Cette image montre la structure détaillée d'un "pic" d'un coronavirus qui provoque des symptômes de rhume – un parent plus doux du virus qui cause COVID-19. Les pointes se lient aux récepteurs des cellules de leurs victimes pour déclencher des infections. Ils sont constitués de trois molécules de protéines, représenté en bleu, vert et orange, parsemé de molécules de sucre (jaune) qui jouent un rôle important dans le cycle de vie du virus et dans sa capacité à échapper au système immunitaire. Des scientifiques du SLAC National Accelerator Laboratory et de l'Université de Stanford ont réalisé l'image avec une nouvelle méthode qui montre les pics dans leur état naturel, produisant des instantanés plus rapides et plus réalistes de l'appareil d'infection. Crédit :K. Zhang et al., Revues trimestrielles de la découverte de la biophysique, 2020
Les coronavirus comme celui qui cause le COVID-19 sont parsemés de « pics » de protéines qui se lient aux récepteurs des cellules de leurs victimes – la première étape de l'infection. Maintenant, les scientifiques ont réalisé les premières images détaillées de ces pointes dans leur état naturel, tout en restant attachés au virus et sans utiliser de fixateurs chimiques qui pourraient déformer leur forme.
Ils disent leur méthode, qui combine la microscopie électronique cryogénique (cryo-EM) et le calcul, devrait produire des instantanés plus rapides et plus réalistes de l'appareil d'infection dans diverses souches de coronavirus, une étape cruciale dans la conception de médicaments thérapeutiques et de vaccins.
« L'avantage de procéder de cette manière est que lorsque vous purifiez une protéine de pointe et que vous l'étudiez de manière isolée, vous perdez un contexte biologique important :à quoi ressemble-t-il dans une particule virale intacte ? Il pourrait y avoir une structure différente là-bas, " dit Wah Chiu, professeur au SLAC National Accelerator Laboratory du DOE et à l'Université de Stanford et auteur principal de l'étude. Ils ont décrit leurs résultats dans Revues trimestrielles Découverte de la biophysique .
Sept souches de coronavirus sont connues pour infecter les humains. Quatre causent des maladies relativement bénignes; les trois autres, dont le SARS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19—peut être mortel, a déclaré le co-auteur Jing Jin, expert en biologie moléculaire des virus au Vitalant Research Institute de San Francisco. Les scientifiques de Vitalant recherchent des virus dans des échantillons de sang et de selles d'humains et d'animaux, dépister des échantillons de sang lors d'épidémies comme la pandémie actuelle, et étudier les interactions entre les virus et leurs hôtes.
Cette image en rotation montre la structure détaillée d'un "pic" d'un coronavirus qui provoque des symptômes de rhume – un parent plus doux du virus qui cause COVID-19. Les pointes se lient aux récepteurs des cellules de leurs victimes pour déclencher des infections. Ils sont constitués de trois molécules de protéines, représenté en bleu, vert et orange, parsemé de molécules de sucre (jaune) qui jouent un rôle important dans le cycle de vie du virus et dans sa capacité à échapper au système immunitaire. Des scientifiques du SLAC National Accelerator Laboratory et de l'Université de Stanford ont réalisé l'image avec une nouvelle méthode qui montre les pics dans leur état naturel, produisant des instantanés plus rapides et plus réalistes de l'appareil d'infection. Crédit :K. Zhang et al., Revues trimestrielles de la découverte de la biophysique, 2020
Le virus qui cause COVID-19 est si virulent qu'il n'y a que quelques laboratoires cryo-EM dans le monde qui peuvent l'étudier avec un niveau suffisamment élevé de contrôles de biosécurité, dit Jin. Alors pour cette étude, l'équipe de recherche a examiné une souche de coronavirus beaucoup plus douce appelée NL63, qui provoque des symptômes de rhume et est responsable d'environ 10 % des maladies respiratoires humaines chaque année. On pense qu'il se fixe aux mêmes récepteurs à la surface des cellules humaines que le virus COVID-19.
Plutôt que d'éliminer et de purifier chimiquement les protéines de pointe de NL63, les chercheurs ont congelé l'ensemble, virus intacts dans un état vitreux qui préserve l'arrangement naturel de leurs composants. Ensuite, ils ont réalisé des milliers d'images détaillées de virus orientés au hasard à l'aide d'instruments cryo-EM dans les installations Cryo-EM de Stanford-SLAC, extrait numériquement les bits qui contenaient des protéines de pointe, et les a combinés pour obtenir des images haute résolution.
"The structure we saw had exactly the same structure as it does on the virus surface, free of chemical artifacts, " Jin said. "This had not been done before."
The team also identified places where sugar molecules attach to the spike protein in a process called glycosylation, which plays an important role in the virus's life cycle and in its ability to evade the immune system. Their map included three glycosylation sites that had been predicted but never directly seen before.
Although a German group has used a similar method to digitally extract images of the spike protein from SARS-CoV-2, Jin said, they had to fix the virus in formaldehyde first so there would be no danger of it infecting anyone, and this treatment may cause chemical changes that interfere with seeing the true structure.
Aller de l'avant, she said, the team would like to find out how the part of the spike that binds to receptors on human cells is activated, and also use the same technique to study spike proteins from the virus that causes COVID-19, which would require specialized biohazard containment facilities.
