Un equipo internacional de científicos ha utilizado pulsos de rayos X de alta intensidad para determinar la estructura de la envoltura proteica cristalina de un virus insecto. Su análisis revela los pequeños detalles de los componentes básicos que componen el capullo viral a escalade 0.2 nanómetros millonésimas de milímetro - resolución cercana a la escala de un átomo. Los pequeños virus con su carcasa de cristal son, con mucho, los cristales de proteínas más pequeños jamás analizados utilizando la cristalografía de rayos X. Esto abre nuevas oportunidades en el estudio de las estructuras de proteínas., como informa el equipo encabezado por el científico líder de DESY, Henry Chapman, del Centro para la ciencia del láser de electrones libres en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. PNAS .
"El granulovirus ataca a ciertos insectos y los mata. Esto inicialmente lo deja varado dentro del huésped en descomposición, por lo que tiene que protegerse, tal vez durante años, contra condiciones ambientales adversas como el calor, la radiación ultravioleta y la sequía, hasta que una veznuevamente ingerido por un insecto. Para lograr esto, el virus se envuelve en un capullo hecho de cristales de proteínas, que solo se disuelven nuevamente una vez que llega al intestino de un insecto ", explica Cornelius Gati de DESY, el autor principal del artículo. Estos virus sonun interés particular de Peter Metcalf de la Universidad de Auckland en Nueva Zelanda y Johannes Jehle del Instituto Julius Kühn en Darmstadt, quienes se asociaron con DESY para esta investigación. Los investigadores examinaron el capullo del Cydia pomonella granulovirus CpGV, que infecta las orugas de la polilla de la manzana Cydia pomonella y se usa en la agricultura como pesticida biológico.El virus es inofensivo para los humanos.
Los científicos están interesados en la estructura espacial de las proteínas y otras biomoléculas porque esto arroja luz sobre la forma precisa en que trabajan. Esto ha llevado a una ciencia especializada conocida como biología estructural ". En los últimos 50 años, los científicos han determinado laestructuras de más de 100,000 proteínas ", dice Chapman, quien también es profesor de física en la Universidad de Hamburgo." Con mucho, la herramienta más importante para esto es la cristalografía de rayos X ". En este método, un cristal de la proteína bajola investigación se cultiva e irradia con rayos X brillantes. Esto produce un patrón de difracción característico, a partir del cual se puede calcular la estructura espacial del cristal y sus bloques de construcción.
"Uno de los grandes desafíos de este procedimiento es, sin embargo, hacer crecer los cristales", agrega Chapman. Muchas proteínas no se alinean fácilmente para formar cristales, porque ese no es su estado natural. Cuanto más pequeños son los cristales que se pueden usar parael análisis, cuanto más fácil es hacerlos crecer, pero más difícil es medirlos. "Esperamos que en el futuro podamos prescindir por completo de cristales en crecimiento y estudiar moléculas individuales directamente usando rayos X", dice Chapman, "así que nos gustaría entender los límites".
"Estas partículas de virus nos proporcionaron los cristales de proteínas más pequeños jamás utilizados para el análisis de la estructura de rayos X", explica Gati. El cuerpo de oclusión el virus "capullo" tiene un volumen de alrededor de 0,01 micrómetros cúbicos, aproximadamente cien veces más pequeñoque los cristales de proteínas crecidos artificialmente más pequeños que hasta ahora se han analizado utilizando técnicas cristalográficas.
Para romper este límite en el tamaño del cristal, se necesitaba un haz de rayos X extremadamente brillante, que se obtuvo utilizando un llamado láser de electrones libres FEL, en el que un haz de electrones de alta velocidad es guiado a través de un imánondulador haciendo que emitan pulsos de rayos X similares a los del láser.
Los científicos usaron el láser de electrones libres LCLS en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en los EE. UU., Y emplearon óptica para enfocar cada pulso de rayos X a un tamaño similar a una de las partículas de virus ". Dirigiendo toda la potencia del FELen un pequeño virus expuesto a los tremendos niveles de radiación ", informa Gati, que ahora trabaja en SLAC. La dosis fue de 1.300 millones de grises; en comparación: la dosis letal para los humanos es de alrededor de 50 grises.
La dosis de FEL fue ciertamente letal para los virus también: cada uno fue completamente vaporizado por un solo pulso de rayos X. Pero el pulso de duración de femtosegundos lleva la información de la estructura prístina al detector y la destrucción del virus ocurre solodespués del paso del pulso. El análisis de la difracción registrada mostró que incluso los pequeños cristales de proteínas que son bombardeados con dosis de radiación extremadamente altas pueden revelar su estructura a escala atómica.
"Las simulaciones basadas en nuestras mediciones sugieren que nuestro método probablemente pueda usarse para determinar la estructura de cristales aún más pequeños que consisten en solo cientos o miles de moléculas", informa Chapman, quien también es miembro del Centro de Imágenes Ultrarrápidas de Hamburgo CUI. "Esto nos lleva un gran paso más allá hacia nuestro objetivo de analizar moléculas individuales".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DISEÑO Deutsches Elektronen-Synchrotron . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :