Вирус туберкулеза под микроскопом

• 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).

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.

Палочка Коха — возбудитель туберкулеза, одного из самых распространенных в мире заболеваний человека и животных. Болезнь чаще поражает легкие. Значительно реже – другие органы и системы. Возбудитель туберкулеза (туберкулезная палочка, палочка Коха) чаще передается от больного человека воздушно-капельным путем: во время кашля, чихания, разговора. Реже – от больных животных.

Микобактерии туберкулеза попадают в организм человека еще в детстве и в последующем эта встреча всегда заканчивается нанесением ущерба его целостности.

В РФ туберкулезной палочкой инфицировано более 70% населения в возрасте старше 17-и лет. При попадании в организм туберкулезных палочек болезнь развивается не всегда.

Микобактерии туберкулеза скрываются в органах ретикулоэндотелиальной системы (системе макрофагов) и в будущем, при снижении иммунитета, могут стать виновниками заболевания.

На развитие заболевания оказывает влияние количество микобактерий туберкулеза и их поражающее воздействие (вирулентность). Немаловажное значение имеет наследственная предрасположенность.

Рис. 1. На фото палочки Коха — возбудители туберкулеза (электронная визуализация).

Характеристика возбудителя

Возбудитель туберкулеза открыт в 1882 г. Робертом Кохом, за что ученый в 1905 году был удостоен Нобелевской премии, а туберкулезная палочка получила название палочка Коха.

Туберкулезная палочка принадлежит к типу актинобактерий, роду микобактерий. Сюда же относятся возбудители проказы, склеромы и более 100 других атипичных видов микобактерий. Опасными для человека являются три типа микобактерий: человечий, бычий (M. Bovis) и промежуточный.

Рис. 2. Генрих Герман Роберт Кох — немецкий микробиолог. Им открыта бацилла сибирской язвы, холерный вибрион и туберкулёзная палочка (палочка Коха).

• До 95% возбудители туберкулеза передаются воздушно-капельным путем от больного воздушно-капельным путем: во время кашля, чихания, разговора.
• 4 – 5% — через пищу.
• Заражение от животных человека составляет 3 – 5% всех случаев заболевания.
• Остальные пути передачи очень редки.

В 5% случаев заболевание передается от больного животного. Чаще болеет крупный рогатый скот. Несколько реже болезнь поражает кошек и собак. Туберкулез, вызванный бычьим типом микобактерий, отличается упорным течением и тяжело поддается лечению.

В 5% случаев инфекция передается с инфицированными продуктами (мясо, молоко, творог и др.).

Более 90% случаев заболеваний протекает с поражением органов дыхания. Из внелегочных форм туберкулеза чаще отмечается поражение мочеполовой системы.

Туберкулез поражает почти все органы и ткани организма

Размножаются микобактерии путем деления и почкования. Цикл деления составляет 24 часа. На процесс размножения бактерий воздействует множество факторов внешней среды. Со своей стороны бактерии приобрели за тысячелетия своего существования хорошие защитные механизмы и приспособления.

Туберкулезная палочка имеет мощную трехслойную стенку, способную разрушать клеточные токсины и оболочку макрофагов, которые первыми встают на борьбу с этим инфекционным агентом.

Описано более 100 ферментативных реакций, возникающих в организме возбудителя, что говорит о сложном характере метаболизма данного вида бактерий. Именно это обеспечивает изменчивость и устойчивость бактерии, так необходимую для ее выживания во внешней среде и живом организме.

• При кипячении бактерия погибает только через 15 минут.
• Палочка Коха устойчива к низким температурам, ее практически, невозможно выморозить.
• Около 3-х лет возбудитель туберкулеза сохраняет жизнеспособность в высушенном состоянии.
• До 15-и лет туберкулезная палочка живет в навозе, до 1 года – в сточных водах.
• До 19-и суток палочка Коха живет в молоке больного животного, до 300 суток — в масле, до 1 года — в замороженном мясе.
• При условиях, неблагоприятных для микроба, под воздействием сильного иммунитета или при химиотерапии палочка Коха превращается в L-форму и в таком виде сохраняется десятилетия.

Палочки Коха быстро вырабатывают устойчивость к химиопрепаратам, которые применяются для лечения туберкулеза.

Рис. 3. На фото палочки Коха (электронограмма, негативное контрастирование).

• Описано более 100 ферментативных реакций, возникающих в организме возбудителя, что говорит о сложном характере метаболизма данного вида бактерий. Именно это обеспечивает изменчивость и устойчивость бактерии, так необходимую для ее выживания во внешней среде и живом организме.
• Туберкулезная палочка имеет мощную трехслойную стенку, способную разрушать клеточные токсины и оболочку макрофагов, которые первыми встают на борьбу с этим инфекционным агентом.
• Под воздействием сильного иммунитета или при химиотерапии возбудитель туберкулеза превращается в L-форму и в таком виде сохраняется десятилетия.

Рис. 4. На фото палочка Коха. Вид в электронном микроскопе.

Роль иммунитета при туберкулезе

Очевидно, что причиной заболевания являются микобактерии туберкулеза. Однако, патогенез заболевания настолько сложен, что невозможно сразу однозначно ответить на вопрос первопричины этого сложного инфекционного процесса.

У взрослых в 90% случаев причиной заболевания становиться эндогенная реинфекция (из старых очагов первичного туберкулеза) и в 10% случаев причиной является получение большой массы возбудителей от больного человек или животного.

Туберкулезу противостоит естественная резистентность организма (устойчивость к инфекционным агентам). Резистентность организма – это целый ряд иммунологических неспецифических реакций распознавания и подавления размножения паразитов, микробов, вирусов, клеток и др.

Иммунитет стимулируется путем введения вакцины. Противотуберкулезная вакцина в РФ применяется детям при рождении и в 7 лет. Вероятность заболевания не привитого ребенка или привитого некачественно возрастает многократно.

Способствует снижению иммунитета такие факторы, как недоедание (белковое голодание), сопутствующие заболевания (хр. алкоголизм, сахарный диабет, заболевания желудочно-кишечного тракта), психические травмы, длительное лечение глюкокортикоидами, преклонный возраст и т. д.

Рис. 5. Больной на последней стадии заболевания.

Анализы на туберкулез

Обнаружение микобактерий туберкулеза является обязательным компонентом при постановке диагноза.

При подозрении на туберкулез органов дыхания для анализа берется мокрота и материал, собранный при бронхологическом исследовании.

Анализ мокроты на туберкулез проводится при обращении больного к врачу с жалобами, подозрительными на туберкулез. Собирается не менее 3-х порций мокроты.

Материалом для микробиологического исследования являются промывные воды желудка у детей с туберкулезом легких и бронхов, так как дети младшего возраста мокроту не откашливают, а проглатывают.

При локализации процесса в любом другом органе материалом для проведения анализа на туберкулез могут быть самые разнообразные жидкие среды организма: спинномозговая жидкость, жидкость из плевральной полости, полости сустава, жидкость из брюшной полости, кровь и гнойные отделения из ран и свищей.

Материалом для проведения анализа на туберкулез могут быть кусочки ткани пораженного органа, полученных при биопсии и в ходе оперативного вмешательства, при пункциях лимфоузлов и соскобах, пунктат костного мозга.

При подозрении на туберкулез мочевыделительной и половой систем для микробиологического исследования берется моча, собранная утром (после ночного сна). Наилучший вариант – это собранная средняя порция утренней мочи. Для сбора анализа используется стерильная посуда. Перед сбором мочи проводится тщательный туалет наружных половых органов.

При подозрении на туберкулез женских половых органов для проведения микробиологического исследования берется менструальная кровь, собранная при помощи колпачка Кафки.

Анализ на туберкулез методом прямой бактериоскопии является наиболее простым и быстрым способом обнаружения туберкулезных палочек в исследуемом материале. Выявить наличие палочку Коха можно в течение 1-го часа. При использовании этого метода обнаружение микобактерий возможно только при условии их содержания не менее 10 тыс. микробных тел в 1 мл материала. Поэтому отрицательный результат еще не служит основанием для исключения диагноза туберкулеза. К тому же на результативность анализа влияет качество диагностического материала.

Рис. 6. На фото палочки Коха. Окраска по Грамму. Простая бактериоскопия.

Рис. 7. На фото палочки Коха. Люминесцентная микроскопия.

Рис. 8. На фото виден рост колоний микобактерий на яичной среде Лёвенштейна-Йенсена.

Рис. 9. На фото колонии возбудителей туберкулеза.

Диагностика туберкулеза с применением методики ПЦР является самым перспективным в современных условиях. Высокая чувствительность теста позволяет выявлять ДНК МБТ в различном биологическом материале, что особо важно при диагностике внелегочных форм заболевания. Микобактерии туберкулеза выявляются, если в исследуемом материале их несколько десятков. Данный метод диагностики не заменяет культуральный метод.

Применение автоматизированных систем культивирования микобактерий MGIT-BACTEC-960 и MB/Bact значительно сокращает время выявления роста микобактерий, которое составляет в среднем 11 — 19 дней.

Чувствительность методов диагностики туберкулеза:

• ПЦР — 75 %,
• BACTEC — 55,8%,
• культуральный метод — 48,9%,
• микроскопия — 34%.

Среднее время обнаружения МБТ разными методами диагностики туберкулеза:

• методом посева — 24 дня,
• ВАСТЕС — до 14 дней,
• ПЦР — 1 день.

Рис. 10. На фото палочка Коха (туберкулезная палочка). Компьютерная визуализация.

Палочка Коха опасна и для людей и для животных. Выявить возбудитель туберкулеза на ранних этапах развития заболевания — значит успешно излечить больного. А успешное излечение поможет снизить число инфицированных и предупредить появление новых случаев заболевания.

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