סיקור מקיף

מיקרוסקופ חדשני המסוגל להבחין באטומים בודדים

חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס פרסמו בכתב-העת היוקרתי Cell כי הם הצליחו לדמות מבנה של נגיף בכושר-הפרדה כה גבוה עד כדי אבחנה באטומים הנפרדים – פרסום ראשון אי-פעם של דימות מערכות ביולוגיות בכושר-הפרדה שכזה.

תפיסת אמן של תמונת aquareovirus כפי שחושבה על ידי Cryo-EM 3-D
תפיסת אמן של תמונת aquareovirus כפי שחושבה על ידי Cryo-EM 3-D
צוות המחקר, בראשותו של הפרופסור למיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וגנטיקה מולקולארית Hong Zhou, השתמש במיקרוסקופיה קריו-אלקטרונית (הערך בוויקיפדיה) בכדי לצפות במבנה שגודלו 3.3 אנגסטרומים. המחקר, מציינים החוקרים, מדגים את יכולתה הגבוהה של מיקרוסקופיה מסוג חדשני זה (Cryo-EM) לקבל תמונות של דגימות ביולוגיות בכושר-הפרדה גבוה בסביבה המקורית שלהן.

"זהו המחקר הראשון שבו התקבלה תמונת מבנה ברמה האטומית באמצעות מיקרוסקופיה זו בלבד," אמר החוקר. "ע"י הדגמת התועלת הרבה בשיטת מיקרוסקופיה זו, סללנו את הדרך למחקרים ביולוגיים מגוונים ביותר."

באמצעות מיקרוסקופית-אור רגילה, ניתן לקבל תמונה מוגדלת של דגימה הנצפית דרך עדשות. דגימות מסוימות, מאידך, קטנות מדי מכדי לפזר אור-נראה ועל-כן הן אינן ניתנות לצפייה בשיטה זו. בכדי לצפות בעצמים שגודלם מתחת לחמש מאות ננומטרים, המדענים נדרשים להשתמש בכלים אחרים, כגון מיקרוסקופית כוח אטומי, הנעזרת בחוד אטומי זעיר ביותר בכדי לקבל תמונה ע"י סריקת פני-שטח הדגימה, בדומה לצורה שבה אנשים עיוורים קוראים באמצעות כתב ברייל.

באמצעות מיקרוסקופית אלקטרונים, שיטה מתאימה נוספת, אלומת אלקטרונים משוגרת לעבר הדגימה, עוברת דרך מתחמים של ריק ומוחזרת מאזורים דחוסים. מצלמה דיגיטאלית עוקבת אחר נתיב האלקטרונים העוברים דרך הדגימה לקבלת תמונת-היטל דו-מימדית שלה. באמצעות חזרה על תהליך זה במאות זוויות משתנות, ניתן ע"י מחשב לקבל תמונה תלת-מימדית של הדגימה בכושר-הפרדה גבוה ביותר.

שחזור מבני תלת-מימדי מדויק של מערכות ביולוגיות מתאפשר באמצעות מיקרוסקופיה קריו-אלקטרונית מאחר והדגימות מוקפאות במהירות כך שניתן לבוחנן בסביבתן המקורית ומכיוון שהמיקרוסקופ פועל בריק, מאחר ואלקטרונים נעים טוב יותר בתווך שכזה. המאמר מתמקד במחקר מבני של aquareovirus, נגיף חסר מעטפת הגורם למחלה בדגים וברכיכות, במטרה להבין טוב יותר כיצד נגיפים מסוג זה מדביקים תאים מארחים.

"אנו מאוד נרגשים לגביי פריצת הדרך האחרונה של קבוצת מחקר זו," אמר דיקן ביה"ס לרפואה באוניברסיטת UCLA. "היכולת להבין את המבנה של נגיפים ברמה האטומית תסלול את הדרך לניצולם בתחום של העברת תרופות ותקדם המצאות מסוימות בתחום של ריפוי מחלות."
נגיפים ניתנים לחלוקה לשני סוגים: אלו בעלי מעטפת ואלו שחסרים אותה. נגיפים בעלי מעטפת, שכוללים את נגיפי השפעת והאיידס, מוקפים בקרומית דמוית-מעטפת המשמשת את הנגיף בכדי להתמזג עם תא מארח ולהדביקו. נגיפים חסרי-מעטפת נעדרים את הקרומית הזו ובמקומה הם משתמשים בחלבון בכדי להתמזג ולהדביק את התאים המארחים.

"באמצעות הבנה טובה יותר של מבניי הנגיפים אנו מקווים לפתח תרופות בשלוש דרכים," מסביר החוקר. "אם נוכל להבין כיצד הנגיפים פועלים, נוכל לאתר פרודות קטנות או תרופות שיוכלו למנוע את ההדבקה; שנית, נוכל להכין חלקיקים דמויי-נגיפים יציבים ביותר ובלתי-מזיקים כמרכיב בחיסונים; ושלישית, נוכל לשנות את המאפיינים שלהם כך שבמקום להעביר מחלות הם יוכלו להעביר תרופות. ואכן, אנו משתפים פעולה עם רופאים ומהנדסים מהאוניברסיטה בכדי להכין נגיפים עבור ריפוי גנטי והעברת תרופות," מסביר החוקר הראשי. "בעיקרון, אנו מקווים לנצל את מיליוני השנים של האבולוציה שהפכו את הנגיפים למערכות שינוע יעילות ביותר."

מהתמונות התלת-מימדיות בעלות כושר-הפרדה גבוה, שהתקבלו ע"י מיקרוסקופיה קריו-אלקטרונית, קבוצת המחקר הצליחה לקבוע כי הנגיף מפעיל שלב מקדמי בכדי לבצע את ההדבקה. במצבו הבלתי-פעיל לנגיף יש כיסוי חלבוני מגן המוסר במהלך שלב זה. מרגע שהשכבה החיצונית מוסרת, הנגיף מופעל ומוכן להשתמש בחלבון המכונה "אצבע החדרה" ("insertion finger") לשם הדבקת התא.

מחקר הקבוצה מהווה צעד חלוצי עבור עידן חדש של ביולוגיה מבנית שבה ניתן להבין תהליכים ביולוגיים חשובים. הקבוצה הצליחה לגלות את התפקודיות הזו בזכות המודל המבני המדוייק שנוצר בעזרת המיקרוסקופיה הייחודית. בנוסף לקבלת תמונה חדה וברורה של הדגימות, השיטה מאפשרת לדמות את הדגימות בסביבתן הטבעית, כך שהמודל המבני נאמן למקור. מנקודת מבט טכנית, מחקר זה גם מדגים את כוחה של מיקרוסקופיה זו ביצירת מבנים תלת-מימדיים של מערכות ביולוגיות ללא הצורך בהכנת גביש.

הידיעה מהאוניברסיטה

6 תגובות

  1. יפה
    רק "הבחנה" מהמילה להבחין (באטומים בודדים) ולא "אבחנה" מהמילה לאבחן (מחלות, למשל)

  2. נשמע הישג מדהים אכן.סתם לשם סקרנות, כמה זמן לדעתכם יקח מהישג זה ועד שתרופה כל שהיא שפותחה בגלל הישג זה ועד שנזכה לראות אותה בסל הבריאות?

  3. מה חדש? אני יודע שעושים קריו SEM בטכניון גם….
    הכוונה אולי להדמיה התלת מימדית?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן