Оружие cальмонеллы под микроскопом
Некоторые из самых опасных заболеваний в мире, такие как чума, тиф и холера, вызываются бактериями, имеющими одну общую черту: они обладают инфекционным аппаратом, который является почти абсолютным оружием. Во время атак на клетки организма они образуют большое количество структур, по форме напоминающих полые иглы, выступающие на поверхности бактерий. Через эти иглы бактерии вводят сигнальные вещества в клетку-носитель, которые перепрограммируют последние и тем самым преодолевают их защитные барьеры. Начиная с этого момента, работе болезнетворных организмов ничего не мешает. Они могут проникать в клетки беспрепятственно и большими группами.
Биохимик и биофизик Томас Марловиц, руководитель группы специалистов из Венских Институтов IMP (Исследовательский Институт Молекулярной Патологии) и IMBA (Институт Молекулярной Биотехнологии) на протяжении нескольких лет занимался инфекционным комплексом сальмонеллы. Уже в 2006 году Томас Марловиц продемонстрировал процесс развития игольчатого комплекса Salmonella typhimurium (Nature 441, 637-640). Вместе со своим докторантом Оливером Шрайдтом он смог продемонстрировать трехмерную структуру данного комплекса в высоком разрешении. Группа исследователей смогла показать детали размером всего в 5-6 ангстрем, что является почти атомарным уровнем размерности. Их работа будет опубликована в грядущем номере журнала Наука (Science).
Взглядом можно убить!
Никогда ранее инфекционный аппарат не был представлен с такой точностью. Сейчас это стало возможным благодаря комбинированному использованию криоэлектронной микроскопии высокого разрешения и специально разработанного программного обеспечения для обработки изображений. «Самый продвинутый микроскоп Австрии» предоставляет возможность шоковой заморозки образцов при температуре в -196 градусов и рассматривать их в почти неизменившемся состоянии. Однако, при увеличении изображения объекта, ученые встречаются с проблемой: высокоэнергетический электронный пучок устремляется на образец в такой концентрации, что последний разрушается после первого просмотра.
Венские ученые решили проблему посредством разработки нового алгоритма обработки изображений и большим количеством снимков. Они подвергли анализу 37000 изображений отдельно взятых игольных комплексов. Похожие изображения группировались и обрабатывались вместе. Таким образом, они смогли создать одно четкое изображение из большого количества размытых. Эта неимоверная компьютерная мощь стала возможной посредством объединения в одно целое 500 компьютеров.
Микроскопия без человеческого вмешательства
Микроскоп работает в полуавтоматическом режиме в ночное время для получения большого количества снимков. Такая схема дает преимущество, так как люди просто мешают работе. Они дышат, говорят, двигаются и таким образом расстраивают чувствительный микроскоп. Даже работающий лифт может сбить электронный пучок.
Криоэлектронный микроскоп в IMP-IMBA является единственным в Австрии. Невероятные технологические усилия, связанные с управлением им, вознаграждаются результатами, нужными ученым. Проникновение на субнанометрический уровень создало для них еще один способ расширения области познания. Они получили способность «настроить» существующие данные (полученные из кристаллографии) под игольную структуру и таким образом дополнить трехмерный образ. Использование данного гибридного метода дало ученым возможность пролить свет на всю схему устройства инфекционного аппарата.
Томас Марловиц считает данную технологию инновационным всплеском: «При использовании разработанных нами методов, мы смогли установить стандарты получения «изображений» на весьма высоком уровне. Мы можем изучать его абсолютные пределы с помощью фантастической инфраструктуры, которая имеется здесь у нас в Кампусе Венского Биоцентра».
Данное знание не только увеличивает базу основных исследований. «При использовании наших данных, мы сможем найти состав, способный вмешаться в работу игольного комплекса и разрушить его работу», — сказал Марловиц. «Таким образом, мы сможем получить очень действенное лекарство, не только то, которое способно бороться с сальмонеллой, но также с другими болезнетворными организмами, на вооружении которых стоит такая же система, такими как организмы, вызывающие холеру, чуму и тиф».
Источник: medicaldaily.com
Перевод: Vitaminov.net
