Κορωνοϊός: Προηγμένο μικροσκόπιο δίνει την πρώτη 3D απεικόνιση. The structure of the novel coronavirus SARS-CoV-2

Η επεξεργασία δεδομένων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας δίνει εικόνες θεαματικής λεπτομέρειας. Image of SARS-CoV-2 Atomistic model made by Nanographics GmbH.

Δεν πρόκειται για τρισδιάστατο μοντέλο, αλλά για την πρώτη άμεση απεικόνιση του SARS-CoV-2 σε τρεις διαστάσεις.

Η θεαματική εικόνα παρουσιάστηκε από την αυστριακή εταιρεία Nanographics, η οποία επεξεργάστηκε δεδομένα που συλλέχθηκαν με την τεχνική της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας.

Διακριτικό όριο

Image of SARS-CoV-2 Atomistic model made by Nanographics GmbH.

Ο ιός που πήρε πανδημικές διαστάσεις και αναστάτωσε την ανθρωπότητα είναι αδύνατο να γίνει ορατός με οπτικό μικροσκόπιο, δεδομένου ότι το μέγεθός του –περίπου 100 νανόμετρα ή δισεκατομμυριοστά του μέτρου- είναι μικρότερος από το μήκος κύματος του ορατού φωτός.

Τη λύση για αυτά τα μεγέθη προσφέρει η ηλεκτρονική μικροσκοπία, η οποία μετρά πώς το υπό εξέταση δείγμα εκτρέπει τα ηλεκτρόνια με τα οποία βομβαρδίζεται. Η τεχνολογία των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων συνεχίζει να βελτιώνεται εδώ και δεκαετίες και πλέον πλησιάζει το επίπεδο της ατομικής ανάλυσης.

Η Nanographics, εταιρεία που ιδρύθηκε από ερευνητές του Τεχνικού Πανεπιστημίου της Βιέννης, αξιοποίησε δεδομένα που προσέφερε η ομάδα του Σάι Λι στο Πανεπιστήμιο Τσινγκούα του Πεκίνου.

Κατάψυξη

Η 3D απεικόνιση βασίστηκε σε ψηφιακά δεδομένα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Image of SARS-CoV-2 Atomistic model made by Nanographics GmbH.

Οι κινέζοι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνική της κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας, στην οποία το δείγμα καταψύχεται πριν εξεταστεί.

Η αυστριακή εταιρεία ανέλαβε στη συνέχεια να επεξεργαστεί τα δεδομένα και να αφαιρέσει τον θόρυβο που προκαλεί το αλατούχο διάλυμα μέσα στο οποίο είχαν πακεταριστεί χιλιάδες αντίγραφα του ιού.

This is the first time you can see real (flash-frozen) coronavirus in 3D. Viruses are very small. One thousand of them lined up next to each other would be as thick as a single hair. When scientists look for ways how to fight a virus, they use detailed 3D models. But can we see a virus for real? With cryo-em tomography and the visualization technology developed at nanographics, we can! Cryo-EM tomography data is pretty noisy, but that didn't stop us. We used machine learning and advanced visualization algorithms to show you the most detailed view of a real SARS-CoV-2 virion, in 3D, directly from the electron microscopy scans. Instead of photons of visible light, which give things colors, this scan is made with electrons. That means that the scan does not have any color information. We added artificial colors to distinguish individual parts of the virion, which would otherwise blend in together. Credit: Too Dope for Microscope

Η ποιότητα του αποτελέσματος είναι τόσο υψηλή ώστε μπορεί κανείς να διακρίνει ακόμα και τις πρωτεΐνες-ακίδες που προεξέχουν από την επιφάνεια του ιού και επιτρέπουν την είσοδό του στα ανθρώπινα κύτταρα.

Οι μέθοδοι που επέτρεψαν τη δημιουργία της εικόνας θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμες στην ταχεία ανάλυση δεδομένων μικροσκοπίας, δήλωσε ο Ιβάν Βαϊόλα του Τεχνικού Πανεπιστημίου της Βιέννης.

Η ομάδα του συνεργάζεται τώρα με το αμερικανικό Ινστιτούτο Scrippes και το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Σαουδικής Αραβίας για την ανάπτυξη λογισμικού δημιουργίας δομικών μοντέλων πρωτεϊνών και άλλων βιομορίων.

Πηγές: https://nanographics.at/projects/sars-cov-2/ - https://www.tovima.gr/2021/01/19/science/koronoios-proigmeno-mikroskopio-dinei-tin-proti-3d-apeikonisi/

 

 

Οι ακτίνες Χ από άστρα νετρονίων μπορεί να σημαίνουν αξιόνια. Excess x-rays from neutron stars could lead to discovery of new particle

Οι προερχόμενες από άστρα νετρονίων μυστηριώδεις ακτίνες Χ, μπορεί να είναι η πρώτη απόδειξη ύπαρξης των αξιονίων, των υποθετικών σωματιδίων που πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι αποτελούν την σκοτεινή ύλη. Theoretical physicists suggest that never-before-observed particles called axions may be the source of unexplained, high-energy X-ray emissions surrounding a group of neutron stars. Image credit: Raphael.concorde, Wikimedia Commons

Αυτό υποστηρίζουν οι Malte Buschmann et al στην δημοσίευσή τους με τίτλο: «Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars».

Τα αξιόνια είναι προς το παρόν θεωρητικά κατασκευάσματα. Η ύπαρξη των αξιονίων προβλέπεται από όλα τα υπερσυμμετρικά μοντέλα. Σπάνια αλληλεπιδρούν με άλλα σωματίδια και γι αυτό δεν έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα. Θεωρητικά, τα αξιόνια μπορούν να δημιουργηθούν από τις συγκρούσεις άλλων σωματιδίων ή υπάρχουν φυσικά ως συστατικά της σκοτεινής ύλης. Τα αξιόνια προβλέπονται επίσης και από τη θεωρία χορδών η οποία επιχειρεί την ενοποιήσει τις δυνάμεις του σύμπαντος και να δείξει ότι όλα τα σωματίδια είναι στην πραγματικότητα δονήσεις μονοδιάστατων στοιχειωδών χορδών.

Το 2019 παρατηρήθηκε μια μυστηριώδης, ανεξήγητη αύξηση εκπομπής ακτίνων Χ από πολλά άστρα νετρονίων. Μια πρόταση για την ερμηνεία της περίσσειας εκπομπής των ακτίνων Χ ήταν ότι προκαλούνται από την παραγωγή αξιονίων στους πυρήνες των άστρων νετρονίων.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση του διαστημικού τηλεσκοπίου XMM-Newton που ανίχνευσε περίσσεια εκπομπή ακτίνων Χ από αστέρες νετρονίων. The XMM-Newton space telescope, shown above in an artistic rendering, detected unusually high levels of X-ray emission from nearby neutron stars. A team of scientists, including a University of Minnesota researcher, found that the excess of X-rays may be the first evidence of axions, hypothetical particles that could help physicists unravel several mysteries of the universe. Image courtesy of D. Ducros and the European Space Agency.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια προτεινόμενη θεωρία σχετικά με τα αξιόνια για να εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο. Στην εν λόγω θεωρία τα αξιόνια παράγονται στον πυρήνα ενός άστρου νετρονίων ως υποπροϊόντα συγκρούσεων μεταξύ νετρονίων και πρωτονίων. Στη συνέχεια, τα σωματίδια εκτοξεύονται προς τα έξω στο ισχυρό μαγνητικό πεδίο του άστρου, όπου μετατρέπονται στα φωτόνια των ακτίνων Χ ενέργειας 2 έως 8 keV που ανιχνεύονται από τηλεσκόπια, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο XMM-Newton. Τα αξιόνια μεταφέρουν πολύ περισσότερη ενέργεια από τα φωτόνια που εκπέμπουν συνήθως τα άστρα νετρονίων. Τα παραγόμενα  στη συνέχεια φωτόνια από τα αξιόνια θα έχουν επίσης περισσότερη ενέργεια, εξηγώντας έτσι εξηγείται την απροσδόκητη αύξηση των ακτίνων Χ. Οι ερευνητές δεν ισχυρίζονται ότι ανακάλυψαν ήδη τα αξιόνια, αλλά υποστηρίζουν πως τα επιπλέον φωτόνια ακτίνων Χ μπορούν να εξηγηθούν από σωματίδια όπως τα αξιόνια.

Τα μέχρι στιγμής δεδομένα δεν επαρκούν για να αποδείξουν ότι οι εν λόγω ακτίνες Χ προέρχονται από αξιόνια, αλλά οι ερευνητές ελπίζουν ότι με περισσότερα δεδομένα και από άλλα τηλεσκόπια θα δοθεί οριστική απάντηση στο άμεσο μέλλον.

Πηγές: Malte Buschmann, Raymond T. Co, Christopher Dessert, Benjamin R. Safdi. Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars. Physical Review Letters, 2021; 126 (2) DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.021102 - https://news.umich.edu/excess-x-rays-from-neutron-stars-could-lead-to-discovery-of-new-particle/ - https://cse.umn.edu/college/news/excess-x-rays-neutron-stars-could-lead-discovery-new-particle - https://physicsgg.me/2021/01/18/