Det roliga med viruset som orsakar vattkoppor är att ingen med säkerhet vet hur det eller många av dess herpesviruskusiner invaderar och infekterar celler. Det är lite av ett problem:Utan den kunskapen, det har varit svårt att hitta bättre sätt att behandla och förebygga inte bara vattkoppor, men andra sjukdomar orsakade av närbesläktade virus, som cytomegalovirus, Epstein-Barr-virus och bältros – ett smärtsamt tillstånd relaterat till vattkoppor.

Nu, Stanford-virologer arbetar med forskare vid den nya Stanford-SLAC Cryo-Electron Microscopy-anläggningen för att ta en ny titt på hur herpesvirus infekterar celler. Med stöd från ett Stanford Bio-X fröbidrag, de tar några av de mest detaljerade bilderna någonsin av proteiner på ytan av vattkoppsviruset, även känt som varicella-zoster-virus. Dessa bilder kan snart avslöja ledtrådar om hur man blockerar herpesvirusinfektioner, sa Stefan Oliver, en senior forskare i labbet av Ann Arvin, Lucile Salter Packard professor i pediatrik och professor i mikrobiologi och immunologi.

"Vi använder cryo-EM-teknik för att se den större bilden bokstavligt, sa Oliver.

Nyckeln till de nya bilderna, Oliver sa, är en relativt ny teknik som kallas kryogen elektronmikroskopi, eller kryo-EM. Förr, om forskare ville studera hur ett virus använder proteiner på sin yta för att infektera celler, de skulle först producera förkortade former av virusproteiner och kristallisera dem. Genom att sprida röntgenstrålar från den kristallen, lag kan sluta sig till proteinets struktur, som kan ge information om hur det fungerar.

Problemet, Arvin sa, är att den kristalliserade formen inte nödvändigtvis har samma form som ett protein som det finns på ett virus eller när det görs i infekterade celler. Vad mer, Röntgenkristallografi kan inte avslöja hur formerna på dessa proteiner förändras när de bänder sig in i cellerna, eftersom det bara fångar proteinet i ett tillstånd.

Cryo-EM löser dessa problem, sa Arvin och Olivers samarbetspartner Wah Chiu, professor i fotonvetenskap, av bioteknik och av mikrobiologi och immunologi. Genom att snabbfrysa virus vid temperaturer hundratals grader under noll, i huvudsak stoppa deras rörelse samtidigt som de bevarar deras struktur, forskare kan använda elektronmikroskop för att ta bilder av virus och deras proteiner. Det är en dataintensiv process – cryo-EM-labbet arbetar nära med High Performance Research Computing Center på SLAC – men slutresultatet är bilder med detaljer på atomnivå, något som inte är möjligt på annat sätt.

Än så länge, Oliver, Arvin och Chiu har börjat samla in bilder på varicella-zoster-viruset och ett protein som hjälper viruset att ta sig in i cellerna, glykoprotein B, tillsammans med en antikropp mot proteinet. Dessa bilder avslöjade var antikroppen binder till proteinet, information som kan hjälpa andra forskare att designa molekyler för att störa infektion. Nästa steg, Chiu sa, är att ta bilder av viruset tillsammans med faktiska celler, vilket skulle göra det möjligt för teamet att se varicella-zoster-viruset och dess proteiner i olika stadier av infektion.

Med den informationen i handen, Arvin sa, "vi har en mycket bättre uppfattning om hur vi kan störa infektionsprocessen." Nedåt i raden, den kunskapen kan leda till nya sätt att förebygga vattkoppor hos barn som inte kan få standardvaccinet och bättre behandlingar mot bältros och dess efterverkningar. Det kan också skapa förutsättningar för en bättre förståelse av andra herpesvirusinfektioner, sa Arvin.