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Nanolive新冠肺炎疫情篇---一起聊聊病原微生物迫害宿主细胞的那些事(上篇)

无论是2003年的SARS病毒还是2019年来势汹汹的新冠肺炎病毒COVID-19,其实它们本身并不那么可怕,可怕的是我们不知道这些病原体是怎么攻击宿主细胞并导致发病的,我们怎么才能阻止它们迫害宿主细胞 。

细胞内病原体根据对宿主细胞资源的依赖程度,它们可分为两类:兼性和专性细胞内病原体。病毒、弓形虫等专性细胞内病原体需要宿主细胞才能繁殖,而单核细胞增生李斯特菌等兼性细胞内病原体可以在细胞内或细胞外存活。

宿主-病原体相互作用是用来描述传染源如何在宿主生物体内生存的术语。

为了在细胞水平上了解宿主-病原体的相互作用,我们需要克服常规显微镜方法的局限性,例如无法获得三维信息或进行长期活细胞成像,以避免光毒性和图像质量受损。

Nanolive公司的 3D Cell Explorer(3D CX)提供的无标记、无损伤数字成像技术,可以减少样品制备时间,在独特的高时空分辨率(<167nm;1img/1.7sec)下进行高质量的活细胞成像,无光漂白或光毒性问题。可对从病毒到细菌、寄生虫等各种病原体从侵入到在细胞内复制繁殖等过程进行实时无标记3D成像追踪及定量分析,下面请跟着我们的脚步来一起来观赏那些惊人的生物过程。

微生物

Nanolive无标记全息显微镜揭示病毒诱导的活细胞病变作用

这个研究来自苏黎世大学的格雷伯小组 ,3D CX被他们描述为唯一可用于无标记实时检测病毒诱导活细胞病变效应的显微成像解决方案。

细胞病变效应(CPEs)是感染的标志,可通过相差显微镜或荧光显微镜观察到,但存在光毒性。3D CX数字全息断层显微术可无标记非干扰式观测病毒感染活细胞的不同模式 ,通过测量RI和计算折射率梯度(RIG)值,揭示病毒感染后细胞的光学异质性。据此他们发现痘苗病毒(VACV)、单纯疱疹病毒(HSV)和鼻病毒(RV)的感染呈渐进性和明显增加趋势。VACV而非HSV和RV感染会诱导细胞体积波动,且三种病毒均改变了细胞质膜动力学,诱导的细胞凋亡特征类似于化合物staurosporin,同时具有病毒特异性特征。因此3D CX作为定量无标记显微镜在感染研究中可在最小干扰下揭示活细胞中病毒类型特异性变化和细胞病变效应

publication:https://msphere.asm.org/content/3/6/e00599-18

视频链接:https://v.youku.com/v_show/id_XNDQ2NzcxODIyNA==.html?spm=a2hbt.13141534.0.13141534

Nanolive无标记实时观测中性粒细胞吞噬肺炎细菌

下面这个独特的无标记视频来自乌特勒克的UMC感染和免疫实验室利用3D CX做的肺炎细菌相关研究的DEMO 实验。

肺炎是一种急性呼吸道感染 ,主要是由细菌或病毒引起的,也可能由真菌和寄生虫引起。通常分离到引起肺炎的细菌是肺炎链球菌、流感嗜血杆菌、肺炎衣原体和肺炎支原体[2],这些只导致50%左右的肺炎病例[2]。另一方面,病毒性肺炎通常是由犀牛病毒、冠状病毒、流感病毒、呼吸道合胞病毒、腺病毒和副流感[3.4]引起的。最近,一种新的病毒SARS冠状病毒2爆发,这种新的病毒感染个体导致肺炎, 这就是通常所说的COVID-19,已经被世卫组织宣布为国际关注的突发公共卫生事件[5]

肺炎感染的免疫机制因疾病的病因不同而不同。在病毒感染中,单核细胞通常与炎症相关[6],而在细菌感染中,中性粒细胞是疾病进展的关键[7]

通过3D Cell Explorer,可以清晰的看到培养的中性粒细胞吞噬肺炎细菌的过程。并可我们可以清楚地区分中性粒细胞的不同结构,从多分裂核到吞噬过程形成的吞噬体等。

视频链接:https://v.youku.com/v_show/id_XNDYwMDQ4NTY2NA==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0

李斯特菌感染小鼠巨噬细胞无标记动态分析

单核细胞增生李斯特菌感染是一种食源性细菌性疾病,对孕妇和免疫系统受损的人可能非常严重,对未出生的婴儿和非常小的婴儿是致命的。李斯特菌感染可通过食用保存不良的肉类和未经高温消毒的乳制品(包括软奶酪、冰淇淋和酸奶)而感染。并具有很强的抗药性,可以在冷藏甚至冷冻条件下存活。

在这段视频中,我们观察了感染单核细胞增生李斯特菌的小鼠巨噬细胞。

视频链接:https://v.youku.com/v_show/id_XNDYwMDQ4NjI3Ng==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0

在视频开始时,视野顶部的细胞正在经历有丝分裂。在细胞中心可以清楚地看到染色体的凝聚。在同一宿主细胞中可以观察到李斯特菌:它们要么在细胞质中自由移动,要么在细胞质液泡内复制。当宿主细胞分裂时,我们可以观察到这些病原菌向子细胞的传播。

在视频的第二部分,在其生殖细胞周期结束时,李斯特菌通过宿主细胞的质膜释放出来,可以自由感染其他细胞。并且3D Cell Explorer无标记成像方式还可清楚地看到李斯特菌定位在液泡中,随后在释放过程中膜破坏和细胞死亡。

巨噬细胞吞噬大肠杆菌

巨噬细胞几乎存在于所有组织中。它们有助于健康机体的各种过程,如发育、伤口愈合、感染和组织内稳态。巨噬细胞以其典型的抗菌吞噬细胞功能而闻名,但也通过抗原的表达来支持免疫功能。它们在各种体外检测研究领域中被应用于,如免疫学、细菌学和寄生虫学 ,以及生物医学和移植研究。

这个3D CX获得的视频展示了人M1巨噬细胞吞噬大肠杆菌的过程 。3D Cell Explorer能够对这些活巨噬细胞以一个新的,无标记的方式成像,并观测到膜皱褶,伪足前沿产生的波浪以中心花瓣的方式移向主体细胞的整个过程。

视频链接:https://v.youku.com/v_show/id_XNDYwMDQ4ODE0NA==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0

另外可以观测到椭圆形颗粒的大肠杆菌颗粒被细胞捕获,运输和裂解。Nanolive可为吞噬功能激活剂和/或抑制剂及Toll样受体(TLR)配体的筛选提供可靠的系统。

贝氏菌感染改变宿主内皮细胞内源性胆固醇从头合成和外源性低密度脂蛋白摄取【10】

贝氏菌是欧洲一种新兴的寄生虫,引起牛贝氏病,一种对养牛业造成重大经济影响的疾病。

与弓形虫类似,贝氏杆菌也需要清除宿主细胞中的胆固醇才能进行复制。然而,贝氏杆菌获取胆固醇的机制仍然存在争议。

在这项工作中,席尔瓦和来自吉森大学Justus Liebig大学的同事通过分析体内牛原代内皮细胞的贝斯菌感染来研究胆固醇挽救模型。

他们的结果表明,贝氏杆菌可以通过内源摄取而不是外源摄取获得胆固醇。这一发现强化了一种理论,即牛内皮原代宿主细胞中成功的贝氏杆菌感染依赖于寄生虫和细胞类型。

3D Cell Explorer- fluo- 用于证实了贝氏杆菌感染细胞中存在丰富的脂滴状结构。随后使用STEVE软件对图像进行分析(图1)。

图 1. Live cell holographic tomography-based illustration of lipid droplets in non-infected and B. besnoiti- infected BUVEC.


未完待续……

敬请期待:Nanolive新冠肺炎疫情篇---一起聊聊病原微生物迫害宿主细胞的那些事(下篇)!