Teknik dapat melacak molekul secara real time, pada suhu kamar – ScienceDaily

Teknik dapat melacak molekul secara real time, pada suhu kamar – ScienceDaily


Virus itu menakutkan. Mereka menyerang sel-sel kita seperti pasukan yang tidak terlihat, dan setiap jenis membawa strategi serangannya sendiri. Sementara virus menghancurkan komunitas manusia dan hewan, para ilmuwan berebut untuk melawan. Banyak yang menggunakan mikroskop elektron, alat yang dapat “melihat” apa yang dilakukan molekul individu dalam virus. Namun, bahkan teknologi tercanggih sekalipun mengharuskan sampel dibekukan dan diimobilisasi untuk mendapatkan resolusi tertinggi.

Sekarang, fisikawan dari Universitas Utah telah memelopori cara pencitraan partikel mirip virus secara real time, pada suhu kamar, dengan resolusi yang mengesankan. Dalam sebuah studi baru, metode tersebut mengungkapkan bahwa kisi, yang membentuk komponen struktural utama dari human immunodeficiency virus (HIV), bersifat dinamis. Penemuan kisi difusi yang terbuat dari protein Gag dan GagPol, yang telah lama dianggap sepenuhnya statis, membuka terapi baru yang potensial.

Ketika partikel HIV bertunas dari sel yang terinfeksi, virus mengalami jeda waktu sebelum menjadi menular. Protease, enzim yang tertanam sebagai setengah molekul dalam protein GagPol, harus terikat ke molekul serupa lainnya dalam proses yang disebut dimerisasi. Ini memicu pematangan virus yang mengarah ke partikel infeksius. Tidak ada yang tahu bagaimana setengah molekul protease ini menemukan satu sama lain dan dimerisasi, tetapi ini mungkin ada hubungannya dengan penataan ulang kisi yang dibentuk oleh protein Gag dan GagPol yang terletak tepat di dalam selubung virus. Gag adalah protein struktural utama dan telah terbukti cukup untuk mengumpulkan partikel mirip virus. Molekul gag membentuk struktur heksagonal kisi yang terjalin dengan dirinya sendiri dengan celah-celah kecil yang diselingi. Metode baru menunjukkan bahwa kisi protein Gag bukanlah kisi statis.

“Metode ini selangkah lebih maju dengan menggunakan mikroskop yang secara tradisional hanya memberikan informasi statis. Selain metode mikroskop baru, kami menggunakan model matematika dan eksperimen biokimia untuk memverifikasi dinamika kisi,” kata penulis utama Ipsita Saha, asisten peneliti pascasarjana di Departemen Fisika & Astronomi U. “Selain virus, implikasi utama dari metode ini adalah Anda dapat melihat bagaimana molekul bergerak di dalam sel. Anda dapat mempelajari struktur biomedis apa pun dengan ini.”

Makalah diterbitkan di Jurnal Biofisika pada tanggal 26 Juni 2020.

Memetakan mesin nano

Para ilmuwan tidak mencari struktur dinamis pada awalnya – mereka hanya ingin mempelajari kisi protein Gag. Saha memimpin upaya dua tahun untuk “meretas” teknik mikroskop agar dapat mempelajari partikel virus pada suhu kamar untuk mengamati perilaku mereka dalam kehidupan nyata. Skala virus sangat kecil – berdiameter sekitar 120 nanometer – jadi Saha menggunakan mikroskop lokalisasi fotoaktif interferometri (iPALM).

Pertama, Saha menandai Gag dengan protein fluoresen yang disebut Dendra2 dan menghasilkan partikel mirip virus dari protein Gag-Dendra2 yang dihasilkan. Partikel mirip virus ini sama dengan partikel HIV, tetapi hanya terbuat dari struktur kisi protein Gag-Dendra2. Saha menunjukkan bahwa protein Gag-Dendra2 yang dihasilkan mengumpulkan partikel mirip virus dengan cara yang sama seperti partikel mirip virus yang menyusun protein Gag biasa. Lampiran fluorescent memungkinkan iPALM untuk mengambil gambar partikel dengan resolusi 10 nanometer. Para ilmuwan menemukan bahwa setiap partikel mirip virus yang tidak dapat bergerak memasukkan 1.400 hingga 2.400 protein Gag-Dendra2 yang disusun dalam kisi heksagonal. Ketika mereka menggunakan data iPALM untuk merekonstruksi citra selang waktu dari kisi, tampak bahwa kisi Gag-Dendra2 tidak statis seiring waktu. Untuk memastikan, mereka secara independen memverifikasinya dengan dua cara: secara matematis dan biokimia.

Pertama, mereka membagi kisi protein menjadi segmen terpisah yang seragam. Dengan menggunakan analisis korelasi, mereka menguji bagaimana setiap segmen berkorelasi dengan dirinya sendiri dari waktu ke waktu, dari 10 hingga 100 detik. Jika setiap segmen terus berkorelasi dengan dirinya sendiri, protein itu tidak bergerak. Jika mereka kehilangan korelasi, protein telah menyebar. Mereka menemukan bahwa seiring waktu, protein tersebut cukup dinamis.

Cara kedua mereka memverifikasi kisi dinamis adalah secara biokimia. Untuk percobaan ini, mereka membuat partikel mirip virus yang kisi-kisinya terdiri dari 80% protein tipe liar Gag, 10% dari Gag yang diberi tag SNAP, dan 10% dari gag ditandai dengan Halo. SNAP dan Halo adalah protein yang dapat mengikat linker yang mengikat mereka selamanya. Idenya adalah untuk mengidentifikasi apakah molekul dalam kisi protein tetap diam, atau jika posisinya berpindah.

“Gag-protein berkumpul sendiri secara acak. Molekul SNAP dan Halo bisa berada di mana saja di dalam kisi – beberapa mungkin dekat satu sama lain, dan beberapa akan jauh,” kata Saha. “Jika kisi berubah, ada kemungkinan molekul-molekul itu saling berdekatan.”

Saha memperkenalkan molekul yang disebut Haxs8 ke dalam partikel mirip virus. Haxs8 adalah dimerizer – molekul yang secara kovalen mengikat protein SNAP dan Halo ketika mereka berada dalam radius pengikatan satu sama lain. Jika molekul SNAP atau Halo bergerak berdampingan, mereka akan menghasilkan kompleks dimerisasi. Dia melacak konsentrasi kompleks dimerisasi ini dari waktu ke waktu. Jika konsentrasinya berubah, ini menunjukkan bahwa pasangan molekul baru saling menemukan. Jika konsentrasinya menurun, hal itu mengindikasikan protein pecah. Bagaimanapun, itu akan menunjukkan bahwa pergerakan telah terjadi. Mereka menemukan bahwa seiring waktu, persentase kompleks dimer meningkat; Protein Gag HALO dan SNAP bergerak di seluruh kisi dan bersatu seiring waktu.

Alat baru untuk mempelajari virus

Ini adalah studi pertama yang menunjukkan bahwa struktur kisi protein virus yang diselimuti bersifat dinamis. Alat baru ini penting untuk lebih memahami perubahan yang terjadi di dalam kisi saat partikel virus baru berubah dari belum matang menjadi sangat berbahaya.

“Apa mekanisme molekuler yang menyebabkan infeksi? Ini membuka jalur studi baru,” kata Saha. “Jika Anda dapat mengetahui proses itu, mungkin Anda dapat melakukan sesuatu untuk mencegah mereka menemukan satu sama lain, seperti jenis obat yang akan menghentikan virus dalam perjalanannya.”

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Utah. Asli ditulis oleh Lisa Potter. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Slot Online

Author Image
adminProzen