В исследовании, проведенном командой из Центра структурной молекулярной биологии Астбери при Университете Лидса и Центра Джона Иннеса в Норидже, описывается структура пустой версии вируса мозаики коровьего гороха (CPMV) и молекулярный « клей », который позволяет вирусу построить себя и инкапсулировать свой геном.Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications и основанные на революционно новой электронной микроскопии, могут стать решающим шагом на пути к тому, чтобы в конечном итоге ученые могли создавать собственные версии вируса, которые могут переносить лекарства в организм и бороться с болезнями.Ведущий автор доктор Нил Рэнсон, доцент структурной молекулярной биологии в Университете Лидса, сказал: «Чтобы использовать вирус мозаики коровьего гороха в качестве средства доставки лекарств, нам нужно понять, как он складывается воедино, а для этого мы должны понимать его структура в растворе с очень мелкими деталями.
«Всего пару лет назад это было невозможно, потому что мы просто не могли видеть сложные биологические системы в необходимых деталях. Однако новое поколение электронных микроскопов революционизирует нашу способность вглядываться во внутреннее устройство вируса и понимать, как мы могли бы заставить его работать на нас ".В документе Nature Communications исследуются жизненно важные шаги к пониманию того, как в будущем могут быть созданы безопасные вирусоподобные частицы растительного происхождения.
Д-р Рэнсон сказал: «Цель нашего проекта — понять, как вирус может собрать себя из очень простых строительных блоков. Если мы поймем это должным образом, мы сможем эффективно создавать вирусные упаковки лекарств, а затем нацеливать их на конкретные места или заболевания в организме человека, например раковые клетки.
«Вирусы растений идеально подходят для такой работы — они находятся на огромном эволюционном расстоянии от нас. Вы не можете поймать вирусы растений.
В нашей статье структура пустой вирусной оболочки показана с беспрецедентной детальностью, включая часть белка, который имеет важное значение. "Вирусоподобные частицы, которые были созданы нашими сотрудниками в Центре Джона Иннеса в Норвиче, не имеют генома и, следовательно, не обладают способностью воспроизводиться или мутировать", — сказал доктор Рэнсон.«У нас остались элегантные, высокоэффективные и стабильные структуры, которые развились до уровня совершенства, с которым в настоящее время не могут конкурировать созданные руками человека конструкции, и они могут стать важным активом в разработке целевых лекарств. Мы могли бы это сделать в будущем. изменить последовательности на их белковых оболочках и перенацелить их на болезни, которые мы хотим поразить ».
Эта статья является продуктом революции в электронной микроскопии, получившей название «революция разрешения», которая меняет уровень детализации, с которым могут работать структурные биологи. Он включает в себя некоторые из наиболее подробных из когда-либо опубликованных электронно-микроскопических структур белковых комплексов, которые составляют основу подробного анализа того, как вирус CPMV строит себя.
Исследователи показывают, как вирус строит высокосимметричную белковую оболочку из пятиугольных «пентонов», каждый из которых состоит из пяти копий белковой субъединицы. В основе процесса сборки лежит сегмент ключевого белка — С-конец малой субъединицы белка оболочки — который действует как капля молекулярного клея, удерживая пентоны вместе, пока строится внешняя структура вируса.
С-конец также важен для упаковки генов вируса, но он отщепляется от вируса, когда он выполняет свою работу. Это сделало невозможным наблюдение с использованием других структурных методов, таких как рентгеновская кристаллография.
Доктор Эмма Хескет, научный сотрудник Университета Лидса и первый автор статьи в Nature Communications, сказала: «Базовая единица очень проста, поэтому вирусу требуется очень небольшое количество информации для создания большой белковой оболочки. только он очень эффективен, но CPMV известен тем, что создает очень стабильную структуру, которая нелегко разрушается. Эта стабильность нужна нам, если эти структуры выживут при производстве наркотиков и будут введены в организм человека ».«Новые электронные микроскопы, использованные в этом исследовании, позволили нам подробно рассмотреть сегмент и понять его реальную роль», — сказал д-р Хескет.Команда использовала 300-киловольтные электронные микроскопы нового поколения, оснащенные камерами для прямого обнаружения электронов в лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований (MRC) в Кембридже.
Микроскопы имеют возможность увеличения более чем в 130 000 раз. Два электронных микроскопа последнего поколения этого типа являются частью инвестиций в размере 17 миллионов евро в новую лабораторию биоструктуры Astbury и должны быть установлены в Университете Лидса в следующем году.«Это оборудование полностью меняет уровень детализации, на котором мы можем взаимодействовать с молекулами. Новые микроскопы обладают большей мощностью, но также более стабильны и имеют датчики, которые непосредственно обнаруживают электронный луч, а не косвенно определяют его с помощью оптических датчиков, как предыдущие. поколение сделал.
«На практике это означает, что мы впервые смотрим в атомарных деталях на отдельные аминокислоты в сложных биологических системах. Это открывает путь к манипулированию этими аминокислотами и вмешательству в функции молекул с беспрецедентной точностью».