(PhysOrg.com) - Uno de los aspectos más difíciles de trabajar a nanoescala es ver el objeto en el que se trabaja. Estructuras biológicas como virus, que son más pequeños que la longitud de onda de la luz, son invisibles para los microscopios ópticos estándar y difíciles de capturar en su forma nativa con otras técnicas de imagen.

Un grupo de investigación multidisciplinario de la UCLA se ha unido no solo para visualizar un virus, sino también para utilizar los resultados para adaptar el virus de modo que pueda administrar medicamentos en lugar de enfermedades.

En un artículo publicado la semana pasada en la revista Ciencias , Hongrong Liu, un investigador postdoctoral de UCLA en microbiología, inmunología y genética molecular, y sus colegas revelan una estructura atómicamente precisa del adenovirus que muestra las interacciones entre sus redes de proteínas. El trabajo proporciona información estructural crítica para los investigadores de todo el mundo que intentan modificar el adenovirus para su uso en tratamientos de vacunas y terapia génica para el cáncer.

Para modificar un virus para terapia génica, los investigadores eliminan el ADN que causa la enfermedad, reemplácelo con medicamentos y use el caparazón del virus, que ha sido optimizado por millones de años de evolución, como vehículo de reparto.

Lily Wu, un profesor de UCLA de farmacología molecular y médica y coautor principal del estudio, y su grupo han estado intentando manipular el adenovirus para su uso en terapia génica, pero la falta de información sobre los receptores en la superficie del virus había obstaculizado su búsqueda.

"Estamos diseñando virus para administrar terapia génica para cánceres de próstata y mama, pero las técnicas de microscopía anteriores no pudieron visualizar los virus adaptados, ", Dijo Wu." Esto fue como intentar unir los componentes de un automóvil en la oscuridad, donde la única forma de ver si lo hizo correctamente era intentar encender el automóvil ".

Para visualizar mejor el virus, Wu buscó la ayuda de Hong Zhou, un profesor de microbiología de UCLA, inmunología y genética molecular y el otro autor principal del estudio. Zhou utiliza microscopía crioelectrónica (cryoEM) para producir modelos tridimensionales atómicamente precisos de muestras biológicas como virus.

Wu, quien también es investigador en el California NanoSystems Institute (CNSI) en UCLA, se enteró del trabajo de Zhou después de que el Departamento de Microbiología de la UCLA lo reclutara conjuntamente para UCLA de la Facultad de Medicina de la Universidad de Texas en Houston, Inmunología y Genética Molecular y CNSI de UCLA.

Hace un año, una vez que se completó la transferencia del laboratorio de Zhou, Sok Boon Koh, uno de los estudiantes de Wu, buscó al grupo de Zhou por su experiencia e inició la colaboración.

"Este proyecto ejemplifica mi entusiasmo por ser parte de un instituto tan innovador como el CNSI, "Dijo Zhou." No solo puedo trabajar con equipos de última generación, pero debido a que CNSI es el centro de investigación y comercialización de nanotecnología en UCLA, Tengo la oportunidad de colaborar con colegas de muchas disciplinas ".

Trabajando en el Centro de Imágenes Electrónicas para Nanomáquinas del CNSI, un laboratorio dirigido por Zhou, los investigadores utilizaron cryoEM para crear una reconstrucción tridimensional del adenovirus humano de 31, 815 imágenes de partículas individuales.

"Debido a que la reconstrucción revela detalles hasta una resolución de 3.6 angstroms, podemos construir un modelo atómico de todo el virus, mostrando con precisión cómo todas las proteínas virales encajan e interactúan, "Dijo Zhou. Un angstrom es la distancia entre los dos átomos de hidrógeno en una molécula de agua, y todo el adenovirus tiene un diámetro de aproximadamente 920 angstroms.

Armado con este nuevo entendimiento, Wu y su grupo ahora están avanzando con sus versiones diseñadas de adenovirus para usar en el tratamiento de terapia génica del cáncer.

"Este avance es un gran avance, pero aún quedan muchos obstáculos por superar, "Dijo Wu." Si nuestro trabajo tiene éxito, esta terapia podría usarse para tratar la mayoría de las formas de cáncer, pero nuestros esfuerzos iniciales se han centrado en los cánceres de próstata y mama porque son las dos formas más comunes de cáncer en hombres y mujeres, respectivamente."

El grupo está trabajando con el adenovirus porque investigaciones previas lo han establecido como un buen candidato para la terapia génica debido a su eficiencia en la entrega de materiales genéticos dentro del cuerpo. El caparazón del virus también es un vehículo de entrega seguro; las pruebas han demostrado que la cáscara no causa cáncer, un problema encontrado con algunos otros caparazones de virus. El adenovirus es relativamente no patógeno de forma natural, causando solo enfermedades respiratorias temporales en el 5 al 10 por ciento de las personas.

CryoEM permite una reconstrucción de estructuras biológicas de alta resolución porque las muestras, en agua, se crean imágenes directamente. A diferencia de, con cristalografía de rayos X (la técnica convencional para modelos de resolución atómica de estructuras biológicas), los investigadores cultivan estructuras cristalinas que replican la muestra y luego utilizan la difracción para resolver la estructura cristalina. Esta técnica es limitada porque es difícil cultivar cristales para todas las proteínas, las muestras para cristalografía de rayos X deben ser muy puras y uniformes, y los cristales de complejos grandes pueden no difractar a alta resolución. Estas limitaciones dieron como resultado que áreas críticas de la superficie del adenovirus no se resolvieran usando cristalografía de rayos X.