Forskare vid Virginia Tech Carilion Research Institute (VTCRI) använder nya metoder för avbildning av nanoskala för att belysa rotavirusens dynamiska aktiviteter, viktiga patogener som orsakar livshotande diarré hos små barn. När ett rotavirus kommer in i en värdcell, det tappar sitt yttersta proteinlager, lämnar efter sig en dubbelskiktad partikel (DLP). Dessa DLP är formen av viruset som producerar messenger -RNA -molekyler, som är avgörande för att starta infektionen.

Forskare, Deborah Kelly, Ph.D. och Sarah McDonald, Ph.D., båda biträdande professorer på VTCRI, förvärvade molekylära ögonblicksbilder av rotavirus DLP, mitt i produktionen av viralt RNA, med hjälp av kryo-elektronmikroskopi (kryo-EM). Teamet som utförde arbetet inkluderade också tredje års medicinska studenter, Joanna Kam och Andrew Demmert, från Virginia Tech Carilion School of Medicine, och postdoktor, Justin Tanner, Ph.D.

För att få bästa möjliga bild av nanoskala detaljerna för aktiva rotavirus DLP:er, Kelly utvecklade en teknik som tillät visualisering av förändringar i det yttersta skalet. I samband med nya beräkningsmetoder, forskarna kunde också upptäcka de interna egenskaperna hos DLP:erna, som inte tidigare observerats. Intressant, de interna DLP -funktionerna ändrades på ett sätt som motsvarade observerbara skillnader i nivåer av viral messenger -RNA -produktion.

Dessa fynd ger ny strukturell insikt i mekaniken för rotavirus -RNA -syntes, som i sin tur kan ge information om hur denna virala process sker vid värdcellsinfektion. Resultaten visas i den senaste upplagan av tidskriften Teknologi .

"Det som är anmärkningsvärt med denna studie är att vi kunde se olika nivåer av komplexitet inuti DLP:erna som korrelerade med viral RNA -syntes, "sa Kelly." När virus var aktiva, deras yttre strukturer rörde sig dynamiskt, på ett sätt som blev mindre organiserat. Samtidigt som starka egenskaper inom deras inre kärnor blir mer framträdande. "

Ett viktigt innovativt tillvägagångssätt som använts av Kelly -laboratoriet har gett en chans att se ett bredare spektrum av virala strukturer. Genom att undersöka DLP som är fästa vid antikroppar på en stabil rutnätyta, forskare kunde se nanomaskinerna cykla genom sina naturliga processer.

Kelly och McDonald använde också en ny datoralgoritm för att kategorisera DLP:erna, oberoende av, vilket undvek användarfördomar i de experimentella beräkningarna. Den statistiskt baserade beräkningsmetoden klassificerade proverna baserat på nivåer av RNA-produktion. Resultaten visade tydligt att rotavirus DLP:er med ett mindre organiserat yttre proteinlager hade mer fasta detaljer i sina inre kärnor. Dessa DLP hittades också i cryo-EM-bilderna för att vara nära fler RNA-strängar.

"I många år har forskare varit bekymrade över resultat med högre upplösning och inte ägnat stor uppmärksamhet åt den subtila mångfalden som finns i virusprover, "sa McDonald, som också är biträdande professor i biomedicinsk vetenskap och patobiologi vid Virginia – Maryland Regional College of Veterinary Medicine. "Men den mångfalden kan indikera hur virus faktiskt fungerar inuti cellerna. De är inte statiska, men dynamisk till sin natur. "

"Det är lite kontraintuitivt, sa Kelly, som också är biträdande professor i biologiska vetenskaper vid Virginia Tech's College of Sciences. "Du kan tänka dig det, om biologiska delar rörde sig, då skulle funktioner försvinna. När dessa omarrangemang sker i ett så trångt utrymme, dock, det kan eventuellt leda till en högre organisationsnivå. Och de samordnade förändringarna på utsidan av virus tycks möjliggöra dessa processer. "

Enligt Kelly, dessa resultat ger ny inblick i RNA -syntetiska processer för rotavirus och kan visa sig vara användbara i vår förståelse av viral biologi i allmänhet. Förbättra vår förståelse för rotavirus inre funktion, tillade hon, kan också ge nya mål för utveckling av behandlingar för viralinducerade diarrésjukdomar.