Новая методика визуализации отслеживает движение вируса с беспрецедентной детализацией

Наблюдение за белками в действии долгое время было сложной задачей из-за недостаточной скорости и разрешения методов визуализации.

Учёные под руководством профессора Ульриха Лоренца из EPFL применили новую методику, которая повышает временное разрешение криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ) до микросекунд, чтобы в реальном времени наблюдать быструю динамику вируса. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Метод основан на крио-ЭМ, позволяющей получать изображения биомолекул с атомарной точностью. Образцы замораживают в стекловидный лёд, что позволяет снимать их структуру с помощью электронного микроскопа.

В 2021 году команда Лоренца расширила возможности крио-ЭМ, чтобы фиксировать движения белков на микросекундной шкале времени. Это достигается быстрым плавлением стекловидного льда лазерным импульсом, что открывает "настраиваемое" временное окно, в котором белок может двигаться, как в естественной жидкой среде клетки.

Теперь эту методику применили для захвата быстрых движений вируса с беспрецедентной точностью. Исследователи сфокусировались на вирусе хлоротичной крапчатости коровьего гороха (CCMV), у которого известно, что изменение pH вызывает быстрое расширение капсида (защитной оболочки). Новая методика позволила наблюдать механику этого процесса.

"Мы изучали этот процесс в обратном направлении, то есть сокращение капсида, что позволило нам проще выяснить его механику", — говорит Ульрих Лоренц.

Методика показала отличные результаты: "Мы получили очень детальную картину функционирования и механики этой наноразмерной машины, включая неожиданное наблюдение, что разные движения белков капсида происходят с разной скоростью", — отмечает Лоренц. — "Также мы выяснили, что сокращение, несмотря на большую амплитуду, происходит очень быстро. Вирус в расширенном состоянии напоминает растянутую пружину, которая внезапно высвобождается и сжимается".

Помимо вируса, новая методика микросекундной крио-ЭМ решает более широкую задачу наблюдения за функционирующими белками. "Мы впервые показываем, что наш метод можно использовать для наблюдения процесса, который действительно происходит в природе", — говорит Лоренц. — "Не существует другого метода, способного на такие наблюдения. Если станет возможным применить наши эксперименты к широкому спектру систем, а мы в это твёрдо верим, наш метод может революционизировать понимание того, как функционируют белки".