Здесь описаны протоколы для подготовки вирусных сборок, пригодных для жидкостно-ЭМ и крио-ЭМ анализа на наноуровне с использованием просвечивающей электронной микроскопии.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Retraction Notice
This article, Advancing High-Resolution Imaging of Virus Assemblies in Liquid and Ice, has been retracted at the request of the Editors-in-Chief due to concerns about the integrity of the data presented. These concerns included: (a) Figure 3 was found to contain noise without structural features expected for a protein capsid; (b) critical half-map data necessary to verify resolution claims were not deposited; (c) there was a lack of system logs or controls to rule out stage drift regarding observed movements in Figure 3; and (d) the absence of protocols to address Brownian motion and beam-induced drift significantly weakened the reliability of the findings.<br/><br/>The corresponding author's indication she principally relied on RMEASURE program did not sufficiently address the publisher's concerns. After consulting external experts, the Editors-in-Chief concluded that the issues remain unresolved, and the data do not meet JoVE's standards for scientific reliability and reproducibility, requiring retraction. The corresponding author disagrees with the grounds for retraction. Co-authors DiCecco, Grandfield and Bator agree with the retraction. Other co-authors were unavailable for comment.
Здесь описаны протоколы для подготовки вирусных сборок, пригодных для жидкостно-ЭМ и крио-ЭМ анализа на наноуровне с использованием просвечивающей электронной микроскопии.
Интерес к жидкостно-электронной микроскопии (liquid-EM) резко возрос в последние годы, поскольку ученые теперь могут наблюдать процессы в режиме реального времени на наноуровне. Крайне желательно сочетать крио-ЭМ-информацию высокого разрешения с динамическими наблюдениями, так как многие события происходят в быстрых временных масштабах - в миллисекундном диапазоне или быстрее. Улучшенные знания о гибких структурах также могут помочь в разработке новых реагентов для борьбы с новыми патогенами, такими как SARS-CoV-2. Что еще более важно, просмотр биологических материалов в жидкой среде дает уникальное представление об их производительности в организме человека. Здесь представлены недавно разработанные методы исследования наноразмерных свойств вирусных сборок в жидком и стекловидном льду. Для достижения этой цели в качестве модельных систем использовались четко определенные образцы. Представлены параллельные сравнения методов пробоподготовки и репрезентативной структурной информации. Субнанометровые особенности показаны для структур, разрешенных в диапазоне ~3,5-Å-10 Å. Другие недавние результаты, которые поддерживают эту дополнительную структуру, включают динамическое понимание кандидатов на вакцину и терапии на основе антител, изображенной в жидкости. В целом, эти коррелятивные приложения повышают нашу способность визуализировать молекулярную динамику, обеспечивая уникальный контекст для их использования в здоровье человека и болезнях.
Биомедицинские исследования улучшают наше понимание здоровья человека и болезней путем разработки новых технологий. Визуализация с высоким разрешением трансформирует наш взгляд на наномир, позволяя нам изучать клетки и молекулы в мельчайших деталях 1,2,3,4,5. Статическая информация о динамических компонентах, таких как мягкие полимеры, белковые сборки или человеческие вирусы, показывает лишь ограниченный снимок их сложного повествования. Чтобы лучше понять, как работают молекулярные объекты, их структура и функция должны быть совместно исследованы.
Последние достижения в производстве таких материалов, как атомарно тонкий графен или микрочипы на основе кремния, предоставляют новые возможности для анализа структуры и функции в режиме реального времени с использованием просвечивающих электронных микроскопов (TEM). Эти материалы могут создавать герметично закрытые камеры для живой ЭМ-визуализации 6,7,8,9,10,11. Новое поле жидкости-ЭМ, комнатная температура коррелирует с крио-ЭМ, обеспечивает беспрецедентные представления твердых или мягких материалов в растворе, позволяя ученым одновременно изучать структуру и динамику их образца. Приложения Liquid-EM включают записи в реальном времени терапевтических наночастиц, взаимодействующих с раковыми стволовыми клетками, а также изменения в молекулярных тонкостях вирусных патогенов 12,13,14.
Так же, как методологические достижения стимулировали революцию разрешения в области крио-ЭМ, необходимы новые методы и методы для расширения использования жидкой ЭМ в качестве высокопроизводительного инструмента для научного сообщества. Общая цель методов, представленных здесь, заключается в оптимизации протоколов подготовки образцов жидкостной ЭМ. Обоснование разработанных методов заключается в использовании новых конструкций микрочипов и устройств автозагрузки, подходящих как для сбора жидкостных, так и крио-ЭМ данных (рисунок 1)7,14,15,16,17. Сборки механически герметизированы с использованием стандартных сетчатых зажимов для автоматизированных приборов, таких как Krios, которые могут вмещать несколько образцов за сеанс или F200C TEM (рисунок 2). Эта методология расширяет использование изображений с высоким разрешением за пределы стандартных крио-ЭМ-приложений, демонстрируя более широкие цели для анализа материалов в режиме реального времени.
В текущей видеостатье представлены протоколы подготовки вирусных сборок в жидкости с коммерчески доступными держателями образцов и без них. Использование специализированного держателя образцов для жидких ЭМ, тонких жидких образцов может предоставить структурную информацию, сопоставимую с крио-ЭМ-образцами, а также динамическое понимание образцов. Также продемонстрированы методы подготовки жидких образцов с использованием инструментов автозагрузчика для высокопроизводительных процедур. Основным преимуществом по сравнению с другими методами является то, что автоматизированное производство образцов позволяет пользователю быстро оценивать свои образцы для оптимальной толщины и дозировки электронов до сбора данных. Этот метод скрининга быстро определяет идеальные области для записи в реальном времени в жидкости или льду 12,14,18,19. Для целей 3D-определения структуры жидкость-ЭМ может дополнять давно устоявшиеся крио-ЭМ методы, реализованные в крио-ЭМ. Читатели, использующие обычные технологии ТЕА или крио-ЭМ, могут рассмотреть возможность использования рабочих процессов жидкостной ЭМ для обеспечения новых, динамических наблюдений за своими образцами таким образом, чтобы дополнить их текущие стратегии.
Образцы вирусов, используемые в этом протоколе, включают очищенный аденоассоциированный вирус подтипа 3 (AAV), полученный в качестве подарка и культивируемый в стандартных условиях12. Также использовались неинфекционные СУБВИРУСНЫЕ сборки SARS CoV-2, полученные из сыворотки 12 пациентов сCOVID-19 и полученные из коммерческого источника. Наконец, очищенные обезьяньи ротавирус (штамм SA11) двухслойные частицы (DLP) были получены из лаборатории доктора Сары М. Макдональд Эссен в Университете Уэйк Форест и культивированы с использованием стандартных условий 6,17. Пакеты программного обеспечения, описанные здесь, находятся в свободном доступе, а ссылки были предоставлены в разделе «Таблица материалов».
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Загрузка держателя образца для жидкости-EM
2. Производство сэндвич-узлов для микрочипов
ПРИМЕЧАНИЕ: Различные микрочипы SiN или диоксида кремния (SiO) могут использоваться непосредственно из поставляемых гелевых упаковок. Золотые сетки с углеродным покрытием также могут использоваться непосредственно в поставляемых поставках.
3. Визуализация образцов с помощью просвечивающего электронного микроскопа
4. Анализ данных и сравнение 3D-структур
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Жидкость-ТЭМ, работающая на 200 кВ, использовалась для всех экспериментов по визуализации жидких ЭМ, а крио-ТЭМ, работающий на 300 кВ, использовался для сбора всех крио-ЭМ данных. Репрезентативные изображения и структуры нескольких вирусов представлены, чтобы продемонстрировать полезность методов для различных испытуемых. К ним относятся рекомбинантный аденоассоциированный вирус подтипа 3 (AAV), субвирусные сборки SARS-CoV-2, полученные из сыворотки пациента, и двухслойные частицы ротавируса обезьян (DLP), штамм SA11. Во...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Открываются новые возможности для оптимизации текущих рабочих процессов жидкостной ЭМ за счет использования новых автоматизированных инструментов и технологий, адаптированных из области крио-ЭМ. Приложения, связанные с новой технологией сэндвичей с микрочипами, важны по сравнению с другими методами, поскольку они позволяют проводить анализ изображений с высоким разрешением в жидком или стекловидном льду. Одним из наиболее важных шагов в протоколе является производство образцов с идеальной толщиной жидкости для визуализац...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов. Автор, Мадлен Дрессел-Дьюкс, является сотрудником Protochips, Inc., а Майкл Спилман является сотрудником DirectElectron.
Авторы выражают признательность доктору Луку Х. Ванденберге (Гарвардская медицинская школа, отделение офтальмологии) за предоставление очищенного AAV-3. Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения и Национальным институтом рака (R01CA193578, R01CA227261, R01CA219700 до D.F.K.).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Ацетон | Фишера Научный | A11-1 | Инструмент |
| обрезки автозагрузчика | ThermoFisher Scientific | N/A | Также поставщик SubAngstrom |
| Сетка автозагрузчика | Верхние и нижние зажимы | ThermoFisher Scientific | N/A |
| Углеродное покрытие золото | EM сетки Electron Microcopy Sciences | CF400-AU-50 | 400 меш, толщина 5 нм |
| Сыворотка пациента с COVID-19 | RayBiotech | CoV-Pos-S-500 | 500 микролитров ПЦР+ сыворотки |
| метанола | Fisher Scientific | A412-1 | 1 литр |
| микрочипы Microwell-integrad | Protochips, Inc. | EPB-42A1-10 | 10x10-мм оконные матрицы |
| TEMWindows микросхемы | Simpore Inc. | SN100-A10Q33B | 9 больших окон, 10-нн толщина |
| микросхемы TEMWindows | Simpore, Inc. | SN100-A05Q33A | 9 маленьких окон, толщина 5 нм |
| Верхние микросхемы | Protochips, Inc. | EPT-50W | 500 мм x 100 мм окно |
| Ватман #1 фильтровальная бумага | Ватман | 1001 090 | 100 штук, 90 мм |
| <прочная>Оборудование Детектор прямых электронов | |||
| DirectView | Direct Electron | Расстояние между пикселями 6 микрон | |
| Falcon 3 EC Детектор прямых электронов | ThermoFisher Scientific | Расстояние между пикселями 14 микрон | |
| Gatan 655 Сухая насосная станция | Gatan, Inc. | Наконечник держателя насоса к 10-6 range | |
| Mark IV Vitrobot | ThermoFisher Scientific | Современная установка для подготовки образцов | |
| PELCO easiGlow, тлеющий разрядник | Ted Pella, Inc. | Режим отрицательной полярности | |
| Poseidon Select держатель образца | Protochips, Inc. | Совместимость с FEI; держатель образца | |
| Talos F200C TEM | ThermoFisher Scientific | 200 кВ; Жидкостные ТЭМ | |
| Titan Krios G3 | ThermoFisher Scientific | 300 кВ; Cryo-TEM | |
| Свободно доступное программное обеспечение | Ссылка на сайт | Комментарии (опционально) | |
| cryoSPARC | https://cryosparc.com/ | другое программное обеспечение для обработки изображений | |
| CTFFIND4 | https://grigoriefflab.umassmed.edu/ctffind4 | программа для поиска CTF | |
| MotionCorr2 | |||
| RELION | https://www3.mrc-lmb.cam.ac.uk/relion/index.php?title=Main_Page | ||
| SerialEM | https://bio3d.colorado.edu/SerialEM/ | ||
| UCSF Chimera | https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/ | пакет программного обеспечения для анализа молекулярной структуры |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение