고전압 극저온 전자 현미경으로 '거대한' 바이러스의 작은 비밀을 밝힙니다.

[아름이]

고전압 극저온 전자 현미경으로 '거대한' 바이러스의 작은 비밀을 밝힙니다.
날짜:
2022년 12월 21일
원천:
국립 자연과학 연구소
요약:
이름에도 불구하고 거대 바이러스는 자세히 시각화하기 어렵습니다. 기존의 전자 현미경으로는 너무 크지만 더 큰 표본을 연구하는 데 사용되는 광학 현미경으로는 너무 작습니다. 이제 연구자들은 2016년에 발견된 도시의 이름을 딴 거대한 바이러스인 도쿄바이러스의 구조를 극저온 고전압 전자현미경의 도움으로 밝혀냈습니다.

이름에도 불구하고 거대 바이러스는 자세히 시각화하기 어렵습니다. 기존의 전자 현미경으로는 너무 크지만 더 큰 표본을 연구하는 데 사용되는 광학 현미경으로는 너무 작습니다. 이제 처음으로 국제 협력을 통해 2016년에 발견된 도시의 이름을 딴 거대한 바이러스인 도쿄바이러스의 구조가 극저온 고전압 전자 현미경의 도움으로 밝혀졌습니다.

그들은 12월 12일 Scientific Reports 에 결과를 발표했습니다 .

"자이언트 바이러스"는 다른 바이러스보다 훨씬 더 큰 게놈을 가진 작은 박테리아보다 크고 매우 큰 물리적 크기의 바이러스입니다. 생리과학연구소, 일본 국립 자연과학연구소 "캡시드(이중 가닥 바이러스 DNA를 캡슐화하는 단백질 껍질), 대형 20면체 또는 20면체 바이러스의 구조를 자세히 밝힌 연구는 거의 없습니다. 그들은 데이터 수집에 엄격한 제한을 부과하는 크기 때문에 고해상도 극저온 전자 현미경에 대한 특별한 문제를 제시합니다."

이 문제를 극복하기 위해 연구원들은 생물학적 표본을 이미지화할 수 있는 세계에서 몇 안 되는 고전압 전자 현미경(HVEM) 시설 중 하나를 사용했습니다. 이러한 유형의 전자 현미경은 이론적으로 현미경의 출력을 증가시키기 위해 전압을 가속하므로 더 두꺼운 샘플을 더 높은 해상도로 이미지화할 수 있습니다. 오사카 대학의 초고전압 전자현미경 연구 센터에서 팀은 처음으로 단일 입자를 완전히 자세하게 재구성하는 것을 목표로 급속 냉동 도쿄 바이러스 입자를 이미지화했습니다.

"생물학적 샘플에 대한 Cryo-HVEM은 이전에 단일 입자 분석에 대해 보고된 적이 없습니다."라고 Murata는 말했습니다. "최대 직경이 250나노미터인 tokyovirus와 같은 두꺼운 샘플의 경우 피사계 심도의 영향으로 인해 내부 초점 이동이 발생하여 달성 가능한 해상도에 엄격한 제한이 있습니다. 전압을 가속하거나 방출된 전자의 파장을 단축하면 피사계 심도를 높이고 두꺼운 샘플의 광학 조건을 개선할 수 있습니다."

이러한 조정을 준비한 연구원들은 전체 바이러스 입자의 구조를 명확히 하기 위해 tokyovirus를 자세히 이미지화했습니다. 그들은 7.7옹스트롬의 해상도로 3D 재구성을 달성했는데, 이는 기술이 이론적으로 달성할 수 있는 것보다 약간 낮은 해상도입니다. Murata는 결의안 결과가 수집할 수 있는 데이터의 양에 의해 제한된다고 말했습니다.

"Cryo-HVEM은 현재 현미경으로 찍은 현미경 사진을 수동으로 수집해야 합니다."라고 Murata는 말했습니다. 현미경 사진은 현미경으로 찍은 사진입니다. "우리는 160개의 현미경 사진에서 1,182개의 입자를 식별했는데, 이는 덜 강력한 현미경으로 이미지화된 다른 거대 바이러스의 보고에 비해 극히 적은 수입니다."

Murata에 따르면 배율이 낮을수록 각 현미경 사진에 포함된 입자의 수가 증가하지만 배율은 입자를 자세히 이미지화할 수 있을 만큼 충분히 높아야 합니다. 표준 극저온 전자 현미경에서 일상적으로 사용되는 현미경 사진의 자동 획득은 고배율에서 캡처한 이미지 수의 상당한 증가를 촉진했지만, 수동 모드를 사용하면 연구자들이 현미경 사진당 더 나은 입자 수를 유지할 수 있었습니다. 더 높은 샘플링 주파수.

제한된 샘플과 약간 낮은 해상도로도 연구원들은 그 어느 때보다 더 명확하게 거대한 바이러스 입자 구조를 더 잘 이해할 수 있는 충분한 정보를 수집했다고 Murata는 말했습니다.

“저온-HVEM 지도는 스캐폴드 단백질 구성요소 네트워크를 포함하는 새로운 캡시드 단백질 네트워크를 드러냈습니다. "tokyovirus를 포함한 20면체 거대 바이러스는 바이러스 게놈을 보호하고 숙주 세포를 감염시키기 위해 제한된 구성 요소로 만들어진 크고 균일한 크기의 기능 케이지를 가지고 있습니다. 우리는 구조의 고급 기능을 포함하여 이것이 어떻게 작동하는지, 그리고 우리가 어떻게 이 이해를 적용할 수 있습니다."

연구원들은 더 거대한 바이러스 구조를 이미지화하고 제한된 구조가 다기능 유기체에 어떻게 사용될 수 있는지 더 잘 이해하기 위해 공통 아키텍처를 발견하기 위해 원하는 매개변수를 유지할 수 있는 자동 수집 소프트웨어를 구현할 계획이라고 Murata는 말했습니다.

Murata는 SOKENDAI(고등 연구 대학원)의 생명 과학부 생리 과학과에도 소속되어 있습니다. 기타 기여자는 ExCELLS 및 National Institute for Physiological Sciences와 제휴한 공동 교신 저자 Chihong Song, 공동 제1저자 Akane Chihara 및 공동 제1저자 Raymond N. Burton-Smith; Naoka Kajimura 및 Kaoru Mitsuoka, 오사카 대학교 초고전압 전자 현미경 연구 센터; Kenta Okamoto, 분자 생물 물리학 프로그램, 스웨덴 웁살라 대학교 세포 및 분자 생물학과. 송과 치하라도 소켄다이 소속.

일본 문부과학성; 엑셀의 공동 연구; 국립생리과학원 공동연구 프로그램; 소켄다이; 스웨덴 연구 위원회; 스웨덴 연구 및 고등 교육 국제 협력 재단; 스웨덴 왕립 과학 아카데미가 이 연구를 지원했습니다.



출처 : https://www.sciencedaily.com/