Исследователи из Окинавского института науки и технологий, Высшего университета (OIST) впервые получили изображение структуры центрального компонента вируса Эбола с разрешением, близким к атомному.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, было проведено под руководством профессора Матиаса Вольфа и основного автора доктора Юкихико Сугиты из отдела молекулярной криоэлектронной микроскопии OIST (MCEMU) в сотрудничестве со всемирно известным вирусологом профессором Ю. Ёсихиро Каваока (Токийский университет и Университет Висконсин-Мэдисон), профессор Такеши Нода (Киотский университет) и структурный биолог доктор Хидэюки Мацунами (OIST).
Исследователи сосредоточились на части вируса, называемой нуклеокапсидом (NC), комплексом белков, который действует как опорная структура для вирусного генетического материала. Эта структура позволяет вирусу воспроизводить свою смертоносную полезную нагрузку с разрушительным эффектом. Доктор Сугита выделил комплексы нуклеопротеин-РНК, которые составляют ядро НК, до высокой степени чистоты, а затем проанализировал их с помощью криоэлектронного микроскопа (крио-ЭМ), чтобы максимально точно изучить их структуру.
«До этого исследования мы знали только о мельчайших фрагментах структуры NC, - сказал д-р Сугита, - теперь, когда мы можем видеть ее в целом, это может помочь найти мишени для противовирусных препаратов».
Полный вирус Эбола представляет собой крошечную невидимую нитевидную структуру, которая выглядит как короткая прядь волос при увеличении в тысячи раз. Внутри этих нитей находятся части, из которых состоит функционирующий вирус: NC и белки матрикса, оба из которых покрыты поверхностными гликопротеинами и вирусной оболочкой.
Но ни ученые из OIST, ни общественность не были в опасности от исследования: комплекс NP-РНК был получен без какой-либо фактической последовательности вирусной РНК в неинфекционных клетках, выращенных в лаборатории биологической безопасности в OIST, и не не представляют никакого риска. «Это похоже на части автомобиля, - сказал проф. Вольф, - если шасси, двигатель, колеса и так далее не соединены вместе, ничего не работает. Вот на что похожа изученная нами частица - большинство ее компонентов отсутствуют. безвредный."
Предыдущие исследования анализировали структуру NC с помощью метода, называемого электронной томографией, но крио-ЭМ-реконструкция, созданная командой OIST, имеет гораздо более четкое разрешение, разрешая отдельные нуклеотиды РНК и боковые цепи аминокислот. «Наша статья впервые показывает, как выглядит структура НК при разрешении, близком к атомному», - сказал проф. Волк.
Чтобы понять, какой шаг вперед сделала команда, представьте, что вы смотрите свой любимый фильм. Если предыдущее исследование было похоже на просмотр фильма на VHS, то их новая структура похожа на просмотр его в формате 4K: детали намного четче, с четким определением, что позволяет ученым получить наиболее подробную картину этого компонента вируса..
Это был медленный процесс, однако. «Белковые комплексы очень хрупкие, - говорит доктор Сугита, - получить полный образец было очень сложно».
После того как образцы были подготовлены, команде потребовалось более 18 месяцев, чтобы найти правильный способ воссоздать NC в виде цифровой модели. Спиральная структура белкового комплекса обманчиво проста, но в ней есть и определенная сложность. Отклонение от точного числа и симметрии всего на несколько крошечных белковых строительных блоков спирали может сделать всю модель недействительной. Но после систематического поиска, нескольких подсказок из публикации другой команды и нового понимания, полученного в результате их собственного анализа с высоким разрешением, тяжелая работа команды OIST окупилась; все встало на свои места.
«Теперь, когда у нас есть четкое представление о том, как на самом деле выглядит эта структура, - сказал профессор Вольф, - мы на один шаг ближе к пониманию того, как работает весь вирус».
Трехмерная модель, созданная на основе крио-ЭМ изображений, обеспечивает точную основу для будущей работы. Теперь исследователи смогут проводить целенаправленные исследования всей структуры NC вируса Эбола, что может указывать на способы борьбы с вирусом.