Новые возможности визуализации показали: даже вирусные частицы одного типа не лишены индивидуальности.
Вирусная индивидуальность: Все разные
Прокапсид бактериофага Т7 и стопка «колец» из белковых молекул у его вершины, служащая для «упаковки» ДНК.

Долгое время считалось, что вирусные частицы идентичны, как сошедшие с конвейера игрушки, но группа исследователей из США доказала обратное. Усовершенствованная методика визуализации позволила им разглядеть различия в «упаковке» отдельных компонентов важных подструктур вируса.

Электронная криомикроскопия, используемая для визуализации вирусных частиц, позволяет восстановить объемную картину по видимым фрагментам множества вирусных частиц, зафиксированных в разных положениях в застывшем растворе. Методика применима как для вирусов целиком, так и для отдельных структур в составе вирусной частицы. Однако на современном уровне технологий такой подход в некоторых случаях дает размытое изображение. Биолог Вэнь Цзянь (Wen Jiang), один из авторов исследования, объясняет это тем, что методика рассчитана на составление усредненной объемной картины по различным видам идентичных объектов, но на самом деле даже вирусные частицы одного типа различаются между собой.

Цзянь поставил перед собой цель получить более точную визуализацию одной из структур бактериофага T7 — стопки «колец» у вершины его прокапсида (вирусной оболочки на начальной стадии развития). Каждое из этих «колец» состоит из нескольких копий одной из пяти различных белковых молекул.

При попытке получить усредненное изображение пары этих «колец» компьютерный анализ выдавал четкую картину. А вот визуализация трех и более «колец» получалась размытой, поскольку в пяти «кольцах» наблюдалось четыре различных типа симметрии: 5-лучевая — у первого (нижнего) «кольца», 12-лучевая — у двух последующих, 8-лучевая — у предпоследнего, и 4-лучевая у последнего (верхнего) «кольца». При этом каждое «кольцо» могло быть ориентировано относительно предыдущего различным образом за счет незначительного поворота вокруг центральной оси, что «сбивало с толку» алгоритм обработки изображений, который в результате выдавал нечеткую картинку.

Разработанный исследователями метод FAR (focused asymmetric reconstruction) предполагает восстановление общей картины по мелким частям, для которых можно получить четкое изображение. Отдельные структурные элементы могут объединяться в различных комбинациях, отражая «индивидуальность» вируса.

Структура у вершины вирусного капсида, имеющего икосаэдрическую симметрию, участвует в процессе «упаковки» ДНК. Уточненная визуализация позволила выявить, что ось стопки «колец» незначительно отклонена от оси симметрии капсида. Вероятно, это способствует правильной укладке спирали ДНК и предотвращает её спутывание.

Данное исследование относится к разряду фундаментальных. «Мы никогда не можем сказать точно, как понимание сути подобных явлений может пригодиться на практике», — говорит биохимик Филипп Серуэр (Philip Serwer), принимавший участие в исследовании. Однако бактериофаги, использовавшиеся для лечения инфекций до появления антибиотиков, могут оказаться полезными и сейчас в борьбе с резистентными штаммами. «Чем больше мы знаем о бактериофагах, — сказал Серуэр, — тем больше шансов, что мы сможем использовать их оптимальным образом».

По пресс-релизу Purdue University