Microscopia crioelettronica (crio-EM), che consente la visualizzazione di virus, proteine, e altre strutture biologiche a livello molecolare, è uno strumento fondamentale utilizzato per far progredire le conoscenze biochimiche. Ora i ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) hanno esteso ulteriormente l'impatto della crio-EM sviluppando un nuovo algoritmo di calcolo che è stato determinante per la costruzione per la prima volta di un modello in scala atomica 3D del batteriofago P22.

Più di 20, Per realizzare il modello sono state utilizzate 000 immagini crio-EM bidimensionali del batteriofago P22 (noto anche come virus P22 che infetta il batterio comune Salmonella) del Baylor College of Medicine. I risultati sono stati pubblicati dai ricercatori del Baylor College of Medicine, Istituto di Tecnologia del Massachussetts, Purdue University e Berkeley Lab nel Atti delle Accademie Nazionali delle Scienze prima di marzo.

"Questo è un ottimo esempio di come sfruttare la tecnologia della microscopia elettronica e combinarla con nuovi metodi computazionali per determinare la struttura di un batteriofago, "ha detto Paul Adams, Direttore della divisione Biofisica molecolare e bioimaging integrato del Berkeley Lab e coautore dell'articolo. "Abbiamo sviluppato gli algoritmi, il codice computazionale, per ottimizzare il modello atomico in modo che si adatti al meglio ai dati sperimentali".

Pavel Afonine, uno scienziato di ricerca computazionale del Berkeley Lab e coautore di articoli, ha preso l'iniziativa nello sviluppo dell'algoritmo utilizzando Phenix, una suite software utilizzata tradizionalmente nella cristallografia a raggi X per determinare le strutture macromolecolari.

Il rendering riuscito del modello in scala atomica 3D del batteriofago P22 consente ai ricercatori di sbirciare all'interno degli strati proteici del virus a risoluzione. È il culmine di diversi anni di lavoro che in precedenza avevano consentito ai ricercatori del Baylor College di tracciare la maggior parte della spina dorsale della proteina, ma non i dettagli fini, secondo Corey Hryc, co-primo autore e studente laureato del professore di biochimica Baylor Wah Chiu.

"Grazie a questo squisito dettaglio strutturale, abbiamo determinato la chimica delle proteine ​​del virus P22, " Chiu ha detto. "Penso che sia importante fornire annotazioni dettagliate con la struttura in modo che altri ricercatori possano utilizzarla per i loro esperimenti futuri, " ha aggiunto. Il laboratorio di Chiu utilizza da quasi 30 anni la crio-EM e le tecniche di ricostruzione computerizzata per costruire strutture molecolari 3D.

E i risultati potrebbero avere anche preziose implicazioni biologiche.

Grazie al modello 3D in scala atomica, ora è "possibile vedere le interazioni tra i pezzi che compongono il virus P22, che sono fondamentali per renderlo stabile, " ha detto Adams. Questo aiuta i ricercatori a capire come produrre sostanze chimiche che possono legarsi a determinate proteine. Adams sottolinea che la capacità di comprendere la configurazione degli atomi nello spazio molecolare può essere utilizzata per generare nuove intuizioni nella progettazione e nello sviluppo di farmaci.