El método de obtención de imágenes llamado microscopía crioelectrónica (crio-EM) permite a los investigadores visualizar las formas de las moléculas biológicas con un nivel de detalle sin precedentes. Ahora, un equipo dirigido por investigadores del Instituto Salk y la Universidad de Florida informa cómo utilizaron cryo-EM para mostrar la estructura de una versión de un virus llamado AAV2, el avance de las capacidades de la técnica y el potencial del virus como vehículo de administración de terapias génicas.

"No es exagerado decir que esta es una de las mejores estructuras crio-EM que se haya logrado en este campo, "dice el profesor asistente de Salk, Dmitry Lyumkis, un biólogo estructural y coautor principal del estudio. "Aplicamos una serie de procedimientos diferentes que anteriormente solo se habían descrito en teoría. Demostramos experimentalmente, por primera vez, que se pueden utilizar para mejorar drásticamente la calidad de este tipo de imágenes ".

Los investigadores utilizaron varios avances técnicos para crear una representación tridimensional de una variante de AAV2 (abreviatura de virus adenoasociado serotipo 2), con una resolución mucho mejor que la que se ha logrado antes. El estudio, que fue reportado en Comunicaciones de la naturaleza el 7 de septiembre 2018, está avanzando en las aplicaciones metodológicas de la crio-EM al tiempo que ayuda a desarrollar mejores terapias genéticas, incluidos los tratamientos para algunos tipos hereditarios de ceguera, hemofilia y enfermedades del sistema nervioso.

Cryo-EM ha permitido a los investigadores observar el funcionamiento interno de estructuras diminutas, y está cambiando nuestra comprensión de las biomoléculas y sus mecanismos. En el trabajo actual, los autores muestran que la técnica es realmente capaz de alcanzar resoluciones casi hasta el nivel de un solo átomo. También permite a los investigadores derivar estructuras para complejos proteicos completos, en lugar de solo porciones de proteínas.

En el nuevo estudio, los investigadores de Salk se centraron en una versión de un virus AAV2 que tiene un cambio particular en uno de sus aminoácidos. Esta versión es interesante porque es menos infecciosa que algunos otros AAV, y se está estudiando por sus importantes implicaciones en el ciclo de vida viral. La nueva investigación proporcionó una explicación estructural de por qué es diferente de otros virus, al revelar cambios clave en el portal viral utilizado para empaquetar el ADN.

Dichos estudios informarán las aplicaciones de terapia génica en las que un gen correctivo de una enfermedad se transporta dentro de un virus. que entrega el gen a una célula. La terapia génica se está estudiando para una serie de enfermedades causadas por mutaciones únicas, incluyendo amaurosis congénita de Leber, Distrofia muscular de Duchenne, anemia falciforme, epidermólisis ampollosa de la unión y hemofilia, entre otros.

"Por último, Este tipo de investigación tiene implicaciones importantes para comprender las interacciones entre estos diferentes virus y los tipos de células que infectan. "dice Sriram Aiyer, investigador asociado en el laboratorio de Lyumkis y uno de los primeros autores del estudio. "Esto es importante para desarrollar una mayor comprensión del sistema inmunológico humano y cómo reconoce los virus".

Profesora Mavis Agbandje-McKenna, director del Centro de Biología Estructural de la Universidad de Florida y coautor principal del artículo, agrega, "Esta técnica será especialmente importante para desarrollar una mejor comprensión de cómo estos virus interactúan con el sistema inmunológico humano, que es uno de los principales obstáculos restantes para la utilización de estos virus en aplicaciones de terapia génica ".

El tamaño y la forma de AAV2 lo hicieron ideal para el análisis crio-EM actual. "Debido a que este virus tiene un alto nivel de simetría, nos dio más por el dinero, ", Dice Lyumkis." Pudimos obtener 60 veces más información, lo que nos permite aplicar nuevas técnicas computacionales para crear una mejor reconstrucción de la molécula que será extensible a muchos experimentos futuros de crio-EM de alta resolución ".

Lyumkis dice que las técnicas de generación de datos ilustradas en este estudio muestran que es posible extrapolar los hallazgos con microscopios de voltaje más bajo que el requerido anteriormente. En el futuro, esto permitirá a los investigadores utilizar nuevas versiones de instrumentos crio-EM que cuestan menos. "Los microscopios Cryo-EM son muy caros, y no muchas instituciones los tienen en este momento. Estos hallazgos ayudarán a abrir este campo a casi cualquier institución académica que realice investigación en biología estructural. ", señala.