Neues nicht-radioaktives, neutrales Reagenz zeigt Viren in klaren Details

Sehen ist Glauben – oder für Wissenschaftler der Beginn des Verstehens. Forscher können atomar kleine Details mit der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) sichtbar machen, indem sie Elektronen durch die Probe strahlen und ihre Wechselwirkungen erfassen, um ein Bild zu erzeugen. Aber solche winzigen Proben können den Elektronen ausweichen, also müssen sie speziell mit Schwermetallen behandelt werden, um Wechselwirkungen zu gewährleisten. Um beispielsweise Viren zu sehen, besteht der derzeitige Standard darin, die Virusprobe mit einer Lösung zu übergießen, die eine radioaktive, streng kontrollierte Substanz namens Uranylacetat enthält.

Die resultierenden Bilder sind klar, aber der Prozess zur Beschaffung und Lagerung der erforderlichen radioaktiven Schwermetalllösung kann für Forscher eine komplizierte Hürde darstellen, so Masahiro Sadakane, Professor für angewandte Chemie an der Graduate School of Advanced Science and Engineering der Universität Hiroshima. Sadakane und sein Team fanden kürzlich heraus, dass eine nicht radioaktive Behandlung die gleichen klaren, detaillierten Bilder ohne den bürokratischen Aufwand von Uranylacetat erzeugen kann.

Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse am 12. Mai in Wissenschaftliche Berichte.

„Die Beobachtung der viralen Morphologie ist in der Virologie unerlässlich, für die TEM die am weitesten verbreitete Technik ist, da sie eine direkte Visualisierung im Nanometerbereich ermöglicht, aber derzeit erfordert sie negative Färbereagenzien, die schwere Elemente enthalten“, sagte Sadakane, korrespondierender Autor der Veröffentlichung. „Neue, nicht radioaktive Verbindungen für einfache, schnelle und klare Beobachtungen mit herkömmlichem TEM werden weltweit benötigt.“

Eine derzeit im Handel erhältliche Alternative zum radioaktiven Uranylacetat ist ein Material, das als Phosphorwolframsäure vom „Keggin-Typ“ bekannt ist. Das Molekül besteht aus einer zentralen Einheit aus einem Phosphat und vier Sauerstoffatomen, eng umgeben von Wolfram und mehr Sauerstoff. Obwohl es nicht radioaktiv ist, ist das Molekül stark sauer und muss laut Sadakane vor der Verwendung neutralisiert werden. Er bemerkte auch, dass die Bilder, die es erzeugt, weniger klar sind als die mit Uranylacetat. Trotz dieser Nachteile gehört das Reagenz jedoch zu einer großen Familie ähnlicher – und möglicherweise besserer – Verbindungen.

„Wir haben Phosphowolframat-Verbindungen untersucht und zuvor berichtet, dass der ‚Preyssler-Typ‘ als negatives Färbereagenz verwendet werden kann, um eine feine Struktur von Bakterien zu beobachten“, sagte Sadakane.

„Moleküle vom Preyssler-Typ umfassen auch Wolfram, Sauerstoff und Phosphat, aber sie sind strukturell um ein eingekapseltes, positiv geladenes Ion wie Natrium oder Kalzium angeordnet. Sie haben eine andere Struktur als die Verbindungen vom Keggin-Typ, was zu einem viel stabileren Molekül führt das als Kaliumsalz hergestellt wird.“

Die Forscher wendeten Phosphowolframate vom Preyssler-Typ an, um drei Arten von bakteriellen Viren (Phagen), die Bakterien infizieren, zu färben und abzubilden. Die morphologischen Strukturen dieser Phagen sind bereits gut dokumentiert und bieten eine zuverlässige Referenz, um die Klarheit der Bilder zu überprüfen, die in ihrer Studie erhalten wurden.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Phosphowolframate vom Preyssler-Typ gute Negativ-Färbereagenzien für Virusbeobachtungen sind“, sagte Sadakane. „Sie sind einfach zu verwenden, da sie nicht radioaktiv sind und keine Anpassung des pH-Werts erfordern, und sie liefern klare Bilder.“

Die Forscher planen, auf ihren Erkenntnissen aufzubauen, um eine Reihe von nicht-radioaktiven Reagenzien für die negative Färbung zu entwickeln, um andere Viren sowie kleine organische Partikel wie Proteine ​​​​und mehr zu beobachten, so Sadakane.