In een laboratorium aan de Michigan State University, wetenschappers hebben een doe-het-zelf-aanpak gevolgd om een ​​achteraf aangebrachte cryo-elektronenmicroscoop te bouwen waarmee ze een gigantisch Samba-virus in kaart konden brengen - een van 's werelds grootste virussen.

"Als het verkoudheidsvirus wordt opgeschaald naar de grootte van een ladder, dan is het gigantische Samba-virus groter dan het Washington Monument, " zei Kristin Ouder, assistent-professor biochemie en moleculaire biologie en co-auteur van het artikel op de omslag van het tijdschrift Viruses. "Cryo-EM stelde ons in staat om de structuur van dit virus in kaart te brengen en de eiwitten te observeren die het gebruikt om binnen te komen, of aanval, cellen."

Het lijkt contra-intuïtief dat grotere organismen moeilijker te zien zijn, maar ze zijn bij gebruik van cryo-elektronenmicroscopie. Dat komt omdat deze microscopen meestal worden gebruikt om naar dunne exemplaren te kijken en grotere organismen niet kunnen ontcijferen om hun biologische mechanismen te onthullen. Voor dikke monsters, wetenschappers zien alleen donkergrijze of zwarte vlekken in plaats van het moleculaire raamwerk te zien.

Cryo-EM stelde het team van Parent in staat om het gigantische Samba-virus in beeld te brengen en de structuren te begrijpen waardoor het een amoebe kan binnendringen. Eenmaal binnen, Samba opent een van zijn capsidelagen en laat zijn nucleocapside vrij - die de genetische lading draagt ​​​​die een infectie veroorzaakt. Hoewel het niet bekend is dat Samba ziekten bij mensen veroorzaakt, zijn neef, het mimivirus, kan een boosdoener zijn voor het veroorzaken van sommige aandoeningen van de luchtwegen bij mensen.

"Als je een handvol water opschept uit Lake Michigan, je houdt letterlijk meer virussen vast dan er mensen op de planeet zijn, " zei ouder, die de krant publiceerde met Jason Schrad en Eric Young, MSU afgestudeerde studenten biochemie en moleculaire biologie. "Hoewel wetenschappers niet elk virus op aarde kunnen bestuderen, de inzichten die we krijgen van virussen zoals de gigantische Samba kunnen ons helpen de mechanismen van andere virussen in zijn familie te begrijpen, hoe ze gedijen en hoe we ze kunnen aanvallen."

Naarmate bacteriën resistenter worden tegen antibiotica, het zoeken naar nieuwe manieren om ziekten te bestrijden, zal steeds belangrijker worden. Het laboratorium van de ouders bestudeert ook hoe bacterie-infecterende virussen cellen binnendringen met behulp van deze methode, die mogelijk kunnen leiden tot nieuwe antibacteriële behandelingen. Toch kost 's werelds beste cryo-EM-microscoop meer dan $ 5 miljoen. Beperkt door fondsen maar niet rijden, Parent was in staat om een ​​bestaande microscoop bij MSU te upgraden om cryo-EM te doen - een droom van een knutselaar.

Deze traditionele transmissie-elektronenmicroscoop werd achteraf uitgerust met een cryostage, die virussen in vloeibare stikstof bevroren houdt terwijl ze worden bestudeerd. Parent en haar team voegden vervolgens een Direct Electron DE-20-detector toe, een krachtige camera – het pronkstuk van de machtige microscoop.

Ouder heeft cryo-EM niet uitgevonden, maar het op de campus vestigen dient als een levensvatbaar proof-of-concept voor MSU, de deur openen voor veel interdisciplinaire partnerschappen. Deze geavanceerde microscopie heeft toepassingen op vele gebieden, van degenen die zich richten op een enkel eiwit tot anderen die hele cellen bestuderen. Vrijwel iedereen die complexe moleculaire machines bestudeert, kan zijn werk met deze tool vooruithelpen. Ouder toegevoegd.

Parent heeft een AAAS Marion Milligan Mason Award gewonnen voor vrouwen in de chemische wetenschappen. Deze onderscheiding, haar paper in Viruses en als co-auteur van cryo-EM-werk in een recent Nature Communications-paper, legt de basis om op een dag een meer geavanceerde cryo-EM-microscoop te hebben die bij MSU is gehuisvest om structurele studies met hoge resolutie te kunnen uitvoeren.

"We hebben nogal wat gedaan met onze beperkte middelen, maar we zijn klaar om meer te doen, Bovenstaande zei. "Ik denk dat MSU zou kunnen dienen als een cryo-EM-centrum en om de prevalentie van deze technologie in het Midwesten en daarbuiten te vergroten."

Als een voorbeeld, wetenschappers van de Universidade Federal de Minas Gerais (Brazilië) en de Universidade Federal do Rio de Janeiro (Brazilië) droegen ook bij aan dit onderzoek en profiteerden van de technologie die MSU te bieden heeft.