(PhysOrg.com) -- Uno degli aspetti più difficili del lavoro su nanoscala è vedere l'oggetto su cui si lavora. Strutture biologiche come virus, che sono più piccoli della lunghezza d'onda della luce, sono invisibili ai microscopi ottici standard e difficili da catturare nella loro forma nativa con altre tecniche di imaging.

Un gruppo di ricerca multidisciplinare dell'UCLA ha ora unito le forze non solo per visualizzare un virus, ma anche per utilizzare i risultati per adattare il virus in modo che possa fornire farmaci anziché malattie.

In un articolo pubblicato la scorsa settimana sulla rivista Scienza , Hongrong Liu, un ricercatore post-dottorato UCLA in microbiologia, immunologia e genetica molecolare, e colleghi rivelano una struttura atomicamente accurata dell'adenovirus che mostra le interazioni tra le sue reti proteiche. Il lavoro fornisce informazioni strutturali critiche per i ricercatori di tutto il mondo che tentano di modificare l'adenovirus per l'uso nei vaccini e nei trattamenti di terapia genica per il cancro.

Per modificare un virus per la terapia genica, i ricercatori rimuovono il suo DNA che causa la malattia, sostituiscilo con farmaci e usa il guscio del virus, che è stato ottimizzato da milioni di anni di evoluzione, come veicolo di consegna.

Giglio Wu, un professore UCLA di farmacologia molecolare e medica e co-autore principale dello studio, e il suo gruppo hanno tentato di manipolare l'adenovirus per l'uso nella terapia genica, ma la mancanza di informazioni sui recettori sulla superficie del virus aveva ostacolato la loro ricerca.

"Stiamo ingegnerizzando virus per fornire la terapia genica per il cancro alla prostata e al seno, ma le precedenti tecniche di microscopia non erano in grado di visualizzare i virus adattati, " Wu ha detto. "Questo è stato come cercare di mettere insieme i componenti di un'auto al buio, dove l'unico modo per vedere se l'hai fatto correttamente era provare ad accendere la macchina."

Per visualizzare meglio il virus, Wu cercò assistenza da Hong Zhou, un professore di microbiologia dell'UCLA, immunologia e genetica molecolare e l'altro autore principale dello studio. Zhou utilizza la microscopia crioelettronica (cryoEM) per produrre modelli tridimensionali atomicamente accurati di campioni biologici come i virus.

Wu, che è anche ricercatore presso il California NanoSystems Institute (CNSI) presso l'UCLA, appreso del lavoro di Zhou dopo essere stato reclutato congiuntamente all'UCLA dalla University of Texas Medical School di Houston dal Dipartimento di Microbiologia dell'UCLA, Immunologia e genetica molecolare e CNSI dell'UCLA.

Circa un anno fa, una volta completato il trasferimento del laboratorio di Zhou, Sok Boon Koh, uno degli studenti di Wu, ha cercato il gruppo di Zhou per la sua esperienza e ha avviato la collaborazione.

"Questo progetto esemplifica la mia eccitazione di far parte di un istituto innovativo come CNSI, " Zhou ha detto. "Non solo sono in grado di lavorare con attrezzature all'avanguardia, ma poiché CNSI è l'hub per la ricerca e la commercializzazione delle nanotecnologie presso l'UCLA, Ho l'opportunità di collaborare con colleghi di molte discipline."

Lavorando nel Centro di imaging elettronico per nanomacchine del CNSI, un laboratorio gestito da Zhou, i ricercatori hanno usato cryoEM per creare una ricostruzione 3D dell'adenovirus umano da 31, 815 immagini di singole particelle.

"Poiché la ricostruzione rivela dettagli fino a una risoluzione di 3,6 angstrom, siamo in grado di costruire un modello atomico dell'intero virus, mostrando esattamente come le proteine ​​virali si incastrano e interagiscono, " disse Zhou. Un angstrom è la distanza tra i due atomi di idrogeno in una molecola d'acqua, e l'intero adenovirus ha un diametro di circa 920 angstrom.

Armato di questa nuova comprensione, Wu e il suo gruppo stanno ora procedendo con le loro versioni ingegnerizzate di adenovirus da utilizzare per il trattamento della terapia genica del cancro.

"Questa svolta è un grande balzo in avanti, ma ci sono ancora molti ostacoli da superare, " Wu ha detto. "Se il nostro lavoro ha successo, questa terapia potrebbe essere utilizzata per trattare la maggior parte delle forme di cancro, ma i nostri sforzi iniziali si sono concentrati sul cancro alla prostata e al seno perché queste sono le due forme di cancro più comuni negli uomini e nelle donne, rispettivamente."

Il gruppo sta lavorando con l'adenovirus perché ricerche precedenti lo hanno stabilito come un buon candidato per la terapia genica grazie alla sua efficienza nel fornire materiale genetico all'interno del corpo. Il guscio del virus è anche un veicolo di consegna sicuro; i test hanno dimostrato che il guscio non provoca il cancro, un problema riscontrato con alcune altre shell di virus. L'adenovirus è relativamente non patogeno in natura, causando solo malattie respiratorie temporanee nel 5-10% delle persone.

CryoEM consente una ricostruzione ad alta risoluzione delle strutture biologiche perché i campioni, in acqua, sono rappresentati direttamente. In contrasto, con la cristallografia a raggi X (la tecnica convenzionale per i modelli di risoluzione atomica delle strutture biologiche), i ricercatori coltivano strutture cristalline replicando il campione e quindi utilizzano la diffrazione per risolvere la struttura cristallina. Questa tecnica è limitata perché è difficile far crescere cristalli per tutte le proteine, i campioni per la cristallografia a raggi X devono essere molto puri e uniformi, e i cristalli di grandi complessi potrebbero non diffrangere ad alta risoluzione. Queste limitazioni hanno determinato l'irrisolvibilità di aree critiche della superficie dell'adenovirus mediante cristallografia a raggi X.