Результаты были опубликованы в понедельник, 30 апреля, в Nature Communications.Ученые во главе с доктором философии Элизабет Райт и доктором философии Цзунлонг Ке говорят, что они могут различать внутренний матричный белок, действующий как каркас, а заключенный в капсулу генетический материал, видимый в виде «змей» рядом с вирусной мембраной.
Доступна эффективная вакцина против вируса кори, очень заразного вирусного патогена. Тем не менее, по словам Ке, ученые по-прежнему многого не понимают в вирусах.
Кроме того, понимание внутренней организации вируса кори может помочь в изучении связанных вирусов, таких как парагрипп и респираторно-синцитиальный вирус (РСВ), распространенных причин респираторных заболеваний и вируса Нипах, вдохновившего на создание фильма «Заражение».Райт — адъюнкт-профессор педиатрии в Школе медицины и детского здравоохранения Университета Эмори в Атланте, директор Центра комплексной электронной микроскопии Роберта П. Апкариана и заслуженный исследователь Исследовательского альянса Джорджии. Кэ — бывший аспирант Технологического института Джорджии, который этим летом приступит к работе в докторантуре в лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания.
Кэ и штатный научный сотрудник Эмори Джошуа Штраус, доктор философии, являются соавторами статьи.Райт, Кэ и его коллеги решили непосредственно исследовать инфицированные вирусом клетки пару лет назад, после долгой работы с очищенными вирусами. Команда сотрудничала с Ричардом Племпером, доктором наук, который специализируется на вирусе кори и сейчас работает в Университете штата Джорджия. По словам Райт, с семейством вирусов, которое включает парамиксовирусы кори, трудно работать из-за их низких титров, нестабильности и гетерогенности.
Для структурных исследований исследователи обычно концентрируют и очищают вирусы, центрифугируя их в густых растворах. Но это сложно для вируса кори и других вирусов с оболочкой, таких как RSV. Ке сравнивает очищенный вирус с ведром воздушных шаров с водой разного размера, которые мягкие и склонны лопаться, что мешает попыткам визуализировать их.
«Вместо этого мы выращиваем и заражаем клетки прямо на решетках, которые мы используем для микроскопии, и быстро замораживаем их прямо на этапе, когда они образуют новые вирусы», — говорит Кэ.Усовершенствования в технологии, такие как прямые детекторы электронов и программное обеспечение, которое корректирует движение, индуцированное пучком в замороженном образце, позволяют создавать криоЭМ-структуры с более высоким разрешением. Криоэлектронная томография (крио-ЭТ), идеально подходящая для изучения вирусов, которые бывают разных форм и размеров, использует электронный микроскоп для получения серии 2D-изображений вирусов, когда держатель образца наклонен под разными углами вдоль одной оси.
По словам Райт, изображения и угловая информация затем используются для вычисления трехмерного объема вируса, что очень похоже на медицинскую компьютерную томографию.«Мы никогда не увидим такой уровень детализации очищенного вируса, потому что процесс очистки нарушает и повреждает хрупкие вирусные частицы», — говорит она. «С помощью томографии целых клеток мы можем собирать данные о сотнях вирусов на этапах сборки и после выпуска. Это позволяет нам фиксировать полный спектр структур на пути сборки вируса».Например, теперь ученые могут увидеть организацию гликопротеинов на поверхности вирусной мембраны.
Предыдущая работа показала, что на мембране присутствуют два гликопротеина, но это был «лес деревьев», где не было достаточно деталей, чтобы идентифицировать каждый из них.В этом исследовании команда смогла разделить два гликопротеина и определить, что один из них, гибридный (F) белок, был организован в четко определенную решетку, поддерживаемую взаимодействиями с матричным белком. Кроме того, они могут видеть «паракристаллические массивы» матричного белка, называемого M, под мембраной. Райт говорит, что массивы ранее не встречались в инфицированных вирусом кори клетках или отдельных частицах вируса кори.
Под микроскопом эти массивы немного похожи на пластинки Lego, из которых строится и упорядочивается остальная часть вируса.Новые трехмерные структуры также выступают против предыдущей модели сборки вируса, в которой в качестве ядра использовался генетический материал RNP (рибонуклеопротеин), а белок М образует оболочку вокруг него.Ученые все еще выясняют, почему вирус кори имеет луковичную форму, а RSV — более нитевидную.
Ке считает, что роль каркаса M аналогична для родственных вирусов, хотя по мере сборки вируса отдельные структурные белки могут уникальным образом координироваться, создавая вирусные частицы различной формы, которые лучше поддерживают цикл их репликации.