Ученые впервые получили трехмерную "атомную" фотографию вируса

Физики из Германии смогли получить первую полноценную "атомную" фотографию вируса, разработав методику сверхбыстрого просвечивания трехмерных биологических материалов при помощи рентгена, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Methods. "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 (Великобритания). 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 определять форму молекулы по ее формуле. Поэтому структуру отдельных белков ученым приходится определять "вручную" – или используя компьютерные симуляции, или же замораживая отдельные молекулы белков при помощи жидкого азота и гелия и "просвечивая" их при помощи сверхмощных рентгеновских лазеров. 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 их при этом, а сам рентген быстро уничтожает молекулы на их поверхности и не позволяет получить качественные трехмерные снимки всего микроба или вируса в целом. Для решения этой проблемы Стюарт и его команда создали новую методику "фотографирования" вирусов, которую они назвали серийной кристаллографией. Ее главным отличием от обычной методики 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. 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. 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 ее. В ближайшее время физики планируют увеличить число пор в пластинке в 10 раз и приспособить их 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.