Birmingham’daki Alabama Üniversitesi’nden araştırmacılar, bir bakteri virüsünün yapısını benzeri görülmemiş ayrıntılarla ortaya çıkarmak için kriyo-elektron mikroskobu kullandılar. Bu, Staphylococcus epidermidis’i enfekte edebilen bir virüsün bilinen ilk yapısıdır ve yüksek çözünürlüklü yapısal bilgiler, viral biyolojiyi anlamak ve virüsü bakteriyel hastalıklar için bir tedavi olarak kullanma olasılığı açısından çok önemlidir.
“Fajlar” veya “bakteriyofajlar” terimi bakterileri enfekte eden virüsleri ifade eder. Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nden Dr. Asma Hatoum-Aslan ile birlikte, Dr. Terje Dokland liderliğindeki UAB ekibi, Andhra fajındaki 11 farklı yapısal proteinin tamamı ya da bir kısmı için atomik modeller tanımladı. Science Advances bu çalışmayı yayınladı.
Andhra picovirus ailesine aittir. Kabul ettiği tek konak S. epidermidis’tir. Büyük ölçüde zararsız olmasına rağmen, bu deri bakterisi, kalıcı tıbbi ekipman enfeksiyonlarına önemli bir katkıda bulunmaktadır. Illinois Üniversitesi’nde faj biyoloğu olan Hatoum-Aslan, “pikovirüslerin faj koleksiyonlarında seyrek olarak tespit edildiğini ve terapötik uygulamalar için yeterince araştırılmadığını ve kötüye kullanıldığını” belirtmiştir.
Benzer bir patojen olan Staphylococcus aureus ve S. epidermidis’te antibiyotik direncinin ortaya çıkması, araştırmacılar arasında bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için bakteriyofajlardan yararlanma olasılığına olan ilgiyi yeniden canlandırdı. Bakteriyel hücre duvarına bağlandıktan, onu enzimatik olarak kırdıktan, hücre zarını deldikten ve viral DNA’yı hücreye enjekte ettikten sonra, pikovirüsler kaçınılmaz olarak enfekte ettikleri hücrelerin ölümüne neden olur.
Ayrıca küçük bir genoma sahip olmaları ve bakteriler arasında bakteri genlerini aktaramamaları gibi diğer özellikleri de onları terapötik uygulamalar için cazip adaylar haline getirmektedir.
Andhra protein yapısına aşina olunması ve bu yapıların virüsün bir bakteriyi enfekte etmesine nasıl izin verdiğinin anlaşılması halinde, genetik mühendisliği kullanılarak özelleştirilmiş fajlar yaratmak mümkün olacaktır.
UAB’de mikrobiyoloji profesörü olan Dokland, “S. aureus ve S. epidermidis’i enfekte eden fajlar arasındaki konakçı özgüllüğünün yapısal temelinin hala yeterince bilinmediğini” belirtti.
“Mevcut araştırmanın yardımıyla, Andhra gen ürünlerinin yapıları ve işlevlerinin yanı sıra konakçı özgüllüğünü etkileyen faktörleri daha iyi kavrayarak, terapötik amaçlar için daha mantıklı ısmarlama faj tasarımına kapı açıyoruz. Araştırmamız virion montajı, konakçı tanıma ve konakçı penetrasyonu için temel özellikleri ortaya koyuyor.”
Çeşitli bakteri türlerinin yüzey teikoik asit polimerleri farklılık gösterdiğinden, stafilokokal fajlar normalde yalnızca küçük bir bakteri alt kümesini enfekte eder.
Fajların yalnızca hastalığa neden olan belirli patojeni hedef alabilmesi, sınırlı konakçı menzilleri sayesinde mümkün olmaktadır, ancak bu aynı zamanda fajın her bir vakada hastaya göre özelleştirilmesi gerekebileceği anlamına da gelmektedir.
Andhra, genellikle yuvarlak şekilli olan ve viral genomu barındıran 20 yüzlü ikozahedral bir kapsittir. Kapside kısa bir kuyruk eklenmiştir. Kuyruk çoğunlukla S. epidermidis’e bağlanmak ve hücre duvarının parçalanmasını katalize etmekle görevlidir. Kuyruk aracılığıyla bakteri viral DNA’yı alır. Kapsidden kuyruğa giden geçidin yanı sıra gövde, uzantılar, topuz ve kuyruk ucunun tümü kuyruk segmentleri olarak kabul edilir.
Her virüs partikülü, kendisini oluşturan 11 farklı proteinin çok sayıda kopyasından oluşur. Örneğin, bir virionu oluşturan dokuz proteinin kopya sayısı iki ila 72 arasında değişirken, kapsid iki proteinin her birinin 235 kopyasından oluşur.
Protein yapısı tahmin programı AlphaFold kullanılarak yapısı tahmin edilen 12. protein, virionu oluşturan toplam 645 protein parçasından biridir.
Her bir proteinin yapısı Dokland, Hatoum-Aslan ve UAB Mikrobiyoloji Bölümü’nden ilk yazarlar James L. Kizziah, Ph.D., N’Toia C. Hawkins, Ph.D. ve N’Toia C. Hawkins, Ph.D. tarafından geliştirilen atom modellerinde gösterilmiştir. Bu yapılar alfa-sarmal, beta-sarmal, beta gibi moleküler terimlerle ifade edilmektedir. Araştırmacılar, her bir proteinin farklı tipteki komşu proteinlerle nasıl etkileşime girdiğini ve kapsidin hekzamerik ve pentamerik yüzlerini oluşturmak için her bir proteinin aynı protein tipinin diğer kopyalarına nasıl bağlandığını açıklamışlardır.
Işık mikroskobundan çok daha yüksek çözünürlüğe sahip olan elektron mikroskopları, hızlandırılmış bir elektron demeti kullanarak bir öğeyi aydınlatır. Süper soğuk sıcaklıkların eklenmesiyle kriyo-elektron mikroskobu özellikle daha büyük proteinlerin, membran proteinlerinin veya membrana bağlı reseptörler gibi lipid içeren malzemelerin yanı sıra çeşitli biyomoleküllerin komplekslerinin atomik yapısını çözmek için faydalıdır.
Yeni elektron dedektörleri, son sekiz yılda kriyo-elektron mikroskobunun çözünürlüğünü geleneksel elektron mikroskobuna göre önemli ölçüde artırmıştır. Aşağıdakiler kriyo-elektron mikroskobunda “çözünürlük devrimi” olarak adlandırılan sürecin önemli bileşenleridir:
Sulu numuneler -256 Fahrenheit derecenin altına kadar soğutulmuş etan içinde hızlı bir şekilde donduruldu. Su, numunelere zarar veren ve elektron ışınını dağıtan buz kristalleri yerine pencereye benzeyen “camsı buz” halinde donar.
Proteinleri korumak için numune mikroskopta son derece soğuk tutuluyor ve sadece az miktarda elektron alıyor.
Saniyede yüzlerce karede tek tek atomları sayma yeteneğiyle, son derece hızlı doğrudan elektron dedektörleri, numune hareketinin gerçek zamanlı olarak düzeltilmesini sağlar.
Binlerce fotoğraf, mükemmel çözünürlüğe sahip üç boyutlu yapılar oluşturmak için gelişmiş hesaplama kullanılarak birleştirilir. Terabaytlarca veri grafik işlem birimleri tarafından işlenir.
Hastanedeki CT taramasına benzer üç boyutlu bir tomografik görüntü oluşturmak için, numuneyi tutan mikroskop tablası görüntüler yakalanırken eğilebilir.
UAB araştırmacıları Andhra virion yapısını incelemeye 230.714 parçacık resmiyle başladı. 186.542, 159.489, 159.489, 159.489 ve 159.489 resim ile kapsid, kuyruk, distal kuyruk ve kuyruk ucu moleküler yeniden yapılandırmaya tabi tutulan ilk kısımlar oldu. Çözünürlük 3.50-4.90 angstrom aralığındaydı.
Kaynak: phys.org/news
