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Una plataforma cryo-correlativa de la multi-escala a la imagen SARS-CoV-2 en las células de Vero

El coronavirus 2 (SARS-CoV-2) de la neumonía asiática, que es el virus responsable de la enfermedad 2019 (COVID-19) del coronavirus, es un virus positivo-trenzado altamente infeccioso del ácido ribonucleico (ARN) que pertenece a la familia Coronaviridae. Entre virus del ARN, los coronaviruses contienen el genoma más grande y se asocian a procesos complejos de la réplica.

La complejidad de la réplica del coronavirus es porque este proceso implica el movimiento del marco que se desliza, durante el cual el replicase salta y se generan los duplex múltiples del ARN. Coronaviruses también desarrolla las divisiones numerosas de la membrana para proteger sus componentes virales, que aumenta eficiencia de la réplica y ayuda a estos virus a evadir el reconocimiento inmune natural.

Estudio:  La cryo-proyección de imagen correlativa de la multi-escala revela el montaje SARS-CoV-2 y la salida. Haber de imagen: CROCOTHERY/Shutterstock.com

Las proteínas estructurales de SARS-CoV-2

SARS-CoV-2 consiste en cuatro diversas proteínas estructurales, que incluyen el pico (s), la membrana (m), el envolvente (e), y las proteínas del nucleocapsid (n). La función primaria de la proteína de S, que consiste en los dominios S1 y S2, es mediar el asiento del virus en la célula huesped.

La infección SARS-CoV-2 implica dos pasos de la pre-fusión y de la poste-fusión. Considerando que la pre-fusión implica las subunidades S1 y S2, este último implica la subunidad S2 solamente.

El papel principal de la proteína de SARS-CoV-2 N es de encapsulado y de protección del genoma viral. La proteína de E es la proteína estructural más pequeña y actúa como canal del ión. Pasado, la proteína de la transmembrana M, que es lo más abundante posible la actual proteína estructural de SARS-CoV-2, forra la superficie interna de la membrana del lípido del virus.

Ciclo de la réplica SARS-CoV-2   

El primer paso de la infección SARS-CoV-2 implica la acción recíproca entre proteína de S del virus' y el receptor de la enzima angiotensina-que convierte 2 (ACE2) presente en la superficie de la célula huesped. Posteriormente, S2 cualquiera hiende en la superficie de la célula en presencia de la proteasa TMPRSS2 de la célula o acciona el endocytosis de las partículas virales en la ausencia de TMPRSS2.

Cuando los componentes virales se introducen en el citoplasma de la célula huesped, se sintetizan los polyproteins Pp1a y Pp1ab del precursor. Las proteínas no-estructurales SARS-CoV-2 tienen gusto de nsp3, nsp4, y nsp6 inducen puntualmente la formación de divisiones membranosas llamadas las vesículas de la doble-membrana (DMVs). Los procesos virales de la réplica y de la transcripción del genoma ocurren dentro de estas divisiones membranosas.

Los científicos son curiosos sobre el mecanismo por el cual alcance de RNAs del mensajero (mRNAs) el citoplasma que se traducirá por los ribosomas celulares de DMVs tapado. Un estudio reciente en el coronavirus murine de la hepatitis (MHV) y SARS-CoV-2 denunció la presencia de un poro molecular que sirvió como portal de la exportación para transferir copias virales del genoma del mRNA y del positivo-cabo.

Los estudios anteriores también han denunciado que el montaje de las partículas virales ocurre en las membranas celulares modificadas derivadas del retículo endoplásmico (ER), Golgi, y ER-Golgi la división intermedia (ERGIC). Estos estudios fomentan agregado que el virus consigue liberado vía exocitosis.

Aunque la investigación extensa haya conducto sobre los componentes estructurales de SARS-CoV-2, hay una cantidad limitada de pruebas estructurales y ultraestructurales en cómo la infección SARS-CoV-2 progresa en células nativas. Además, hay un entrehierro en la investigación relacionada con la comprensión del montaje y de la salida virales.

Una multi-escala, plataforma cryo-correlativa para visualizar la infección SARS-CoV-2

Un nuevo estudio publicado en comunicaciones de la naturaleza ha correlacionado los episodios citopáticos accionados por SARS-CoV-2 con procesos de la réplica del virus en células congelado-hidratadas. Los autores de este estudio han utilizado una técnica correlativa, multimodal, y de la multi-escala única de la cryo-proyección de imagen para examinar el progreso de la réplica de SARS-CoV-2 usando las células de Vero.

La técnica utilizada en el estudio actual es única porque ofrece una imagen holística de la infección SARS-CoV-2 que incluye la célula entera fundida a las moléculas individuales del pico del virus. Esta aproximación también reveló los caminos asociados al montaje del virus, así como los efectos del salida y citopáticos de la infección SARS-CoV-2.

En este estudio, los investigadores combinaron diversas técnicas incluyendo microscopia electrónica enfocada serie serial de la exploración del haz de ión del cryo con la microscopia electrónica de la exploración (cryoFIB/SEM) y la tomografía de la radiografía suave para estudiar la morfología de la entero-célula. Los datos obtenidos de estas técnicas entonces fueron correlacionados con la tomografía de alta resolución del cryo-electrón (cryoET). Una de las ventajas del cryoET es el uso de condiciones congelado-hidratadas que ofrece la preparación rápida y simple de la muestra.

Las imágenes obtenidas en la réplica de SARS-CoV-2 revelaron un proceso espacial bien organizado y muy eficiente. Los científicos observaron que cada paso del proceso de la réplica incluyendo la réplica del genoma, la síntesis de la proteína, y el montaje del virus, nombrar algunos, ocurre en divisiones citoplásmicas específicas.

Partes representativas del A-D cryoFIB/SEM de una célula de SARS-CoV-2-infected en la periferia de la célula (a), el citoplasma (b), el núcleo de célula (c), y el invaginación del citoplasma en el espacio nuclear (nota, de una diversa célula) (d). Escale las barras, 500 el   nanómetro en el A.C., 1 µm del   en D. Black y las partículas de las flechas del rojo, extracelulares e intracelulares del virus, respectivamente; flechas azules, poros nucleares; flechas rosadas, división compleja de la membrana; flecha púrpura rayada, camino del invaginación. V las vesículas, T hacen un túnel, núcleo de Nuc, citoplasma de Cyto, retículo endoplásmico del ER. E alisa representación del volumen dividido en segmentos de célula de SARS-CoV-2-infected mostrado en el A.C. Los organelos y las partículas divididos en segmentos del virus etiqueta con los colores indicadas. Las líneas discontinuas (E, panel izquierdo superior) indican las posiciones de las rebanadas mostradas en el A.C., respectivamente.

Una opinión de la multi-escala de la réplica del genoma SARS-CoV-2

Los investigadores de este estudio han ilustrado cinco diversos pasos asociados a la réplica del genoma SARS-CoV-2, que incluye:

  • Paso 1: La réplica del ARN ocurre en DMVs, así separando el vRNA y el mRNA subgenomic de la inmunorespuesta natural de la célula huesped.
  • Paso 2: Los vRNAs nuevamente sintetizados se transportan de DMVs a los sitios del montaje del virus a través de los portales de la transmembrana. Los mRNAs también son transportados por los mismos portales al citoplasma, en donde produce las proteínas.
  • Paso 3: Las proteínas virales de S se transportan a los sitios del montaje a través de las pequeñas vesículas del transporte.
  • Paso 4: Estas vesículas funden con las únicas vesículas de la membrana (SMV), que es donde los picos virales recolectan en el sitio del montaje y el proceso de florecimiento comienza. Estas acciones ocurren en presencia de vRNA. Las proteínas de N también se forman en este paso.
  • Paso 5: Después del montaje y de los procesos de florecimiento, se forma una vesícula viral que puede contener partículas múltiples del virus. Estas partículas pueden entonces salir con los túneles o la exocitosis lysosomal.

(1) la réplica viral del genoma ocurre dentro del DMVs, generando el negativo-cabo viral y RNAs subgenomic (rojo), la copia genomic del vRNA positivo, y los mRNAs subgenomic (azules). (2) RNAs positivo se exporta al citoplasma a través de los poros de DMV. Se traducen los mRNAs de Subgenomic (2b). Proteínas estructurales M, socio de E, y de S con el ER y las membranas de Golgi. El vRNA Genomic llega a ser complexed con N nuevamente sintetizada (2a). (3) S, E, y M se transportan en las vesículas densas, que se funden con SMVs. (4) el montaje viral productivo suceso en el SMV que agrupa los picos virales y encapsidating el genoma en RNPs. Los virus florecen al espacio interno del SMV. (5) la salida ocurre a través de los túneles. La división compleja de la membrana (CMC) se representa en el verde, que incluye partículas del virus del postfusion pico-que contienen y partículas del virus del prefusion pico-que contienen. DMV duplican la vesícula de la membrana, SMV escogen la vesícula de la membrana, división compleja de la membrana del CMC, vesícula viral grande de LVCV.

Journal reference:
Dr. Priyom Bose

Written by

Dr. Priyom Bose

Priyom holds a Ph.D. in Plant Biology and Biotechnology from the University of Madras, India. She is an active researcher and an experienced science writer. Priyom has also co-authored several original research articles that have been published in reputed peer-reviewed journals. She is also an avid reader and an amateur photographer.

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