Несмотря на свое название, гигантские вирусы трудно визуализировать в деталях. Они слишком велики для обычной электронной микроскопии, но слишком малы для оптической микроскопии, используемой для изучения более крупных образцов. Теперь международное сотрудничество впервые раскрыло структуру токиовируса, гигантского вируса, названного в честь города, в котором он был обнаружен в 2016 году, с помощью крио-высоковольтной электронной микроскопии.

Они опубликовали свои результаты 11 декабря в Scientific Reports.

«Гигантские вирусы — это вирусы исключительно большого физического размера, крупнее, чем маленькие бактерии, с гораздо большим геномом, чем у других вирусов», — сказал соавтор Казуёси Мурата, профессор проекта Исследовательского исследовательского центра жизни и живых систем (ExCELLS) и Национальный институт физиологических наук, Национальные институты естественных наук Японии.

«Немногие исследования подробно раскрыли капсид — белковую оболочку, инкапсулирующую двухцепочечную вирусную ДНК — структуру больших икосаэдрических или 20-сторонних вирусов. накладывает жесткие ограничения на сбор данных».

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали одну из немногих в мире установок высоковольтной электронной микроскопии (HVEM), которая оборудована для визуализации биологических образцов. Электронный микроскоп этого типа увеличивает напряжение, чтобы теоретически увеличить мощность микроскопа, что позволяет получать изображения более толстых образцов с более высоким разрешением.

В Исследовательском центре сверхвысоковольтной электронной микроскопии при Университете Осаки группа сделала снимки мгновенно замороженных частиц токиовируса с целью впервые во всех подробностях реконструировать одну частицу.

«Ранее о крио-HVEM на биологических образцах не сообщалось для анализа отдельных частиц», — сказал Мурата. «Для толстых образцов, таких как токиовирус с максимальным диаметром 250 нанометров, влияние глубины резкости вызывает внутренний сдвиг фокуса, накладывая жесткий предел на достижимое разрешение. Ускорение напряжения или сокращение длины волны испускаемых электронов, может увеличить глубину резкости и улучшить оптические условия в толстых образцах».

Подготовившись к этим корректировкам, исследователи детально отобразили токиовирус, чтобы прояснить структуру полной вирусной частицы. Они добились 3D-реконструкции с разрешением 7,7 ангстрем, что чуть ниже, чем теоретически может достичь технология. Мурата сказал, что результат решения был ограничен объемом данных, которые они могли собрать.

«Крио-HVEM в настоящее время требует ручного сбора микрофотографий, сделанных с помощью микроскопа», — сказал Мурата. Микрофотографии – это фотографии, сделанные с помощью микроскопа. «Мы идентифицировали 1182 частицы на 160 микрофотографиях, что является чрезвычайно малым числом по сравнению с сообщениями о других гигантских вирусах , полученных с помощью менее мощных микроскопов».

По словам Мураты, меньшее увеличение увеличивает количество частиц, включенных в каждую микрофотографию, но увеличение должно быть достаточно большим, чтобы детализировать частицы. В то время как автоматическое получение микрофотографий, обычно используемое в стандартной криоэлектронной микроскопии, способствовало значительному увеличению количества изображений, полученных при большом увеличении, ручной режим позволил исследователям поддерживать лучшее количество частиц на микрофотографии, сохраняя при этом более высокое частота дискретизации.

Мурата сказал, что даже с ограниченными образцами и немного более низким разрешением исследователи собрали достаточно информации, чтобы лучше понять структуру гигантских вирусных частиц с большей ясностью, чем когда-либо прежде.

«Карта крио-HVEM выявила новую сеть белков капсида, которая включала сеть белковых компонентов каркаса», — сказал Мурата, отметив, что связь этой сети каркасов между вершинами в икосаэдрической частице может определять размер частицы.

«Гигантские икосаэдрические вирусы, включая токиовирус, имеют большие функциональные клетки одинакового размера, созданные с ограниченным количеством компонентов для защиты вирусного генома и заражения клетки-хозяина. Мы начинаем узнавать, как это работает, включая расширенные функции структур и то, как мы можем уметь применять это понимание».

По словам Мурата, исследователи планируют внедрить программное обеспечение для автоматизированного сбора данных, способное поддерживать желаемые параметры, чтобы отображать больше гигантских вирусных структур и обнаруживать общую архитектуру, чтобы лучше понять, как ограниченные структуры могут быть использованы для многофункциональных организмов.