Ultraschall in der Virusforschung
Ultraschall-Lyse und -Extraktion ist eine zuverlässige und seit langem etablierte Methode für den Aufschluss von Zellen und die anschließende Freisetzung von Viren, viralen Proteinen, DNA und RNA.
Ultraschall in der Coronavirus-Forschung
Die Extraktion von Viren aus Organgewebe ist ein wesentlicher Schritt der Probenvorbereitung vor der Analyse des Virus (z. B. Nukleinsäure, Kapsomere, Glykoproteine). Die Ultraschallhomogenisierung ist ein schnelles, einfaches und reproduzierbares Verfahren für die Probenvorbereitung wie Gewebehomogenisierung, Lyse, Zellaufschluss, Extraktion intrazellulärer Stoffe sowie DNA- und RNA-Fragmentierung.
Die Probenvorbereitung mit Ultraschall ist ein üblicher Schritt vor der Polymeren Kettenreaktion (PCR).
Ultraschall-Virus-Anwendungen
- Zelllyse zur Extraktion von Viren aus Gewebe- und Zellkulturen
- Ausbreitung von Virusclustern
- Scherung/Fragmentierung von DNA und RNA
Ultraschall für die Impfstoffherstellung und die Formulierung von antiviralen Arzneimitteln
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Nano-Wirkstoffträger
Systeme zur Verabreichung von Arzneimitteln in Nanogröße werden erfolgreich eingesetzt, um pharmakologisch wirksame Bestandteile in die Zellen zu bringen, wo das Arzneimittel seine Wirkung entfalten kann. Gängige Nanoträger für Arzneimittel sind Nano-Emulsionen, Liposomen, Cyclodextrin-Komplexen, polymere Nanopartikel, anorganische Nanopartikel und virale Vektoren.
Die Emulgierung und Dispersion mit Ultraschall ist eine bewährte Technik zur Herstellung von nanoverstärkten Formulierungen wie Nanoemulsionen, Liposomen, Cyclodectrin-Komplexen und Nanopartikeln (z. B. Kern-Schale-Nanopartikeln), die mit bioaktiven Substanzen beladen sind.
Virus
Ultraschallprozessoren für die Zelllyse und -extraktion
Hielscher Ultrasonics bietet eine breite Palette von Ultraschallsystemen für die Beschallung von kleinsten Laborproben bis hin zur Verarbeitung von sehr großen Mengen im industriellen Maßstab.
Unsere Sonden-Ultraschallgeräte gibt es in verschiedenen Leistungsbereichen, so dass wir Ihnen das ideale Gerät für Ihre Anwendung empfehlen können. Ein breites Spektrum an Zubehör wie Sonotroden in verschiedenen Größen und Formen, Durchflusszellen und Reaktoren mit unterschiedlichen Größen und Geometrien und andere Zusatzgeräte stellen sicher, dass Sie Ihren Ultraschall-Zellauflöser für höchste Prozesseffizienz und Bedienungskomfort einrichten können.
Ein einzigartiges Ultraschalldesign für die Probenvorbereitung ist die VialTweeter. Der Hielscher VialTweeter ermöglicht die gleichzeitige Beschallung von bis zu 10 Röhrchen (z.B. Eppendorf-Röhrchen, Mikrozentrifugenröhrchen etc.) unter den gleichen Prozessbedingungen. Die intensiven Ultraschallwellen werden durch die Gefäßwände übertragen, so dass Kreuzkontaminationen und Probenverluste vermieden werden. Das VialTweeter ist ein kompaktes Ultraschallsystem, das in jeder Laborumgebung eingesetzt werden kann. Seine Hauptvorteile sind die präzise Kontrolle der Prozessparameter, die Reproduzierbarkeit, die gleichzeitige Behandlung mehrerer Proben unter gleichen Bedingungen ohne Kreuzkontamination und die automatische Datenprotokollierung auf einer eingebauten SD-Karte.Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Vorteile der Hielscher-Ultraschallgeräte
Alle Hielscher-Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb unter Volllast ausgelegt. Die Zuverlässigkeit und Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte stellt sicher, dass Sie Ihre Materialien mit hoher Effizienz bearbeiten können und das gewünschte Ergebnis erhalten. Unsere automatische Frequenzabstimmung gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb mit der gewählten Amplitude. Die lineare Skalierbarkeit ermöglicht ein einfaches Scale-up auf höhere Prozessvolumina bei gleichen Prozessergebnissen ohne Risiko.
Ab 200 Watt aufwärts verfügen alle unsere Ultraschallsysteme über ein farbiges Touch-Display, eine digitale Steuerung, eine eingebaute SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, steckbare Temperatur- und optionale Drucksensoren und
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
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Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und Industrielle Anlage.
Literatur
Wissenswertes
Coronavirus
Der Begriff Coronavirus umfasst einen ganzen Zweig des Virenstammbaums, zu dem auch die Krankheitserreger von SARS (Schweres Akutes Respiratorisches Syndrom), MERS (Middle Eastern Respiratory Syndrom) und anderen Varianten gehören. Wenn man vom "Coronavirus" spricht und sich auf einen gefährlichen Virusstamm bezieht, kann man das mit dem Wort "Säugetier" vergleichen, wenn man "Grizzlybär" meint. Es ist zwar technisch korrekt, aber sehr unspezifisch.
Viren
Ein Virus ist ein kleines infektiöses Partikel, das eine Wirtszelle benötigt, um sich zu vermehren. Viren dringen in lebende Zellen eines Organismus ein, von Tieren und Pflanzen bis hin zu Mikroorganismen, einschließlich Bakterien und Archaeen.
Formen, Größen und Typen von Viren
Im Allgemeinen sind Viren wesentlich kleiner als Bakterien. Die meisten Viren, die bisher untersucht wurden, haben einen Durchmesser zwischen 20 und 300 Nanometern. Da die meisten Viren so winzige Partikel sind, verfügt ein Lichtmikroskop nicht über eine ausreichende Vergrößerung, um sie sichtbar zu machen. Um Viren zu sehen und zu studieren, sind Raster- und Transmissionselektronenmikroskope (SEM bzw. TEM) erforderlich.
Zusammensetzung eines Virions
Ein vollständiges Viruspartikel wird als Virion bezeichnet. Ein solches Virion besteht aus einem inneren Kern aus Nukleinsäure, die entweder Ribonukleinsäure oder Desoxyribonukleinsäure (RNA oder DNA) sein kann. Die Nukleinsäure ist von einer schützenden äußeren Proteinhülle, dem so genannten Kapsid, umgeben. Ein Kapsid besteht aus identischen Proteinuntereinheiten, den so genannten Kapsomeren. Der Kern des Virions verleiht dem Virus seine Infektiosität, während das Kapsid für die Spezifität des Virus sorgt. Prionen sind infektiöse Proteinmoleküle, die keine virale DNA oder RNA enthalten.
Umhüllte versus nackte Viren
Viren, die eine Lipidhülle haben, werden als umhüllte Viren bezeichnet. Die so genannte Hülle ist ein Lipidmantel, der das Proteinkapsid umgibt. Die Viren übernehmen die Hülle während des Knospungsprozesses von der Wirtszellmembran. Beispiele für behüllte Viren sind SARS-CoV-2, HIV, HSV, SARS oder Pocken.
Nackte Viren haben diese Hülle nicht, da sie die Zelle durch Lysierung verlassen. Einige Viren können jedoch eine "Quasi-Hülle" entwickeln, die das virale Kapsid vollständig umschließt, aber frei von viralen Glykoproteinen ist. Beispiele für nackte Viren sind Poliovirus, Nodavirus, Adenovirus und SV40.
Morphologie des Virus
Es werden vier morphologische Hauptvirustypen unterschieden, nämlich spiralförmig, ikosaedrisch, länglich und umhüllend. Darüber hinaus gibt es sogenannte komplexe Virusmorphologien.
Die Morphologie eines Virus wird durch das Kapsid und dessen Form bestimmt. Das Kapsid wird aus Proteinen aufgebaut, die vom viralen Genom kodiert werden. Die Form des Kapsids ist die Grundlage für die morphologische Unterscheidung. Die vom Virus kodierten Proteinuntereinheiten, die so genannten Capsomere, setzen sich selbst zusammen, um ein Kapsid zu bilden, das normalerweise das Vorhandensein des Virusgenoms erfordert.
Helikale Viren: Helikale Viren haben eine Kapsidform, die als fadenförmig oder stäbchenförmig beschrieben werden kann. Die Helixform hat einen zentralen Hohlraum, in dem die Nukleinsäure eingeschlossen ist. Je nach Anordnung der Kapsomere verleiht die Helixform dem Viruskapsid Flexibilität oder Steifigkeit.
Ikosaedrische Viren: Das Kapsid des ikosaedrischen Virus besteht aus identischen Untereinheiten (Kapsomeren), die gleichseitige Dreiecke bilden, die wiederum symmetrisch angeordnet sind. Die ikosaedrische Form sorgt für eine sehr stabile Kapsidbildung, die viel Platz für die Nukleinsäure bietet.
Prolate-Viren: Die prolate Form ist eine Variante der ikosaedrischen Form und findet sich bei Bakteriophagen.
Umhüllte Viren: Einige Viren haben eine Hülle aus Phospholipiden und Proteinen. Für den Aufbau der Hülle verwendet das Virus Teile der Zellmembran seines Wirts. Die Hülle fungiert als Schutzmantel für das Kapsid und hilft so, das Virus vor dem Immunsystem des Wirts zu schützen. Die Hülle kann auch Rezeptormoleküle enthalten, die es dem Virus ermöglichen, sich mit Wirtszellen zu verbinden und die Infektion von Zellen zu erleichtern. Einerseits erleichtert eine Virushülle die Infektion von Zellen, andererseits macht die Virushülle das Virus anfälliger für die Inaktivierung durch Umwelteinflüsse wie Detergenzien (z. B. Seife), die die Lipidbausteine der Hülle zerstören.
Komplexe Viren: Ein komplexes Virus ist durch eine Kapsidstruktur gekennzeichnet, die weder rein helikal noch rein ikosaedrisch ist. Außerdem können komplexe Viren zusätzliche Komponenten wie Proteinschwänze oder eine komplexe Außenwand aufweisen. Viele Phagenviren sind für ihre komplexe Struktur bekannt, die einen ikosaedrischen Kopf mit einem helikalen Schwanz kombiniert.
Virus-Genom
Virusspezies haben eine gigantische Vielfalt an genomischen Strukturen. Die Gruppe der Virenarten enthält mehr strukturelle genomische Vielfalt als Pflanzen, Tiere, Archaeen oder Bakterien. Es gibt Millionen verschiedener Virustypen, obwohl bisher nur etwa 5.000 Typen detailliert beschrieben wurden. Dies lässt einen riesigen Raum für die zukünftige Virusforschung.