I ett laboratorium vid Michigan State University, forskare tog ett DIY-tillvägagångssätt för att bygga ett eftermonterat kryo-elektronmikroskop som gjorde att de kunde kartlägga ett jätte Samba-virus-ett av världens största virus.

"Om förkylningsviruset skalas till storleken på en stege, då är det jätte Samba -viruset större än Washingtonmonumentet, "sa Kristin Parent, biträdande professor i biokemi och molekylärbiologi och medförfattare till artikeln på omslaget till tidningen Viruses. "Cryo-EM tillät oss att kartlägga detta viruss struktur och observera proteinerna som det använder för att komma in, eller attack, celler."

Det verkar kontraintuitivt att större organismer är svårare att se, men de är när de använder kryo-elektronmikroskopi. Det beror på att dessa mikroskop vanligtvis används för att titta på tunna exemplar och inte kan dechiffrera större organismer för att avslöja deras biologiska mekanismer. För tjocka prover, forskare ser bara mörkgrå eller svarta klumpar istället för att se det molekylära ramverket.

Cryo-EM tillät föräldrarnas team att bilda det jätte Samba-viruset och förstå strukturerna som gör att det kan komma in i en amöba. Väl inne, Samba öppnar ett av dess kapsidlager och släpper ut sitt nukleokapsid - som bär den genetiska lasten som orsakar en infektion. Även om Samba inte är känt för att orsaka sjukdomar hos människor, dess kusin, mimiviruset, kan vara en skyldig för att orsaka vissa andningsbesvär hos människor.

"Om du tar upp en handfull vatten från Michigan -sjön, du håller bokstavligen fler virus än det finns människor på planeten, "sa föräldern, som publicerade tidningen med Jason Schrad och Eric Young, MSU biokemi och molekylärbiologi doktorander. "Även om forskare inte kan studera alla virus på jorden, insikterna vi får från virus som jätte Samba kan hjälpa oss att förstå mekanismerna för andra virus i sin familj, hur de trivs och hur vi kan attackera dem. "

När bakterier blir mer resistenta mot antibiotika, söker nya sätt att bekämpa sjukdomar kommer att fortsätta att växa i betydelse. Föräldralabb studerar också hur bakterieinfekterande virus kommer in i celler med denna metod, vilket potentiellt kan leda till nya antibakteriella behandlingar. Men världens bästa cryo-EM-mikroskop kostar mer än $ 5 miljoner. Begränsad av medel men inte drivkraft, Förälder kunde uppgradera ett befintligt mikroskop på MSU för att göra cryo-EM-en som är en finkänslig dröm.

Detta traditionella transmissionselektronmikroskop eftermonterades med ett kryostage, som håller virus frusna i flytande kväve medan de studeras. Förälder och hennes team lade sedan till en Direct Electron DE-20-detektor, en kraftfull kamera - det mäktiga mikroskopets motståndskraft.

Föräldern uppfann inte cryo-EM, men att etablera det på campus fungerar som ett livskraftigt proof-of-concept för MSU, öppna dörren för många tvärvetenskapliga partnerskap. Denna banbrytande mikroskopi har applikationer inom många områden, från de som adresserar ett enda protein till andra som studerar hela celler. Nästan alla som studerar komplexa molekylära maskiner kan avancera sitt arbete med detta verktyg, Förälder tillagd.

Förälder har vunnit ett AAAS Marion Milligan Mason Award för kvinnor i kemiska vetenskaper. Denna utmärkelse, hennes uppsats i Virus och att vara medförfattare som utförde cryo-EM-arbete i ett nyligen publicerat Nature Communications-papper, lägger grunden för att någon dag ha ett mer avancerat cryo-EM-mikroskop inrymt vid MSU för att kunna utföra strukturupplysningar med hög upplösning.

"Vi har gjort ganska mycket med våra begränsade resurser, men vi är beredda att göra mer, "Förälder sa." Jag tror att MSU kan fungera som ett cryo-EM-centrum och för att öka förekomsten av denna teknik i Mellanvästern och därefter. "

Som ett exempel, forskare från Universidade Federal de Minas Gerais (Brasilien) och Universidade Federal do Rio de Janeiro (Brasilien) bidrog också till denna studie och dra nytta av den teknik MSU har att erbjuda.