De complexe 3D-structuur van een van 's werelds meest dodelijke families van plantenvirussen is in ongekend detail onthuld door wetenschappers van de Britse Universiteit van Leeds.

Geminivirussen zijn verantwoordelijk voor ziekten die gewassen zoals cassave en maïs in Afrika aantasten, katoen in het Indiase subcontinent en tomaten in heel Europa.

Het is van vitaal belang om de structuur in detail te kunnen zien, omdat het virologen en moleculair biologen kan helpen de levenscyclus ervan beter te begrijpen, en nieuwe manieren te ontwikkelen om de verspreiding van deze virussen en de ziekten die ze veroorzaken te stoppen.

De virussen zijn genoemd naar hun merkwaardige vorm. Virussen hebben meestal een beschermend omhulsel van eiwitten, of een capside, dat handelt om hun genetisch materiaal in het milieu te beschermen. Bij de meeste virussen deze capside is ongeveer bolvormig, maar het geminivirus heeft een 'tweeling' capside gevormd door twee ruwweg bolvormige vormen die samengesmolten zijn.

De moleculaire details van hoe dit verbroederde capside wordt bereikt - en hoe het zich in cellen verzamelt of zich uitbreidt om het genoom vrij te maken en een nieuwe infectie te starten - is een mysterie gebleven, ondanks het risico van het virus voor de landbouweconomieën wereldwijd.

Onderzoekers van het Astbury Center for Structural Molecular Biology van de universiteit gebruikten cryo-elektronenmicroscopietechnieken om de structuur van het geminivirus te bestuderen met een ongekende resolutie, en zijn ondertussen begonnen met het ontwarren van de assemblagemechanismen.

Gepubliceerd in Natuurcommunicatie , de studie onthult hoe de capside van het geminivirus is opgebouwd en hoe het enkelstrengs DNA-genoom is verpakt.

"Bij veel andere soorten virussen de bolvormige capsiden zijn opgebouwd uit een enkel eiwit dat drie verschillende vormen aanneemt, die vervolgens in elkaar passen om een ​​gesloten container te vormen, " legt professor Neil Ranson uit, die het onderzoeksteam van het Astbury Centre leidde. "Maar geminivurses zijn niet bolvormig, dus moet een andere set regels worden gebruikt. Met behulp van cryo-EM, we hebben kunnen aantonen dat ze drie verschillende vormen van hetzelfde eiwit gebruiken, maar met een heel ander rulebook voor montage."

Een van de moeilijkheden bij het bestuderen van geminvirussen is om ze in voldoende hoeveelheden te kweken voor structurele studies. Het team bestudeerde een type geminvirus genaamd ageratum yellow vein virus, die werd geproduceerd in tabaksplanten onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden door onderzoekers van het John Innes Centre in Norwich.

Het team van het John Innes Centre, onder leiding van Dr. Keith Saunders en Professor George Lomonossoff, ontwikkelde ook een methode voor het samenstellen van geminivirusdeeltjes in planten in afwezigheid van infectie. Dit benadrukte de rol die het enkelstrengs DNA speelt bij de vorming van deeltjes.

"Na jarenlang te hebben gewerkt aan het begrijpen van de ziekten die geminivirussen veroorzaken, het was zeer bevredigend om moderne genetische methoden toe te passen om deze geminaatstructuren te genereren, " zei dr. Saunders.

"We zijn nu in staat om de rol te analyseren die verschillende conformaties van het vachteiwit spelen bij de assemblage van deeltjes, en we kunnen mogelijk andere virussen en virusachtige deeltjes maken die anders onmogelijk te isoleren zouden zijn van natuurlijke infecties."

"Met onze 'next generation' cryo-elektronenmicroscopie hebben we de positie van de meerderheid van de atomen in het virus gemodelleerd", zei dr. Emma Hesketh, een postdoctoraal onderzoeker in het Astbury Centre, die het werk heeft uitgevoerd om de afbeeldingen van de structuur te maken.

"Deze technologie wordt vaak de resolutierevolutie genoemd, en het heeft ons in staat gesteld om dit fascinerende - en zeer mooie - inzicht in deze structuren te krijgen. Door deze technieken te gebruiken om de structuur en de levenscyclus van deze virussen te begrijpen, we een stap dichterbij kunnen komen om te begrijpen hoe we die levenscyclus kunnen onderbreken, en remmen de verspreiding van plantenziekten."