Influensa, SARS-CoV-2 och andra virus finns i en mängd olika former och storlekar, och genom att studera dessa former, forskare kan lära sig hur de fungerar och hur virussjukdomar kan övervinnas.

Nu, ett team av Texas A&M AgriLife-forskare har visat ett icke-invasivt sätt att studera virus som är snabbare och mer finkornigt än "gold standard"-metoden. Studien dök upp nyligen i Analytisk kemi .

"Behovet av mycket snabb och exakt virusidentifiering har alltid varit viktigt tidigare, och i år är det ännu viktigare eftersom vi vet att virus förändras; de muterar, sa Dmitry Kurouski, Ph.D., biträdande professor vid Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Biochemistry and Biophysics, som ledde studien. "Om någon har influensaliknande symtom, hur kan vi snabbt skilja influensa från covid-19?"

Undersöka nanovärlden

De flesta virus är för små för att kunna ses under ett typiskt mikroskop. Så, forskare studerar ofta snabbfrysta virusprover med elektronmikroskop. Dessa verktyg använder elektronstrålar för att undersöka virionernas invecklade molekylära strukturer. Dock, att förbereda prover för elektronmikroskopi är tid- och arbetskrävande.

Kurouskis team använde en kombination av två sofistikerade tekniker som, i teorin, kräver nästan ingen provberedning. Kurouskis labb är unikt i sin förmåga att använda båda metoderna – spetsförstärkt Raman-spektroskopi och atomkraftsmikroskopi – infraröd spektroskopi. Tianyi Dou, en doktorand i Kurouskis labb, utförde experimenten.

I båda metoderna, proverna närmar sig med en extremt vass metallnål täckt med guld. Spetsförstärkt Raman-spektroskopi upptäcker hur ett prov sprider laserljus. Denna teknik gjorde det möjligt för teamet att bestämma virusens övergripande bygg- och ytkvaliteter och sammansättning.

Med hjälp av atomkraftsmikroskopi-infraröd mikroskopi, teamet kunde se hur proverna absorberar infrarött ljus. Detta gjorde det möjligt för forskarna att få information om virionernas inre struktur.

En berättelse om två virus

Genom att kombinera de två metoderna, teamet jämförde ytan och den övergripande strukturen av viruset som orsakar munsår, herpes simplex virus typ 1, till ett virus som infekterar bakterier, bakteriofag MS2. Forskarna kunde särskilja herpes- och bakteriofagvirionerna med 100 % noggrannhet.

Vidare, resultaten överensstämde med de som erhölls med guldstandardmetoden, kryo-elektronmikroskopi. Junjie Zhang, Ph.D., biträdande professor vid institutionen för biokemi och biofysik, ledde elektronmikroskopiexperimenten.

Ett superlitet Lego-set

Förutom behovet av att förbereda och frysa prover, guldstandardmetoden har en annan nackdel, sa Kurouski. Kryoelektronmikroskopi involverar medelvärdesberäkning av former för att bygga en tredimensionell modell av ett representativt virus. Dock, detta medelvärde kan dölja det verkliga utbudet av former ett virus kan ta.

"Virus kan beskrivas i termer av ett lego-pussel. Olika strukturer kan byggas av samma byggstenar, sa Kurouski.

Och, ett viruss form spelar sannolikt en stor roll vid infektion, han sa, eftersom det första steget mot infektion sker vid virusets och värdcellens ytor.

Den nya kombinationen av metoder gör inte medelvärde av former utan undersöker istället enskilda viruspartiklar.

"Innan, vi hade inget verktyg för att studera denna heterogenitet, " sa han. "Nu, vi kan titta på vad som faktiskt händer i naturen."