Ученые из Медицинского колледжа Бейлора, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, Массачусетского технологического института и Университета Пердью завершили модель беспрецедентного почти атомарного разрешения химической структуры вируса P22. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В течение почти 30 лет лаборатория доктора Ва Чиу, заслуженного профессора и профессора биохимии и молекулярной биологии Элвина Романски в Бэйлоре и старшего автора статьи, применяла методы электронной криомикроскопии и компьютерной реконструкции для определения Трехмерные структуры биологических наномашин, таких как вирус P22. Этот вирус является бактериофагом - типом, который заражает бактерии, в данном случае сальмонеллу, - и он широко изучался с помощью генетики, биохимии и биофизики. Тем не менее, его точная химическая структура осталась нерешенной.
"В 2011 году мы опубликовали структуру вируса P22, которая позволила нам с уверенностью проследить большую часть белковой основы, но мы не смогли визуализировать мелкие детали, такие как отдельные небольшие боковые цепи", сказал соавтор Кори Хрик, аспирант лаборатории Чиу. «С тех пор технология в микроскопах улучшилась; у нас есть новые детекторы, которые позволяют нам записывать более качественные и контрастные изображения для улучшения разрешения наших данных. Кроме того, у нас есть новые алгоритмы обработки, которые позволяют нам увеличить наши способность разрешать структуру."
Новая эра прецизионной криоэлектронной микроскопии
Новинка этой работы заключается в том, что мы сделали более 20 000 двумерных отдельных изображений вируса P22 с помощью электронного криомикроскопа и объединили их с помощью вычислительных протоколов для создания трехмерной карты с беспрецедентной детализацией. - сказал Чиу.
Для сравнения, двумерные изображения вируса, которые мы делаем, подобны тысячам случайных фотографий вашей головы в разных местах, а затем помещают фотографии туда, где они должны быть в трехмерном пространстве. с помощью компьютера», - сказал Хрык. «Таким образом, мы, вероятно, могли бы создать трехмерную модель вашей головы, и, если бы фотографии были рентгеновскими снимками, мы могли бы увидеть и внутренности».
Анализ карты вируса P22 в высоком разрешении позволил исследователям в мельчайших подробностях увидеть все строительные блоки белков вируса, аминокислоты, включая их боковые цепи, и то, как они взаимодействуют с соседними аминокислоты.
«Мельчайшие детали биологических структур, которые мы теперь получаем с помощью этого подхода, дают нам больше информации об их биохимии, чем раньше», - сказал Хрик. «Я думаю, это захватывающе».
«Благодаря этой изысканной структурной детали мы определили химический состав белка вируса P22», - сказал Чиу.«Я думаю, важно, чтобы мы предоставили подробные аннотации к структуре, чтобы другие исследователи могли использовать ее для своих будущих экспериментов».
«Без аннотаций вы могли бы подумать, что все на карте по существу эквивалентно с точки зрения моделирования, но это не так», - сказал Хрык. «Некоторые из этих аминокислот более заметны, чем другие, особенно во взаимодействиях между различными компонентами вируса».
"Hryc установил стандарт для прецизионной криоэлектронной микроскопии", сказал Чиу.