Nanolive新冠肺炎疫情篇-病原微生物迫害宿主細(xì)胞（上）

無(wú)論是2003年的SARS病毒還是2019年來(lái)勢(shì)洶洶的新冠肺炎病毒COVID-19，其實(shí)它們本身并不那么可怕，可怕的是我們不知道這些病原體是怎么攻擊宿主細(xì)胞并導(dǎo)致發(fā)病的，我們?cè)趺床拍茏柚顾鼈兤群λ拗骷?xì)胞 。
 

細(xì)胞內(nèi)病原體根據(jù)對(duì)宿主細(xì)胞資源的依賴程度，它們可分為兩類：兼性和專性細(xì)胞內(nèi)病原體。病毒、弓形蟲(chóng)等專性細(xì)胞內(nèi)病原體需要宿主細(xì)胞才能繁殖，而單核細(xì)胞增生李斯特菌等兼性細(xì)胞內(nèi)病原體可以在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外存活。
 

宿主-病原體相互作用是用來(lái)描述傳染源如何在宿主生物體內(nèi)生存的術(shù)語(yǔ)。
 

為了在細(xì)胞水平上了解宿主-病原體的相互作用，我們需要克服常規(guī)顯微鏡方法的局限性，例如無(wú)法獲得三維信息或進(jìn)行長(zhǎng)期活細(xì)胞成像，以避免光毒性和圖像質(zhì)量受損。
 

Nanolive公司的 3D Cell Explorer(3D CX)提供的無(wú)標(biāo)記、無(wú)損傷數(shù)字成像技術(shù)，可以減少樣品制備時(shí)間，在獨(dú)特的高時(shí)空分辨率（<167nm；1img/1.7sec）下進(jìn)行高質(zhì)量的活細(xì)胞成像，無(wú)光漂白或光毒性問(wèn)題�？蓪�(duì)從病毒到細(xì)菌、寄生蟲(chóng)等各種病原體從侵入到在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制繁殖等過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)無(wú)標(biāo)記3D成像追蹤及定量分析，下面請(qǐng)跟著我們的腳步來(lái)一起來(lái)觀賞那些驚人的生物過(guò)程。
 

微生物
 

Nanolive無(wú)標(biāo)記全息顯微鏡揭示病毒誘導(dǎo)的活細(xì)胞病變作用
 

這個(gè)研究來(lái)自蘇黎世大學(xué)的格雷伯小組 ，3D CX被他們描述為唯一可用于無(wú)標(biāo)記實(shí)時(shí)檢測(cè)病毒誘導(dǎo)活細(xì)胞病變效應(yīng)的顯微成像解決方案。
 

細(xì)胞病變效應(yīng)（CPEs）是感染的標(biāo)志，可通過(guò)相差顯微鏡或熒光顯微鏡觀察到，但存在光毒性。3D CX數(shù)字全息斷層顯微術(shù)可無(wú)標(biāo)記非干擾式觀測(cè)病毒感染活細(xì)胞的不同模式 ，通過(guò)測(cè)量RI和計(jì)算折射率梯度（RIG）值，揭示病毒感染后細(xì)胞的光學(xué)異質(zhì)性。據(jù)此他們發(fā)現(xiàn)痘苗病毒（VACV）、單純皰疹病毒（HSV）和鼻病毒（RV）的感染呈漸進(jìn)性和明顯增加趨勢(shì)。VACV而非HSV和RV感染會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞體積波動(dòng)，且三種病毒均改變了細(xì)胞質(zhì)膜動(dòng)力學(xué)，誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡特征類似于化合物staurosporin，同時(shí)具有病毒特異性特征。因此3D CX作為定量無(wú)標(biāo)記顯微鏡在感染研究中可在最小干擾下揭示活細(xì)胞中病毒類型特異性變化和細(xì)胞病變效應(yīng)
 

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

視頻鏈接：https://v.youku.com/v_show/id_XNDQ2NzcxODIyNA==.html?spm=a2hbt.13141534.0.13141534
 

Nanolive無(wú)標(biāo)記實(shí)時(shí)觀測(cè)中性粒細(xì)胞吞噬肺炎細(xì)菌
 

下面這個(gè)獨(dú)特的無(wú)標(biāo)記視頻來(lái)自烏特勒克的UMC感染和免疫實(shí)驗(yàn)室利用3D CX做的肺炎細(xì)菌相關(guān)研究的DEMO 實(shí)驗(yàn)。
 

肺炎是一種急性呼吸道感染 ，主要是由細(xì)菌或病毒引起的，也可能由真菌和寄生蟲(chóng)引起。通常分離到引起肺炎的細(xì)菌是肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌、肺炎衣原體和肺炎支原體[2]，這些只導(dǎo)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、冠狀病毒、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，一種新的病毒SARS冠狀病毒2爆發(fā)，這種新的病毒感染個(gè)體導(dǎo)致肺炎， 這就是通常所說(shuō)的COVID-19，已經(jīng)被世衛(wèi)組織宣布為國(guó)際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件[5]
 

肺炎感染的免疫機(jī)制因疾病的病因不同而不同。在病毒感染中，單核細(xì)胞通常與炎癥相關(guān)[6]，而在細(xì)菌感染中，中性粒細(xì)胞是疾病進(jìn)展的關(guān)鍵[7]
 

通過(guò)3D Cell Explorer，可以清晰的看到培養(yǎng)的中性粒細(xì)胞吞噬肺炎細(xì)菌的過(guò)程。并可我們可以清楚地區(qū)分中性粒細(xì)胞的不同結(jié)構(gòu)，從多分裂核到吞噬過(guò)程形成的吞噬體等。

視頻鏈接：https://v.youku.com/v_show/id_XNDYwMDQ4NTY2NA==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0
 

李斯特菌感染小鼠巨噬細(xì)胞無(wú)標(biāo)記動(dòng)態(tài)分析
 

單核細(xì)胞增生李斯特菌感染是一種食源性細(xì)菌性疾病，對(duì)孕婦和免疫系統(tǒng)受損的人可能非常嚴(yán)重，對(duì)未出生的嬰兒和非常小的嬰兒是致命的。李斯特菌感染可通過(guò)食用保存不良的肉類和未經(jīng)高溫消毒的乳制品（包括軟奶酪、冰淇淋和酸奶）而感染。并具有很強(qiáng)的抗藥性，可以在冷藏甚至冷凍條件下存活。
 

在這段視頻中，我們觀察了感染單核細(xì)胞增生李斯特菌的小鼠巨噬細(xì)胞。
 

視頻鏈接：https://v.youku.com/v_show/id_XNDYwMDQ4NjI3Ng==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0
 

在視頻開(kāi)始時(shí)，視野頂部的細(xì)胞正在經(jīng)歷有絲分裂。在細(xì)胞中心可以清楚地看到染色體的凝聚。在同一宿主細(xì)胞中可以觀察到李斯特菌：它們要么在細(xì)胞質(zhì)中自由移動(dòng)，要么在細(xì)胞質(zhì)液泡內(nèi)復(fù)制。當(dāng)宿主細(xì)胞分裂時(shí)，我們可以觀察到這些病原菌向子細(xì)胞的傳播。
 

在視頻的第二部分，在其生殖細(xì)胞周期結(jié)束時(shí)，李斯特菌通過(guò)宿主細(xì)胞的質(zhì)膜釋放出來(lái)，可以自由感染其他細(xì)胞。并且3D Cell Explorer無(wú)標(biāo)記成像方式還可清楚地看到李斯特菌定位在液泡中，隨后在釋放過(guò)程中膜破壞和細(xì)胞死亡。
 

巨噬細(xì)胞吞噬大腸桿菌
 

巨噬細(xì)胞幾乎存在于所有組織中。它們有助于健康機(jī)體的各種過(guò)程，如發(fā)育、傷口愈合、感染和組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)。巨噬細(xì)胞以其典型的抗菌吞噬細(xì)胞功能而聞名，但也通過(guò)抗原的表達(dá)來(lái)支持免疫功能。它們?cè)诟鞣N體外檢測(cè)研究領(lǐng)域中被應(yīng)用于，如免疫學(xué)、細(xì)菌學(xué)和寄生蟲(chóng)學(xué) ，以及生物醫(yī)學(xué)和移植研究。
 

這個(gè)3D CX獲得的視頻展示了人M1巨噬細(xì)胞吞噬大腸桿菌的過(guò)程 。3D Cell Explorer能夠?qū)�這些活巨噬細(xì)胞以一個(gè)新的，無(wú)標(biāo)記的方式成像，并觀測(cè)到膜皺褶，偽足前沿產(chǎn)生的波浪以中心花瓣的方式移向主體細(xì)胞的整個(gè)過(guò)程。
 

視頻鏈接：https://v.youku.com/v_show/id_XNDYwMDQ4ODE0NA==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0
 

另外可以觀測(cè)到橢圓形顆粒的大腸桿菌顆粒被細(xì)胞捕獲，運(yùn)輸和裂解。Nanolive可為吞噬功能激活劑和/或抑制劑及Toll樣受體（TLR）配體的篩選提供可靠的系統(tǒng)。
 

貝氏菌感染改變宿主內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)源性膽固醇從頭合成和外源性低密度脂蛋白攝取【10】
 

貝氏菌是歐洲一種新興的寄生蟲(chóng)，引起牛貝氏病，一種對(duì)養(yǎng)牛業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)影響的疾病。

與弓形蟲(chóng)類似，貝氏桿菌也需要清除宿主細(xì)胞中的膽固醇才能進(jìn)行復(fù)制。然而，貝氏桿菌獲取膽固醇的機(jī)制仍然存在爭(zhēng)議。

在這項(xiàng)工作中，席爾瓦和來(lái)自吉森大學(xué)Justus Liebig大學(xué)的同事通過(guò)分析體內(nèi)牛原代內(nèi)皮細(xì)胞的貝斯菌感染來(lái)研究膽固醇挽救模型。

他們的結(jié)果表明，貝氏桿菌可以通過(guò)內(nèi)源攝取而不是外源攝取獲得膽固醇。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化了一種理論，即牛內(nèi)皮原代宿主細(xì)胞中成功的貝氏桿菌感染依賴于寄生蟲(chóng)和細(xì)胞類型。

3D Cell Explorer- fluo- 用于證實(shí)了貝氏桿菌感染細(xì)胞中存在豐富的脂滴狀結(jié)構(gòu)。隨后使用STEVE軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析（圖1）。
 

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

 

未完待續(xù)……

敬請(qǐng)期待：Nanolive新冠肺炎疫情篇---一起聊聊病原微生物迫害宿主細(xì)胞的那些事（下篇）！