Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Methods (Roedig et al., High-speed fixed-target serial virus crystallography).
«Понимание того, как устроена трехмерная молекула белка или любого другого вещества, позволяет нам раскрывать то, какую роль он играет в работе клеток и организма. К примеру, структура белкового «абордажного крюка» вируса, при помощи которого он прикрепляется к клеточной мембране, может помочь нам защитить клетку от его проникновения», – рассказывает Дэвид Стюарт (David Stuart) из Оксфордского университета (в пресс-релизе Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) First atomic structure of an intact virus deciphered with an X-ray laser – ВМ).
Сложные белковые молекулы в наших организмах состоят из нескольких тысяч аминокислот, чьи цепочки часто бывают закручены в сложную форму благодаря взаимодействиям между отдельными звеньями этих пептидных цепей. Пока биологи не до конца раскрыли законы, по которым белки принимают определенную форму и которые позволяют узнавать форму молекулы по ее формуле.
Поэтому структуру отдельных белков ученым приходится определять «вручную» – или используя компьютерные симуляции, или же замораживая молекулы белков при помощи жидкого азота и гелия и «просвечивая» их сверхмощными рентгеновскими лазерами.
Как рассказывает Стюарт, ученые достаточно давно пытаются приспособить эту методику для получения «атомных» фотографий отдельных клеток, бактерий и вирусов. Все попытки получить подобные снимки проваливались по той причине, что живые организмы достаточно сложно заморозить, не разрушив, а сам рентген быстро уничтожает молекулы на их поверхности и не позволяет получить качественные трехмерные снимки всего микроба или вируса.
Для решения этой проблемы Стюарт и его команда создали новую методику фотографирования вирусов, которую они назвали серийной кристаллографией. Главным отличием ее от обычной рентгеновской кристаллографии является то, что она не требует заморозки изучаемых образцов и поэтому работает при комнатной температуре.
Ее ключевой частью является специальная кремниевая пластинка с большим количеством пор, размеры которых подобраны таким образом, что частицы вируса застревают в них и теряют подвижность. Просвечивая каждую подобную ловушку при помощи рентгеновского лазера, ученые могут получать данные по атомной структуре той части вируса, которая «выглядывает» из поры, и объединять их для получения полной трехмерной картинки.
Рисунок: Philip Roedig, DESY
Подобный подход, как рассказывает Стюарт, позволил его команде получить фотографии вируса BEV2, поражающего крупный рогатый скот и вызывающего выкидыши, потратив всего 14 минут времени на «просвечивание» чипа при помощи сверхмощного рентгеновского лазера LCLS, установленного в американском Национальном ускорительном центре SLAC.
Рисунок: Jingshan Ren, University of Oxford – ВМ.
Каждый пиксель на картинке, которую получили Стюарт и его коллеги, занимает всего 0,23 нанометра, что позволяет видеть отдельные атомы и группы молекул на поверхности оболочки вируса и внутри нее.
В ближайшее время физики планируют увеличить число пор в пластинке в десять раз и приспособить методику для работы с более крупными и сложными вирусами. Кроме того, использование европейского лазера XFEL, способного вырабатывать до 27 тысяч мощных, но коротких импульсов рентгена в секунду, позволит получать подобные трехмерные снимки еще быстрее, чем раньше, что ускорит поиск вакцин и лекарств от ВИЧ и других вирусных заболеваний.
