Sådan fanger du influenza (under linsen)

Sådan fanger du influenza (under linsen)

Denne historie er en del af vores samarbejde med Flu Near You om at spore influenzaen over influenzasæsonen 2018-2019. Vil du hjælpe? Tilmeld dig kl Influenza nær dig , og sms 'influenza' til 917-242-4070 for at få ugentlige påmindelser og tip.


Et digitalt farvet, negativt farvet transmissionselektronmikroskopisk billede af genskabte influenzavirus fra 1918. Kredit: Cynthia Goldsmith/CDC/Public Domain

Når Cynthia Goldsmith hører ordet 'influenza', er det billede, der umiddelbart kommer til at tænke på, ikke et billede af snusende næser eller feberagtige pander. Hun tænker på en fodboldformet nålepude, med en tyk konvolut spiddet med små, tynde stænger. Hun ser formen på virussen.



'Jeg tænker ikke på selve sygdommen, jeg tænker på, hvordan den ser ud,' siger Goldsmith. 'Når jeg først har visualiseret det, så har jeg ondt af den person, der har influenza.'

Det er det samme for enhver virus, som Goldsmith fotograferer under sin elektronmikroskoplinse ved U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) i Atlanta, Georgia - og fanger billeder af nogle af de mindste, mest dødbringende agenter i verden.

Siden hun begyndte at arbejde på CDC i oktober 1983 som elektronmikroskopist, har Goldsmith stødt på mange smitsomme vira. Hun har undersøgt dødelige stammer af ebola-virussen under udbruddet i 1995, var den første til at identificere, at coronavirus er den virus, der forårsager alvorligt akut respiratorisk syndrom (SARS) i 2003, overvågede det første scanningselektronmikroskopiske billede af HIV i 1984 og fangede så mange som 35 individer af orthomyxovirusprøver, som forårsager influenza.Du har sikkert set Goldsmiths arbejde. Hendes billeder af vira er blevet vist på forsiden af ​​magasiner, lærebøger, nyhedswebsteder og endda på Science Friday mange lejligheder .

'Jeg har været heldig at se på mange dødelige vira ved [elektronmikroskopi],' siger Goldsmith, som i løbet af sin 35-årige karriere på CDC, 'bare lærte viraene en efter en.'

Cynthia Goldsmith (til højre) og Dr. Roosecelis Martines (til venstre) bruger et elektronmikroskop til at undersøge en cellekultur inficeret med variola-virus, det middel, der forårsager kopper. Kredit: CDC

Hos Infectious Diseases Pathology Branch på CDC samarbejder hun med patologer, molekylærbiologer og forskere. Ved hjælp af værktøjer som en mikroovn i laboratoriekvalitet, en ovn til at indlejre prøver i harpiks og et 120 kilovolt transmissionselektronmikroskop, kan hun skabe forskellige visninger af vira i sort og hvid.

At levere disse billeder hjælper forskerne med at visualisere de prøver, som de arbejder med hver dag, men forbliver usete med det blotte øje.

'Vi kan åbenbart ikke se dem,' siger Terrence Tumpey , en mikrobiolog og chef for Immunology and Pathogenesis Branch ved CDC's Influenza Division, som har arbejdet med Goldsmith. ”Du har brug for specialudstyr, som Cynthia er trænet i at bruge og er rigtig god til at bruge. Den type udstyr har vi ikke. Vi skal bare stole på andre analyser for at kunne vide, at vi har en virus.'

Men Tumpey indrømmer, at der også er en personlig interesse i at se billederne.

'Det er altid dejligt visuelt at se disse vira,' siger han. 'Jeg tror, ​​at alle nyder at se noget, især for første gang.'

'Jeg synes, at herpesvirus [billedet her] er en virkelig smuk virus,' siger Goldsmith. 'Den har det centrale nukleokapside, som er proteinet og det genetiske materiale, og så har nogle af dem et omgivende lag af protein, og så på den ydre side er kappen, som har spidserne på sig, så jeg tror bare, det er en smuk virus.' Kredit: Cynthia Goldsmith og Jodi Black/CDC/Public Domain I sommeren 2005 fik Tumpey og et team af forskere denne mulighed for for første gang at se et af patogenerne - viruset, der forårsagede 1918 Den spanske sygeepidemi . Den virulente influenza-stamme nåede den lille by Brevig Mission i Alaska og dræbte 72 af de 80 indbyggere. I 1997, patolog Johan Hultin fik tilladelse til at få fat i et stykke af et offers lungevæv, der var blevet bevaret i årtier under permafrost for at forsøge at isolere influenzavirussen fra 1918. År senere fik Tumpey, den samarbejdende virolog Jeffrey Taubenberger og et team af forskere lov til at studere vævsprøven for bedre at forstå de gener og proteiner, der bidrog til dens høje virulens.

Holdet rekonstruerede 1918-virussen -langsomt og omhyggeligt sekventering af hele genomet lidt efter lidt - hvilket fører til, at andre forskningsgrupper udvikler bedre antivirale midler.

Da de færdiggjorde genomet, kom Goldsmith ind for at se på isolatet og tog billeder med transmissionselektronmikroskopet. Mens influenzavirus kan komme i forskellige former og størrelser, lignede influenzavirusets form fra 1918 den mest almindelige udseende af orthomyxovirus : 'sfæriske til ovale partikler med fremtrædende pigge, der rager ud fra overfladen af ​​partiklerne,' beskriver Goldsmith.

'Jeg tænker ikke på selve sygdommen, jeg tænker på, hvordan den ser ud.'

'Jeg har ikke set andre billeder af mennesker, der laver [elektronmikroskopi] på den virus,' siger Tumpey. Serien af ​​billeder, Goldsmith producerede til undersøgelsen, er måske ikke kun den første, men den eneste elektronmikroskopvisualisering af influenzaen fra 1918, siger han.

Serien af ​​billeder, Goldsmith knipsede af influenzavirussen fra 1918, alle i det offentlige domæne, er siden blevet bredt omtalt i medier, lærebøger og andre publikationer - 'næsten hver eneste avis, jeg så, det var på forsiden i oktober af 2005,” siger Tumpey.

'Det er noget andet bare at se, hvordan disse vira virker inde i cellen,' siger Tumpey. 'Nogle af dem kan du se, at de lige er begyndt at dannes, mens andre er det mere tydeligt, at de er modne, og de spirer fra cellens overflade.'

I denne ultratynde prøve kan du se den tykke konvolut af 1918-influenzavirussen. De små stænger på overfladen er sammensat af hæmagglutinin eller neuraminidaseproteiner, som spiller en rolle i overførslen af ​​virussen. Kredit: Cynthia Goldsmith/CDC/Public Domain Et af de negativt farvede transmissionselektronmikroskopbilleder, som Goldsmith tog af de genskabte 1918 influenzavirus til Tumpey og hans teams undersøgelse i 2005. Kredit: Cynthia Goldsmith/CDC/Public Domain

Forskellige prøveforberedelsesteknikker kan give forskellige oplysninger om virussens natur, forklarer Goldsmith. For eksempel er en negativ farve en hurtig metode, der hjælper Goldsmith med hurtigt at forberede individuelle voksende vira fra en batch af laboratoriedyrkede celler til billeddannelse. Et tyndt snit giver på den anden side ikke kun tværsnitsbilleder inde i partikler, men giver også hints om, hvor virussen vokser i cellen - og placeringen af ​​en virus informerer hende meget om naturen og typen af ​​virus .

Enterovira, en gruppe af vira, der er kendt for at forårsage polio og hånd-, mund- og klovesyge, ophobes almindeligvis i cytoplasmaet, forklarer Goldsmith, mens coronavirus, som inficerer næse, bihuler og øvre hals, invaderer Golgi-komplekset. 'Influenzavirus knopper ved overfladen, og det gør retrovira også. De fleste DNA-vira formerer sig i kernen,” siger hun.

Ved at finde vira i forskellige områder af en celle, kan hun bedre identificere dem. Goldsmiths billeder fra elektronmikroskopet kan diagnosticere virus helt ned til familien, siger hun - og hjælper forskere med at identificere herpesvirus, poxvirus, orthomyxovirus og så videre.

Et stærkt forstørret, digitalt farvet transmissionselektronmikroskopisk billede, fremstillet ved et tyndt snit, af H1N1-virussen fra 2009-pandemien. Kredit: Cynthia Goldsmith/CDC/Public Domain

'Patologer vil give mig en prøve, noget, hvor de fik et uventet fund, og jeg kan give dem en bekræftelse på, at det er, hvad det er,' siger hun. 'Afsenderen sender måske en virus ind og anmoder om en test for et bestemt patogen, men det viser sig at være et andet patogen, når først patologerne ser på det og udfører alle de forskellige test.'

At identificere det korrekte patogen for en sygdom kan være kritisk, især under udbrud. I 2003 blev Kina ramt af en epidemi af alvorligt akut respiratorisk syndrom (SARS), en alvorlig form for lungebetændelse, der kan forårsage åndedrætsbesvær og nogle gange død. Respiratorisk virus spredte sig til mere end to dusin lande rundt om i verden. Laboratorier rundt om i verden studerede virussen og så på den med negativ farvning. Men den negative plet fik vira til at ligne ustingne kugler, der manglede detaljer omkring overfladen, forklarer Goldsmith.

Da Goldsmith modtog cellekulturer dyrket af videnskabsmænd ved CDC, besluttede hun at se på det med tynde snit i stedet.

'Da jeg så på det, var det åbenbart en coronavirus, som den voksede i cellen,' sagde hun. Med det tynde snit kunne hun se, at virussen spirede til Golgi-komplekset, hvilket fik hende til at udlede, at det var en ny coronavirus .

Det tynde snit-transmissionselektronmikroskopiske billede afslørede antallet af virioner af alvorlig akut respiratorisk virus (SARS), markeret med de sorte pile. Goldsmiths billeder spillede en afgørende rolle i at identificere, at de var medlemmer af familien Coronaviridae. Coronavirussen får sit navn fra 'corona' eller halo, der ses omkring hver virus under elektronmikroskopisk undersøgelse. Kredit: Cynthia Goldsmith og T.G. Ksiazek/CDC/Public Domain

Engang havde Goldsmith identificeret virus som en coronavirus, blev andre tests udført på CDC - immunhistokemi, PCR-test - der validerede hendes observation. Inden for tre dage havde centret undersøgt et separat isolat fra en anden patient, som var med til at bekræfte, at det var virussen, der forårsagede udbruddet, siger hun.

'Det var den første ting, at det var en coronavirus, der var nyttig for forskerne, så de kunne finde ud af, hvilken test de skulle bruge,' siger Goldsmith.

Ebola-virussen har en tydelig aflang form - et populært elektronmikroskopbillede taget af Frederick Murphey lignede en lang hyrdeskurk. Goldsmith 'var i stand til at tage en anden, der ligner en lang tynd filamentøs partikel', som blev omtalt bredt i publikationer under ebola-udbruddet i 2014. Kredit: Cynthia Goldsmith/CDC/Public Domain

Selvom det er en teknisk proces, er billederne slående - og, vil Goldsmith hævde, kunstneriske.

'Mine hænder er slet ikke kunstneriske,' siger hun. 'Men det er en kunst.'

Goldsmith kan senere farvelægge billederne digitalt for at hjælpe med at bringe virussen ud af celleaffaldet. Men hun synes, at de originale sort/hvide billeder – taget direkte fra kikkerten – er mere fængslende.

'De kan være smukke, selvom sygdommen kan være ødelæggende,' siger Goldsmith. 'Men de kan være smukke.'

*Redaktørens note 3/27/2019: En tidligere version af denne historie fejlbehæftede, at spidserne af SARS-coronavirus kunne ses i det tynde snitbillede. Det er blevet rettet, og vi beklager fejlen.