Ødelæggende plantevirus afsløres i atomiske detaljer

Den komplekse 3D-struktur af en af ​​verdens mest dødelige familier af plantevira er blevet afsløret i enestående detaljer af forskere ved Storbritanniens University of Leeds.

Geminivirus er ansvarlige for sygdomme, der påvirker afgrøder som kassava og majs i Afrika, bomuld i det indiske subkontinent og tomater i hele Europa.

At være i stand til at se dens struktur i detaljer er afgørende, da det kunne hjælpe virologer og molekylærbiologer med bedre at forstå dets livscyklus, og udvikle nye måder at stoppe spredningen af ​​disse vira og de sygdomme, de forårsager.

Viruserne er opkaldt efter deres nysgerrige form. Vira har normalt en beskyttende skal af protein, eller et kapsid, der virker for at beskytte deres arvemateriale i miljøet. I de fleste vira, dette capsid er nogenlunde sfærisk, men geminiviruset har et 'tvundet' kapsid dannet af to nogenlunde sfæriske former smeltet sammen.

De molekylære detaljer om, hvordan dette tvinnede kapsid opnås - og hvordan det samler sig i celler eller udvider sig for at frigive genomet og starte en ny infektion - er forblevet et mysterium, på trods af den risiko, som virussen udgør for landbrugsøkonomier verden over.

Forskere ved universitetets Astbury Center for Strukturel Molekylær Biologi brugte kryo -elektronmikroskopiteknikker til at studere geminivirusstruktur ved en hidtil uset opløsning, og er i processen begyndt at løsne dets samlingsmekanismer.

Udgivet i Naturkommunikation , undersøgelsen afslører, hvordan geminivirus-kapsidet er opbygget, og hvordan dets enkeltstrengede DNA-genom er pakket.

"I mange andre typer vira, de sfæriske kapsider er bygget af et enkelt protein, der har tre forskellige former, som derefter passer sammen til en lukket beholder, "forklarer professor Neil Ranson, der ledede forskerteamet på Astbury Center. "Men geminivurses er ikke sfæriske, så må bruge et andet regelsæt. Ved hjælp af cryo-EM, vi har kunnet vise, at de bruger tre forskellige former af det samme protein, men med en helt anden regelbog til samling. "

En af vanskelighederne ved at studere geminvira er at dyrke dem i tilstrækkelige mængder til strukturelle undersøgelser. Holdet undersøgte en type geminvirus kaldet ageratum gul vene virus, som blev produceret i tobaksplanter under omhyggeligt kontrollerede forhold af forskere ved John Innes Center i Norwich.

Teamet på John Innes Center, ledet af Dr. Keith Saunders og professor George Lomonossoff, udviklede også en metode til samling af geminiviruspartikler i planter uden infektion. Dette fremhævede den enkeltstrengede DNA's rolle i partikeldannelse.

"Efter at have arbejdet i mange år med at forstå de sygdomme, geminivirus forårsager, det var meget tilfredsstillende at anvende moderne genetiske metoder til at generere disse geminatstrukturer, "sagde Dr. Saunders.

"Vi har nu været i stand til at analysere den rolle, som forskellige konformationer af pelsproteinet spiller i partikelsamling, og vi kan potentielt lave andre vira og viruslignende partikler, der ellers ville være umulige at isolere fra naturlige infektioner. "

"Ved hjælp af vores 'næste generations' kryo -elektronmikroskopi har vi modelleret placeringen af ​​størstedelen af ​​atomerne i viruset", sagde Dr. Emma Hesketh, en postdoktoral forsker i Astbury Center, der udførte arbejdet med at skabe billederne af strukturen.

"Denne teknologi kaldes ofte resolutionsrevolutionen, og det har gjort det muligt for os at få denne fascinerende - og meget smukke - indsigt i disse strukturer. Ved at bruge disse teknikker til at forstå strukturen og livscyklussen for disse vira, vi kan komme et skridt tættere på at forstå, hvordan man afbryder den livscyklus, og hæmmer spredningen af ​​plantesygdomme. "