Forsker kortlægger kæmpe virus

I et laboratorium ved Michigan State University, forskere tog en gør-det-selv-tilgang til at bygge et eftermonteret kryo-elektronmikroskop, der gjorde det muligt for dem at kortlægge en gigantisk Samba-virus – en af ​​verdens største vira.

"Hvis forkølelsesvirus skaleres til størrelsen af ​​en stige, så er den gigantiske Samba-virus større end Washington-monumentet, " sagde Kristin Forælder, assisterende professor i biokemi og molekylærbiologi og medforfatter til papiret på forsiden af ​​tidsskriftet Viruses. "Cryo-EM gav os mulighed for at kortlægge denne viruss struktur og observere de proteiner, den bruger til at trænge ind i, eller angreb, celler."

Det virker kontraintuitivt, at større organismer er sværere at se, men det er de, når man bruger kryo-elektronmikroskopi. Det er fordi disse mikroskoper normalt bruges til at se på tynde prøver og ikke kan tyde større organismer for at afsløre deres biologiske mekanismer. For tykke prøver, videnskabsmænd ser kun mørkegrå eller sorte klatter i stedet for at se den molekylære ramme.

Cryo-EM gjorde det muligt for forældrenes team at afbilde den gigantiske Samba-virus og forstå de strukturer, der tillader den at trænge ind i en amøbe. En gang indenfor, Samba åbner et af dets kapsidlag og frigiver dets nukleokapsid - som bærer den genetiske last, der udløser en infektion. Selvom Samba ikke er kendt for at forårsage nogen sygdomme hos mennesker, sin fætter, mimivirus, kan være en synder for at forårsage nogle luftvejslidelser hos mennesker.

"Hvis du øser en håndfuld vand op fra Lake Michigan, du har bogstaveligt talt flere vira end der er mennesker på planeten, " sagde forælder, der udgav papiret med Jason Schrad og Eric Young, MSU kandidatstuderende i biokemi og molekylærbiologi. "Mens videnskabsmænd ikke kan studere alle virus på Jorden, den indsigt, vi får fra vira som den gigantiske Samba, kan hjælpe os med at forstå mekanismerne for andre vira i dens familie, hvordan de trives, og hvordan vi kan angribe dem."

Efterhånden som bakterier bliver mere modstandsdygtige over for antibiotika, at søge efter nye måder at bekæmpe sygdomme på vil fortsætte med at vokse i betydning. Forældres laboratorium studerer også, hvordan bakterieinficerende vira trænger ind i celler ved hjælp af denne metode, hvilket potentielt kan føre til nye antibakterielle behandlinger. Alligevel koster verdens bedste cryo-EM-mikroskop mere end 5 millioner dollars. Begrænset af midler, men ikke kørsel, Forælder var i stand til at opgradere et eksisterende mikroskop på MSU til at lave cryo-EM - et, der er en tømmermands drøm.

Dette traditionelle transmissionselektronmikroskop blev eftermonteret med et kryotrin, som holder vira frosset i flydende nitrogen, mens de bliver undersøgt. Forælder og hendes team tilføjede derefter en Direct Electron DE-20 detektor, et kraftfuldt kamera – det mægtige mikroskops piece de resistance.

Forælderen opfandt ikke cryo-EM, men at etablere det på campus tjener som et levedygtigt proof-of-concept for MSU, åbner døren for mange tværfaglige partnerskaber. Denne banebrydende mikroskopi har applikationer på tværs af mange områder, fra dem, der adresserer et enkelt protein til andre, der studerer hele celler. Stort set alle, der studerer komplekse molekylære maskiner, kan fremme deres arbejde med dette værktøj, Forælder tilføjet.

Forælder har vundet en AAAS Marion Milligan Mason Award for Women in the Chemical Sciences. Denne pris, hendes artikel i Viruses og at være medforfatteren, der udførte cryo-EM-arbejde i et nyligt Nature Communications-papir, lægger grunden til en dag at have et mere avanceret kryo-EM mikroskop anbragt på MSU for at kunne udføre højopløselige strukturelle undersøgelser.

"Vi har gjort en del med vores begrænsede ressourcer, men vi er klar til at gøre mere, "Forælder sagde. "Jeg tror, ​​at MSU kunne tjene som et kryo-EM-center og øge udbredelsen af ​​denne teknologi i Midtvesten og videre."

Som et eksempel, forskere fra Universidade Federal de Minas Gerais (Brasilien) og Universidade Federal do Rio de Janeiro (Brasilien) har også bidraget til denne undersøgelse og nydt godt af den teknologi, MSU har at tilbyde.