Hunting coronavirus by transmission electron microscopy – a guide to SARS‐CoV‐2‐associated ultrastructural pathology in COVID‐19 tissues

Abstract

Transmission electron microscopy has become a valuable tool to investigate tissues of COVID‐19 patients because it allows visualisation of SARS‐CoV‐2, but the “virus‐like particles” described in several organs have been highly contested. Because most electron microscopists in pathology are not accustomed to analysing viral particles and subcellular structures, our review aims to discuss the ultrastructural changes associated with SARS‐CoV‐2 infection and COVID‐19 with respect to pathology, virology, and electron microscopy. Using micrographs from infected cell cultures and autopsy tissues, we show how coronavirus replication affects ultrastructure and put the morphological findings in the context of viral replication, which induces extensive remodelling of the intracellular membrane systems. Virions assemble by budding into the endoplasmic reticulum‐Golgi intermediate complex and are characterized by electron dense dots of cross‐sections of the nucleocapsid inside the viral particles. Physiological mimickers such as multivesicular bodies or coated vesicles serve as perfect decoys. Compared to other in‐situ techniques, transmission electron microscopy is the only method to visualize assembled virions in tissues and will be required to prove SARS‐CoV‐2 replication outside the respiratory tract. In practice, documenting in tissues the characteristic features seen in infected cell cultures, seems to be much more difficult than anticipated. In our view, the hunt for coronavirus by transmission electron microscopy is still on.

COVID-19-Auswirkungen auf die Niere

“…Exzellent bebilderte Arbeiten von Roufosse [ 34 ] und Hopfer et al. [ 35 ] nehmen kritisch Stellung zu den Problemen des Virusnachweis mittels EM und weisen insbesondere auf verschiedene Artefakte hin, die Viruspartikel imitieren können. Somit ist v. a. bei der Verwendung der EM für den Virusnachweis bzw.…”

Lungensonographie bei COVID‑19

“…Das ACE 2 wird durch die Fusion, die Wirtszelle selbst später durch die ausufernde intrazelluläre Virusreproduktion zerstört. Diese ACE-2-vermittelte Virusinvasion schädigt in der Lunge sowohl Alveolarepithelien wie auch Kapillarendothelzellen, was einerseits in den infizierten Bereichen zu direkten Belüftungsstörungen aufgrund des diffusen Alveolarschadens, andererseits zu einem Kapillarleck in Verbindung mit Mikrozirkulationsstörungen aufgrund regional aktivierter Gerinnung führt [ 1 , 23 ].…”

“…Für Konsolidierungen, die im Rahmen schwerer Verläufe einer SARS-CoV-2-Pneumonie entstanden sind, wurde jedoch beschrieben, dass in diesen Arealen kaum noch Perfusionssignale nachweisbar waren [ 14 , 20 ]. Histopathologische Post-mortem-Befunde konnten in den Konsolidierungen u. a. Kapillarstauung und eine Vielzahl von Mikrothrombosierungen in Verbindung mit intraalveolärer Fibrinexsudation als vorherrschende Schädigung nachweisen [ 1 , 23 ]. Eine post mortem durchgeführte Vergleichsuntersuchung zeigte eine hohe Übereinstimmung von sonographisch darstellbaren Lungenkonsolidierungen und histologisch nachweisbaren Alveolarschäden [ 2 ].…”

Using EM data to understand COVID-19 pathophysiology – Authors' reply

“…The extent of misinterpretations or insufficiently founded interpretations of putative coronavirus particles was recently shown in a detailed review. 5 Similarly, we believe that electron micrographs that were published during the SARS pandemic in the early 2000s require further discussion.…”