Investigadores de Duke utilizan un potente microscopio para buscar el talón de Aquiles en el coronavirus
Fecha de publicación:DURHAM – Aunque la mayoría de los laboratorios de investigación de la Universidad de Duke están cerrados para evitar la transmisión futura del coronavirus COVID-19, uno de los pocos que permanece abierto es el Instalación de instrumentación de materiales compartidos (SMIF), que alberga una sala blanca compartida y instalaciones de caracterización de Duke. Y de los más de 550 usuarios típicos de SMIF, ahora solo a unos pocos se les permite trabajar en las instalaciones en la investigación de COVID-19.
Uno de los instrumentos clave del SMIF es un microscopio crioelectrónico (crio-EM para abreviar), valorado en varios millones de dólares, el Titan Krios, que es capaz de “ver” proteínas con detalle a nivel atómico tomando cientos de miles de imágenes moleculares. de un espécimen biológico y luego clasificarlos y promediarlos con un potente software para crear una imagen en 3D y, en última instancia, un modelo de la proteína.
Y mantener la máquina creando estas imágenes a nivel atómico no es tarea fácil. En la época del coronavirus, la compleja máquina cuenta con el apoyo total de solo dos ingenieros: Mark Walters, director de SMIF, donde reside el Titan Krios, y Holly Leddy, especialista en crio-EM del personal de SMIF.
En el caso del coronavirus, la científica de la Facultad de Medicina de Duke, Priyamvada Acharya, y su equipo están utilizando el Krios para determinar las estructuras de la proteína de pico del coronavirus, la parte del virus que sobresale, se adhiere al huésped y ayuda al virus a ingresar al ser humano. células.
"Estamos utilizando la información para aprender, en un nivel básico, los detalles de cómo funciona el pico y traducir este conocimiento para el diseño de vacunas", dijo Acharya, PhD, profesor asociado de cirugía en la Facultad de Medicina y director de la División. de Biología Estructural del Instituto de Vacunas Humanas de Duke.
Una mejor comprensión de la estructura y función del pico también ayudará al equipo a desarrollar ganchos moleculares para extraer anticuerpos de la sangre de pacientes con COVID-19, que podrían usarse para el desarrollo de vacunas.
Acharya ha estado utilizando un enfoque similar en su búsqueda para desarrollar una vacuna contra el VIH.
"Cryo-EM ayuda a descubrir rápidamente los detalles finos de las interacciones intermoleculares, brindándole así las herramientas para manipular esas interacciones para crear las mejores vacunas que activen el sistema inmunológico para que produzca anticuerpos protectores", dijo.
Pero descubrir estos finos detalles es más difícil de lo que parece y se hace aún más difícil por el personal y las restricciones de distanciamiento necesarias para mantener seguros a todos los involucrados. Por ejemplo, la cámara de muestras del Titan Krios consume continuamente nitrógeno líquido para mantener las muestras a temperaturas suficientemente bajas para funcionar, de ahí el término "crio". Y es una bestia hambrienta. La máquina pasa por un gran recipiente de nitrógeno líquido aproximadamente cada cinco días.
"Con el edificio cerrado y con un personal significativamente reducido, tenemos que coordinarnos estrechamente para asegurarnos de que las entregas lleguen cuando Holly o yo estemos aquí para permitir que el nitrógeno de Airgas ingrese al laboratorio", dijo Walters. "También tenemos que escalonar nuestros horarios y practicar el distanciamiento social mientras ayudamos a los investigadores".
Por ejemplo, solo se permiten dos personas en los controles Cryo-EM a la vez, y esas dos personas deben mantener al menos una distancia de seis pies entre sí. Esto significa que una persona manejará los controles mientras la otra estará a más de seis pies de distancia. También limpian los teclados y controles al menos a diario y usan guantes al tocarlos. Sin embargo, una vez que se cargan las muestras en la máquina y se realizan las alineaciones iniciales, casi todas las demás funciones se pueden controlar de forma remota.
"En un experimento típico que utiliza Cryo-EM, Holly carga las muestras y luego se aleja para que yo pueda entrar y ayudar a los investigadores con las alineaciones y la configuración del experimento", dijo Walters. "Luego, una vez configurado, nos vamos y los investigadores y yo podemos ejecutar y monitorear la recopilación de datos de forma remota".
A pesar de estos desafíos y complicaciones, todos están de acuerdo en que vale la pena mantener la máquina en funcionamiento. Esta operación es un gran ejemplo de cómo la Facultad de Medicina y la Facultad de Ingeniería Pratt (donde reside SMIF) se apoyan mutuamente y trabajan juntas en investigaciones críticas sobre COVID-19.
"A medida que avanzamos hacia el desarrollo de una vacuna segura y eficaz para la COVID-19, es absolutamente imperativo que comprendamos qué partes del virus necesitamos utilizar para la inmunización", afirmó Colin Duckett, vicedecano de ciencias básicas de la Facultad de Ciencias Medicamento. “Las partes correctas entrenarán al sistema inmunológico para matar células infectadas viralmente sin efectos secundarios dañinos, pero solo podemos resolverlo si conocemos la estructura activa de las proteínas clave, especialmente la proteína de pico. Ahí es donde entra en juego el grupo de la Dra. Acharya. El progreso que la Dra. Acharya y su equipo han logrado tan rápidamente es nada menos que notable”.