно). В течение дня мы беремся руками за множество предметов, поселяя микробы, находящиеся на них, на свои руки. Обычное мыло большинство микробов уничтожает, но под ногтями, особенно длинными, они задерживаются и успешно размножаются (фото бактерий на коже).

Питание

Если взглянуть на микробы под микроскопом с хорошим увеличением, можно рассмотреть их строение. У них есть нуклеоид, хранящий ДНК, рибосомы, синтезирующие из аминокислот белки, и специальная мембрана. Через нее микробы впитывают пищу. Есть микробы аутотрофные, усваивающие необходимые им вещества из неорганических соединений. Есть гетеротрофные, которые могут питаться только готовыми органическими веществами. Это всем известные дрожжи, плесень, гнилостные бактерии. Пищевые продукты человека для них самая желанная среда. Есть микробы паратрофные, существующие только за счет органики других живых существ. К ним относятся все болезнетворные бактерии. Основная часть микробов, за исключением галофилов, не может существовать в среде с высокой концентрацией соли. Эта особенность используется при засолке продуктов питания (фото бактерии гонореи).

Размножение

Чем микробы отличаются от вирусов?

Некоторые думают, что вирусы и микробы - это одно и то же. Но это неправильно. Вирусы, являясь самой многочисленной формой жизни, относятся к организмам, живущим только за счет других. Если мы можем увидеть микробы под микроскопом или даже в лупу, то вирусы, которые меньше бактерий в сто раз, можно рассмотреть только в мощные электронные микроскопы. Все до единого вирусы – паразиты, вызывающие болезни человека, растений, животных и даже микробов. Последние называются бактериофагами. На Земле их гораздо больше, чем бактерий. Например, в ложке морской воды их около 250 миллионов. Морская вода потому и полезная, что содержащихся в ней бактерий убивают бактериофаги. Прикрепившись к телу бактерии, они разрушают ее оболочку и проникают внутрь. Там вирусы начинают производить себе подобных, в результате чего клетка-хозяин погибает. Так же ведут себя и вирусофаги. Это свойство используется в медицине при производстве антибиотиков (на фото - бактериофаги).

Микробы-друзья

Поразительно, но только десятая часть триллионов наших клеток – собственно человеческие. Остальные принадлежат бактериям и микробам. Данное фото микробов под микроскопом представляет бифидобактерий. Они помогают нам переваривать пищу, защищают от патогенных микробов, вырабатывают аминокислоты. Наши желудочно-кишечные бактерии приносят огромную пользу. Однако только до тех пор пока их количество строго сбалансировано. Как только каких-либо бактерий становится больше, чем надо, у человека появляются различные заболевания, от дисбактериоза до язвы желудка.

Наши злейшие враги

Шокирующее зрелище вызывают и микробы на зубах под микроскопом. Они попадают к нам в рот с едой, при поцелуях, при дыхании. Сколько их в ротовой полости, трудно сказать, если только на зубной щетке можно насчитать до 100 миллионов паразитов. Особенно, если зубная щетка хранится в одном помещении с унитазом. Микробы во рту являются виновниками кариеса, пародонтоза, инфекционных заболеваний. Помешать их деятельности можно регулярной чисткой зубов и языка, а после каждого приема пищи - полосканием рта бактерицидными препаратами.

Родители, приходящие в магазины оптических товаров с детьми, часто спрашивают, можно ли рассмотреть микробы на руках под микроскопом и как это сделать. Такой эксперимент возможен, но он требует времени и покупки ряда предметов, используемых в микробиологических лабораториях.

Как выглядят микробы под микроскопом?

Ну, а если вы готовы провести самостоятельный эксперимент, вам понадобится хороший учебный микроскоп.

Какой микроскоп годится для изучения бактерий?

Для изучения бактерий подойдёт любой биологический микроскоп. Можно приобрести школьный. Желательно не покупать самый дешёвый детский микроскоп с пластиковой оптикой. Поскольку школьные микроскопы предназначены для биологических опытов, в них установлена стеклянная оптика. Приобретайте инструмент с металлическим корпусом, потому что он более прочный и устойчивый.

Увидеть бактерии в микроскоп можно при увеличении от 160 крат и выше. Для работы с микроорганизмами вам будет достаточно биологического микроскопа с увеличением до 400 крат. Но если есть возможность — приобретите микроскоп с максимальным увеличением 800 крат или выше.

Можно ли увидеть микробы на руке в микроскоп?

• чашка Петри (стеклянная круглая посуда с высокими краями);
• вода дистиллированная (она продаётся в аптеках и в магазинах автомобильных товаров);
• агар (специальная питательная среда для выращивания микробов);
• несколько ватных палочек.

Чашку Петри нужно поставить в духовку, нагрев её до температуры 150С. 15 минут будет достаточно для того, чтобы уничтожить микробы в чашке и сделать её стерильной. После этого надо взять немного дистиллированной воды (60 мл) и половинку чайной ложки питательной среды. Агар добавьте в воду и прокипятите полученную смесь в кастрюльке (время — 1 минута). У вас должен получиться однородный раствор, без осадка и комочков. Горячий раствор вылейте в чашку Петри, заполнив её до половины. Посуду нужно закрыть, чтобы среда оставалась стерильной.

Дайте раствору полностью остыть. Остывшая масса будет выглядеть в виде застывшего желе. Питательная среда для микробов готова. Далее возьмите сухую ватную палочку, соберите с её помощью грязь с рук и проведите палочкой несколько раз по желеобразной массе в чашке. Не надавливайте сильно, должны получиться лёгкие мазки. Теперь заверните чашку в кусок плотной ткани и и положите в отдельную коробку. Ёмкость поставьте в сухое и тёплое место: можно оставить коробку у батареи. Температура должна быть не меньше 20С.

Спустя 3-4 дня откройте чашку. Вы увидите выросшие колонии различных микроорганизмов и даже грибков. Всё это постоянно обитает на руках человека. Далее можно изучать материал под микроскопом.

Приготовление простого микропрепарата

Для приготовления простого микропрепарата вам понадобятся:

• два стекла: предметное и покровное;
• ватная палочка.

Стёкла должны быть сухими и чистыми, как и палочка. Предметное стекло нужно положить на ровную поверхность рядом с чашкой и взять из неё ватной палочкой немного материала. Теперь аккуратно поместите биоматериал на предметное стёклышко, а сверху накройте препарат покровным стеклом. Прижимать его не нужно. Попробуйте рассмотреть полученный образец под микроскопом, поместив его на предметный столик инструмента. С препаратом обращайтесь осторожно, чтобы не сдвинуть стёкла и не повредить его.

Методики окрашивания препаратов в домашних условиях

Есть микробы, которые трудно рассмотреть без предварительного окрашивания препарата. В микробиологических лабораториях иногда применяют сложные составы для окрашивания, но дома вы можете воспользоваться обычным раствором Люголя, который всегда продаётся в аптеке. В его состав входят йодид калия и йод. Поместите на предметное стекло с помощью пипетки пару капель дистиллированной воды, а затем добавьте к ней каплю раствора. Осталось добавить к раствору образец — и он будет хорошо виден под микроскопом. Вместо раствора Люголя также подойдёт фиолетовый кристаллик или метиленовый синий.

Поскольку на наших руках всегда есть следы пота и жира, все работы по приготовлению микропрепарата лучше проводить в медицинских перчатках. Так на стёклах не останется следов, а результаты ваших исследований будут более достоверными. Кроме того, желательно не прикасаться к стёклам пальцами до проведения экспериментов, чтобы на них не осталось жирных следов. Если вы, всё же, хотите переместить стекло с места на место, не надевая перчаток, осторожно берите его за краешки, стараясь не касаться гладкой поверхности. Эти простые манипуляции позволят вам получить максимально чёткое изображение.

• ВМФ (41)
• ЖЗЛ (29)
• СССР (28)
• самоучитель (24)
• Женщины известные и знаменитые (21)
• корабли (20)
• Спорт (18)
• Армия (15)
• Интересно (13)
• Стрелковое оружие (11)
• поэзия (10)
• ВМФ СССР (6)
• Архитектура (6)
• фото (5)
• здоровье (5)
• достопримечательности (4)
• поэзия (4)
• творчество (3)
• погребок (3)
• круиз (3)
• космос (3)
• кино (3)
• фигурное катание (2)
• фото мастеров (2)
• Алые паруса (2)
• Астрономия (2)
• События. Новости (2)
• (0)
• деревня (3)
• живопись (51)
• женские образы (34)
• море (2)
• история (26)
• личности (38)
• портреты (4)

Болезнетворные микроорганизмы (вирусы, бактерии и многие другие) могут вызывать тяжелые инфекционные заболевания, преодолевая естественную сопротивляемость организма человека.

Инфекционные заболевания вызываются живыми организмами, способными видоизменяться и эволюционировать. Этот процесс у микроорганизмов происходит значительно быстрее, чем у людей, позволяя вирусам и бактериям находить новые способы противостоять лекарственным препаратам.

Бактерия туберкулёза, увеличенная в 10 тысяч раз. Туберкулёз — широко распространённое в мире инфекционное заболевание человека и животных, вызываемое различными видами микобактерий, как правило, видами Mycobacterium tuberculosis complex.

Микроскопические частицы Коронавирусов. Коронавирусы — семейство, включающее около одиннадцати видов вирусов, поражающих человека, кошек, птиц, собак, крупный рогатый скот и свиней.

Бактерия Neisseria meningitidis, которая вызывает тяжёлое заболевание - менингококковый менингит. На снимке бактерия увеличена в 33 тысячи раз.

Стержень бактерии (Bacillus) сибирской язвы, увеличенный в 18 тысяч 300 раз. Сибирская язва (карбункул злокачественный, антракс) — особо опасная инфекционная болезнь сельскохозяйственных и диких животных всех видов, а также человека.

Эта красочная картина на самом деле - вирус Эбола. Вызывает геморрагическую лихорадку Эбола. Размножается так быстро, что пораженные клетки организма превращаются в кристаллоподобные блоки уплотненных частиц вируса.

Вирус гриппа, состоящий из рибонуклеиновой кислоты, окруженной нуклеокапсидой (красный) и липидной оболочкой (зеленый). Снимок увеличен в 230 тысяч раз. Вирусы гриппа А поражают человека и некоторые виды животных (лошади, свиньи) и птиц. Вирусы гриппа типов В и С патогенны только для людей.

Оспа- одно из древнейших заболеваний. В прошлом она была самой распространенной и самой опасной болезнью.

Вирусы оспы— самые крупные вирусы, содержащие ДНК, молекулярная масса которой больше, чем у любого другого вируса животных.

Цветное изображение вируса папилломы, который является причиной появления бородавок у человека. Снимок увеличен в 60 тысяч раз.

Вирус Полиомиелита: генетический материал РНК происходит в ядре каждого вируса, окруженного белковой оболочкой (синий). Полиомиели́т — детский спинномозговой паралич, острое инфекционное заболевание, обусловленное поражением серого вещества спинного мозга полиовирусом.

Цветная, сканированная микрофотография бактерии спирохеты Borrelia Burgdorferi, способной вызвать болезнь Лайма у человека, пострадавшего от укуса клеща. Болезнь Лайма - заболевание с преимущественным поражением кожи, нервной и сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата, склонное к длительному течению.

Бактерия бубонной чумы, известной также, как "Чёрная смерть", эпидемия которой бушевала в Европе в середине XIV века. Чума — острое природно-очаговое бактериальное заболевание, переносимое блохами, паразитирующими на крысах.

Бактерия кишечной палочки, которая при определенных условиях может вызвать гастроэнтерит и инфекции мочевыводящих путей. Кишечная палочка является палочковидной бактерией, принадлежащей к группе факультативных анаэробов (живет и размножается только в условиях отсутствия прямого кислорода). Кишечная палочка имеет множество штаммов, большинство из которых принадлежит к естественной микрофлоре кишечника людей и помогает предотвращать развитие вредоносных микроорганизмов и синтезировать витамин К. Но некоторые ее разновидности способны вызвать серьезные отравления, кишечный дисбактериоз и колибактериоз.

Бактерия пневмококк, способная вызвать пневмонию верхних дыхательных путей у человека с иммунодефицитом. Пневмококк является лидером среди всех возбудителей тех или иных респираторных заболеваний.

ВИЧ (СПИД)под микроскопом. ВИЧ — вирус иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ-инфекцию — заболевание, последняя стадия которого известна как синдром приобретённого иммунодефицита (СПИД).

Относящийся к данному классу атомно-силовой микроскоп оказался инструментом, подходящим для исследования биологических объектов и позволил не только визуализировать наноразмерные структуры, но и манипулировать ими. В частности, принципиально возможной оказалась манипуляция одиночными вирионами и прямое измерение сил, возникающих при их контакте с поверхностью клетки. Такие эксперименты позволяют получать подробные данные о самом первом и во многих случаях еще недостаточно исследованном этапе заражения клетки – адгезии вируса к ее поверхности. Данные исследования представляют и значительный практический интерес, т.к. могут дать ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.

Вирусы являются чрезвычайно малыми объектами – их размеры лежат в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Первым и на долгое время единственным методом прямой визуализации наноразмерных частиц стала электронная микроскопия (ЭМ), которая начала развиваться в 1930-е гг. Метод, оказавшийся очень информативным, позволил не только детально охарактеризовать структуру различных вирусов, но и исследовать процессы, происходящие в зараженной клетке.

Оказалось, что форма вирусных частиц отличается большим разнообразием: от правильных сфер до сложных структур, напоминающих кирпичи, обклеенные трубочками (вирус натуральной оспы), или щетинистых червей (вирус геморрагической лихорадки Эбола).

Вне клетки любой вирус является всего лишь молекулярным контейнером с генетическим материалом (ДНК или РНК) и вряд ли может считаться полноценным живым организмом, хотя по этому вопросу в научной среде до сих пор нет окончательной терминологической определенности.

Так, исследование репликации вируса методом просвечивающей электронной микроскопии на ультратонких срезах выглядит следующим образом: зараженные клетки обрабатывают фиксирующим раствором, обезвоживают спиртом и заливают специальной смолой. После отвердевания смолы с помощью специального прибора – ультратома – делают ультратонкие (≈ 50 нм) срезы, которые затем наносят на специальную сетку и обрабатывают растворами солей тяжелых металлов. Во время самого микроскопического исследования образец находится в вакуумной камере и подвергается действию пучка электронов с энергией в несколько десятков кэВ. Очевидно, что прижизненная визуализация в данном случае принципиально невозможна.

В течение почти полувека электронная микроскопия оставалась единственным методом визуализации наноразмерных объектов. Однако в начале 1980-х гг. эта монополия была нарушена появлением сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Основным принципом СЗМ является сканирование – прецизионное (с высокой точностью) перемещение зонда вблизи исследуемой поверхности, сопряженное с отслеживанием определенного параметра, характеризующего взаимодействие между зондом и образцом. Результатом такого сканирования является топографическая карта рельефа поверхности образца.

Первым прибором СЗМ стал сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который мог лишь весьма ограниченно использоваться для визуализации биологических объектов, так как для его работы требовалась высокая электрическая проводимость исследуемой поверхности.

В 1986 г. швейцарский физик Г. Бинниг и его коллеги создали новый прибор семейства СЗМ – атомно-силовой микроскоп (АСМ). В основе его работы лежит силовое (Ван-дер-Ваальсово) взаимодействие атомов зонда и поверхности. АСМ не требуется электрическая проводимость поверхности образца, и он может осуществлять съемку в жидкой среде. Поэтому этот прибор оказался удобным инструментом для исследования биологических объектов.

С момента появления атомно-силового микроскопа было опубликовано огромное число работ, посвященных АСМ-визуализации самых разнообразных биологических образцов. Следует все же признать, что в большинстве случаев в плане визуализации АСМ не дает ничего принципиально нового в сравнении с обычной электронной микроскопией, поэтому зачастую данный метод воспринимается биологами как техническая экзотика, а не как полноценный исследовательский инструмент.

Однако важнейшим, пусть и почти единственным преимуществом визуализации биологических объектов при помощи АСМ по сравнению с электронной микроскопией является возможность выполнения исследований нативных, природных образцов без какой-либо фиксации и специальной пробоподготовки, при физиологических параметрах среды.

Помимо визуализации рельефа поверхности с субнанометровым разрешением АСМ позволяет осуществлять прямое измерение сил, возникающих при взаимо¬действии одиночных наноразмерных объектов.

Проводятся такие измерения следующим образом: один объект закрепляется на острие зонда АСМ, а второй фиксируется на подложке, после чего зонд подводится к поверхности подложки до достижения механического контакта, а затем возвращается обратно. В ходе этого перемещения отслеживается деформация упругой консоли (кантилевера). Зависимость этого параметра от расстояния между зондом и подложкой называется силовой кривой. С ее помощью можно определить величину силы, действующей между исследуемыми объектами. Этот метод, названный атомно-силовой спектроскопией (АСС), может использоваться для исследования силовых характеристик взаимодействия самых разнообразных малых объектов: от неорганических наночастиц до вирусов и живых клеток.

Начальным этапом заражения клетки вирусом является адгезия (прилипание) вирусной частицы (вириона) к клеточной поверхности с последующим проникновением генетического материала вируса внутрь клетки. Этот процесс, определяемый взаимодействием белковых рецепторов, расположенных на поверхности клетки, с поверхностными белками вириона, является критически важным для размножения вируса. И, надо отметить, в большинстве случаев изучен недостаточно.

Однако фиксация одиночной вирусной частицы на острие зонда атомно-силового микроскопа является весьма непростой задачей. Для успешного проведения эксперимента требуется большая подготовительная работа:

• получить как можно более чистый и концентрированный препарат вируса;

• подготовить на острие зонда площадку подходящего размера для посадки вириона;

• химически активировать поверхность зонда для образования ковалентных связей при контакте с белками вируса;

• убедиться в том, что на зонде закрепился действительно вирион, а не молекулы свободного белка или мелкие фрагменты клеток, всегда присутствующие в препаратах вирусов.

Оценка концентрации и степени чистоты препарата вируса обычно проводится методом просвечивающей электронной микроскопии. Площадку на острие АСМ-зонда, которое обычно изготавливают из кремния или его нитрида, формируют путем длительного сканирования кремниевой или сапфировой подложки при больших значениях развертки и силы прижатия зонда к поверхности. Наиболее наглядной иллюстрацией для этого процесса служит изменение формы острия карандаша в ходе интенсивного рисования.

По меркам микроскопии, клетка высших организмов является относительно крупным (≈ 10 мкм) объектом, поэтому хорошо видна в световом микроскопе, при помощи которого на нее наводится кантилевер атомно-силового микроскопа. Но как быть с самим зондом, на острие которого предполагается наличие вириона? Строго говоря, вместо вириона там может оказаться все, что угодно: монослой белковых молекул, фрагмент клетки или вириона, агрегат из нескольких вирионов, случайное загрязнение и т. д. Кроме того, в процессе измерения вирион может разрушиться или оторваться от зонда. Визуализация же зонда с вирусной частицей методом электронной микроскопии до силовых измерений недопустима, так как под воздействием высушивания, вакуума и пучка электронов вирион приобретет необратимые изменения.

Наиболее эффективным методом решения данной проблемы оказалась визуализация острия зонда АСМ с помощью электронной микроскопии, осуществляемая непосредственно после силовых измерений. Если на острие будет обнаружена вирусная частица, уцелевшая в ходе эксперимента, то все сомнения развеются.

В течение последних пятидесяти лет в результате поистине титанической работы, проделанной электронными микроскопистами всего мира, накоплен огромный багаж знаний в области ультраструктурных аспектов репликации различных вирусов. Создание атомно-силового микроскопа и техники силовой спектроскопии позволило вплотную приблизиться к произвольной механической манипуляции одиночными вирусными частицами. Это выводит изучение взаимодействия вируса с клеткой на принципиально другой уровень – от структурных исследований к функциональным.

При этом атомно-силовая спектроскопия не является конкурентом для электронной микроскопии, а открывает новое самостоятельное направление исследований – наномеханику взаимодействия вирусной частицы с поверхностью клетки. Весьма вероятно, что в самом ближайшем будущем в данном направлении будут совершены фундаментальные открытия, соизмеримые по значимости с достижениями электронной микроскопии в середине прошлого века.

Изучение механизмов связывания вирусных частиц с поверхностью клетки вызывает значительный интерес не только с позиции фундаментальной науки, но и в контексте практических приложений. Более детальное понимание этих механизмов на молекулярном уровне может дать человечеству ключ к созданию эффективных противовирусных препаратов, защищающих клетки от проникновения вирусов.

*Просвечивающая электронная микроскопия с использованием специальной жидкостной ячейки и сканирующая электронная микроскопия при атмосферном давлении позволяют исследовать биологические объекты без фиксации, но из-за ряда технических трудностей и относительно низкого пространственного разрешения эти методы не получили широкого распространения

Корнеев Д. В., Бессуднова Е. В., Зайцев Б. Н. Изучение взаимодействия наночастиц TiO2 и поверхности эритроцитов человека методом атомно-силовой спектроскопии // УНЖ. 2012. № 4. С. 73—77.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2004. 182 с.

Alsteens D., Pesavent E., Cheuvart G. et al. Controlled manipulation of bacteriophages using single-virus force spectroscopy // ACSNANO. 2009. V. 3(10). P. 3063—3068.

Alsteens D., Trabelsi H., Soumillion P., Dufrene Y. F., Multiparametric atomic force microscopy imaging of single bacteriophages extruding from living bacteria // Nature Communications. V. 4. Article number: 2926.

Binnig G., Quate C. F., Gerber Ch. Atomic force microscope // Phys. Rev. Lett. 1986. V. 56(9). P. 930—933.

Cappella B., Dietler G. Force-distance curves by atomic force microscopy // Surf. Sci. Rep. 1999. V. 34. P. 1—104.

Malkin A.J., Plomp M., McPherson A. Unraveling the architecture of viruses by high-resolution atomic force microscopy // Methods Mol. Biol. 2005. V. 292. P. 85—108.

В публикации использованы фото автора