La microscopie cryoélectronique (cryo-EM) - qui permet la visualisation des virus, protéines, et d'autres structures biologiques au niveau moléculaire - est un outil essentiel utilisé pour faire progresser les connaissances biochimiques. À présent, les chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ont étendu l'impact de la cryo-EM en développant un nouvel algorithme de calcul qui a joué un rôle déterminant dans la construction d'un modèle 3D à l'échelle atomique du bactériophage P22 pour la première fois.

Plus de 20, 000 images cryo-EM bidimensionnelles du bactériophage P22 (également connu sous le nom de virus P22 qui infecte la bactérie commune Salmonella) du Baylor College of Medicine ont été utilisées pour créer le modèle. Les résultats ont été publiés par des chercheurs du Baylor College of Medicine, Massachusetts Institute of Technology, Purdue University et Berkeley Lab dans le Actes des Académies nationales des sciences plus tôt en mars.

"C'est un excellent exemple de la façon d'exploiter la technologie de la microscopie électronique et de la combiner avec de nouvelles méthodes de calcul pour déterminer la structure d'un bactériophage, " a déclaré Paul Adams, Directeur de la division Biophysique moléculaire et bioimagerie intégrée du Berkeley Lab et co-auteur de l'article. "Nous avons développé les algorithmes - le code de calcul - pour optimiser le modèle atomique afin qu'il corresponde le mieux aux données expérimentales."

Pavel Afonine, un chercheur en informatique de Berkeley Lab et co-auteur de l'article, a pris la tête du développement de l'algorithme à l'aide de Phenix, une suite logicielle traditionnellement utilisée en cristallographie aux rayons X pour déterminer les structures macromoléculaires.

Le rendu réussi du modèle à l'échelle atomique 3D du bactériophage P22 permet aux chercheurs de jeter un coup d'œil à l'intérieur des enveloppes protéiques du virus à résolution. C'est l'aboutissement de plusieurs années de travail qui avaient précédemment permis aux chercheurs du Baylor College de retracer la majeure partie de l'épine dorsale de la protéine, mais pas les petits détails, selon Corey Hryc, co-premier auteur et étudiant diplômé du professeur de biochimie Baylor Wah Chiu.

"Grâce à ce détail structurel exquis, nous avons déterminé la chimie des protéines du virus P22, " a déclaré Chiu. " Je pense qu'il est important que nous fournissions des annotations détaillées avec la structure afin que d'autres chercheurs puissent l'utiliser pour leurs futures expériences, " a-t-il ajouté. Le laboratoire de Chiu utilise des techniques de cryo-EM et de reconstruction informatique pour construire des structures moléculaires en 3D depuis près de 30 ans.

Et les résultats pourraient également avoir des implications biologiques précieuses.

Grâce au modèle 3D à l'échelle atomique, il est désormais "possible de voir les interactions entre les pièces composant le virus P22, qui sont essentiels pour le rendre stable, ", a déclaré Adams. Cela aide les chercheurs à comprendre comment fabriquer des produits chimiques pouvant se lier à certaines protéines. Adams souligne que la capacité de comprendre la configuration des atomes dans l'espace moléculaire peut être utilisée pour générer de nouvelles informations sur la conception et le développement de médicaments.