Как вирусным патогенам удается проникнуть в клетки человека? Какие клеточные механизмы они используют для эффективного размножения и при этом как они изменяют структуру своей клетки-хозяина? Эти вопросы находятся в центре внимания общеевропейского исследовательского проекта под названием «Компактное устройство для визуализации клеток» (CoCID), в котором ученые Гейдельберга играют важную роль.

Чтобы продвинуть исследования вирусных заболеваний, целью проекта является разработка особенно подходящего метода визуализации клеток, доступ к которому до сих пор был ограничен для исследователей, и для широкого применения в медицинских исследованиях.

С этой целью Европейский союз финансирует консорциум вирусологов и экспертов по визуализации, координируемый Университетским колледжем Дублина (Ирландия), на сумму чуть менее 5,7 миллиона евро до конца 2024 года. В целом примерно 1,6 миллиона евро пойдут в Гейдельбергский университет и университетскую больницу Гейдельберга.

««Мягкий рентгеновский микроскоп» (SXM) — это эффективный метод визуализации клеток», — объясняет доктор Венера Вайнхардт из Центра исследований организмов (COS) Гейдельбергского университета. Физик, она специализируется на инновационных рентгенологических процедурах и сотрудничает с профессором доктором Ральфом Бартеншлагером, который возглавляет отделение молекулярной вирусологии в отделении инфекционных болезней больницы Гейдельбергского университета. «SXM использует особые свойства спектра мягкого рентгеновского излучения, чтобы заглянуть внутрь отдельной неповрежденной клетки и создать трехмерные изображения всей ее внутренней структуры.

«Это также выявляет изменения, вызванные вирусными инфекциями», — говорит доктор Вайнхардт. По этой причине мягкая рентгеновская микроскопия явно отличается от традиционных методов, таких как электронная микроскопия, которая позволяет визуализировать отдельные части, но не всю клетку.

Пока SXM может выполняться только на пяти исследовательских станциях по всему миру, где освещение, необходимое для этого типа микроскопии, обеспечивается огромными ускорителями частиц, называемыми синхротронами. Таким образом, главная особенность CoCID заключается в дальнейшей разработке миниатюрного метода мягкого рентгена, который был запатентован SiriusXT, дочерней компанией Университетского колледжа Дублина. Он предназначен для широкого использования в будущем.

«Микроскоп SXM, разработанный SiriusXT, работает так же хорошо, но он во много раз меньше, дешевле и по-прежнему очень быстр», — доктор Венера Вайнхардт, Центр органических исследований, Гейдельбергский университет

С вирусологической точки зрения исследователи из Гейдельберга особенно заинтересованы в потенциале новой методологии при исследовании SARS-CoV-2. Рабочая группа профессора Бартеншлагера в первую очередь занимается тем, как вирус перепрограммирует свои клетки-хозяева. По его словам, снимки SXM, созданные под руководством доктора Вайнхардта в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии (США), уже являются многообещающими в этом отношении.

Также оказалось возможным генерировать трехмерные изображения клеток, инфицированных SARS-CoV-2, в рамках соглашения о сотрудничестве с Европейской лабораторией молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге.

«Благодаря работе с этими изображениями у нас есть довольно хорошее представление о том, какие факторы играют роль в визуализации в связи с инфицированными вирусом клетками, и мы можем передать эти результаты в консорциум CoCID. Как только прототип мягкого рентгеновского снимка из Дублин запущен и работает, мы также доставим образцы инфицированных клеток, обеспечим прямое сравнение с доступными изображениями и окажем поддержку в интерпретации данных», — говорит профессор Бартеншлагер.

Эксперты Гейдельберга ожидают, что мягкая рентгеновская микроскопия, доступная для повседневного использования, будет иметь явные преимущества по сравнению с существующими процедурами. Например, текущие средства SXM могут обрабатывать только часть поступающих запросов. Профессор Бартеншлагер: «Мы не можем позволить себе долгое ожидание или трудоемкий метод, когда речь идет о новых вирусах, таких как SARS-CoV- 2, о которой мы узнаем что-то новое и которая меняется ежедневно».

Помимо ученых из Гейдельбергского университета, в проекте «Компактное устройство для визуализации клеток» также участвуют исследователи из Финляндии, Ирландии и Испании. Четырехлетнее финансирование проекта, стартовавшее в начале этого года, осуществляется в рамках программы Европейского Союза Horizon 2020.