Onderzoekers van het Virginia Tech Carilion Research Institute (VTCRI) gebruiken nieuwe benaderingen voor beeldvorming op nanoschaal om licht te werpen op de dynamische activiteiten van rotavirussen, belangrijke ziekteverwekkers die bij jonge kinderen levensbedreigende diarree veroorzaken. Zodra een rotavirus een gastheercel binnenkomt, het werpt zijn buitenste eiwitlaag af, waardoor een dubbellaags deeltje (DLP) achterblijft. Deze DLP's zijn de vorm van het virus dat boodschapper-RNA-moleculen produceert, die cruciaal zijn voor het starten van de infectie.

onderzoekers, Deborah Kelly, doctoraat en Sarah MacDonald, doctoraat, beide Universitair Docenten bij VTCRI, verworven moleculaire snapshots van rotavirus DLP's, in het midden van de productie van viraal RNA, met behulp van cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM). Het team dat het werk uitvoerde, omvatte ook derdejaars geneeskundestudenten, Joanna Kam en Andrew Demmert, van de Virginia Tech Carilion School of Medicine, en postdoctoraal fellow, Justin Tanner, doctoraat

Om een ​​zo goed mogelijk beeld te krijgen van de details op nanoschaal van actieve rotavirus-DLP's, Kelly ontwikkelde een techniek die visualisatie van veranderingen in de buitenste schil mogelijk maakte. In combinatie met nieuwe computationele benaderingen, de wetenschappers waren ook in staat om de interne kenmerken van de DLP's te detecteren, die nog niet eerder waren waargenomen. interessant, de interne DLP-kenmerken veranderden op een manier die overeenkwam met waarneembare verschillen in niveaus van virale boodschapper-RNA-productie.

Deze bevindingen bieden nieuwe structurele inzichten in de mechanica van rotavirus-RNA-synthese, die op hun beurt informatie kunnen verschaffen over hoe dit virale proces plaatsvindt bij infectie van de gastheercel. De resultaten verschijnen in de laatste editie van het tijdschrift Technologie .

"Het opmerkelijke aan deze studie is dat we verschillende niveaus van complexiteit in de DLP's konden zien die correleerden met virale RNA-synthese, " zei Kelly. "Toen virussen actief waren, hun externe structuren bewogen dynamisch, op een manier die minder georganiseerd werd. Ondertussen op het zelfde moment, sterke functies binnen hun interne kernen worden prominenter."

Een belangrijke innovatieve benadering die door het Kelly-laboratorium wordt gebruikt, heeft een kans geboden om een ​​breder spectrum van virale structuren te bekijken. Door de DLP's die aan antilichamen zijn bevestigd op een stabiel rasteroppervlak te onderzoeken, onderzoekers konden de nanomachines door hun natuurlijke processen zien fietsen.

Kelly en McDonald gebruikten ook een nieuw computeralgoritme om de DLP's te categoriseren, onafhankelijk, waardoor gebruikersbias in de experimentele berekeningen werd vermeden. De statistisch gebaseerde computationele benadering classificeerde de monsters op basis van niveaus van RNA-productie. De resultaten toonden duidelijk aan dat rotavirus-DLP's met een minder georganiseerde buitenste eiwitlaag meer solide details in hun interne kernen hadden. Deze DLP's werden ook gevonden in de cryo-EM-afbeeldingen in de buurt van meer RNA-strengen.

"Al vele jaren maken wetenschappers zich zorgen over resultaten met een hogere resolutie en hebben ze geen aandacht besteed aan de subtiele diversiteit die bestaat in virusmonsters, " zei Mac Donald, die ook een universitair docent biomedische wetenschappen en pathobiologie is aan het Virginia-Maryland Regional College of Veterinary Medicine. "Maar die diversiteit kan een indicatie zijn van hoe virussen daadwerkelijk in cellen functioneren. Ze zijn niet statisch, maar dynamisch van aard."

"Het is een beetje contra-intuïtief, " zei Kelly, die ook een assistent-professor biologische wetenschappen is aan het Virginia Tech's College of Sciences. "Je zou je voorstellen dat als biologische delen zouden bewegen, dan zouden functies verdwijnen. Wanneer deze herschikkingen plaatsvinden in zo'n beperkte ruimte, echter, het kan mogelijk leiden tot een hoger organisatieniveau. En de gecoördineerde veranderingen aan de buitenkant van virussen lijken deze processen mogelijk te maken."

Volgens Kelly, deze resultaten geven nieuw inzicht in de RNA-synthetische processen van rotavirus en kunnen nuttig zijn voor ons begrip van virale biologie in het algemeen. Het verbeteren van ons begrip van de innerlijke werking van het rotavirus, voegde ze eraan toe, zou ook nieuwe doelen kunnen bieden voor de ontwikkeling van behandelingen voor door virussen veroorzaakte diarreeziekten.