Duke-tutkijat etsivät tehokkaalla mikroskoopilla akilleen kantapäätä koronaviruksesta
Julkaisupäivä:DURHAM – Vaikka useimmat Duken yliopiston tutkimuslaboratoriot ovat suljettuina COVID-19-koronaviruksen leviämisen estämiseksi tulevaisuudessa, yksi harvoista auki olevista on Jaettujen materiaalien instrumentointilaitos (SMIF), jossa on Duken jaettu puhdastila ja karakterisointitilat. Ja tyypillisistä yli 550 SMIF-käyttäjästä vain harvat saavat nyt työskennellä laitoksessa COVID-19-tutkimuksen parissa.
Yksi SMIF:n tärkeimmistä instrumenteista on monen miljoonan dollarin kryoelektronimikroskooppi (lyhyesti cryo-EM), Titan Krios, joka pystyy "näkemään" proteiineja atomitason yksityiskohtaisesti ottamalla satoja tuhansia molekyylikuvia. biologisen näytteen luokittelu ja keskiarvo tehokkaalla ohjelmistolla luodakseen 3D-kuvan ja lopulta mallin proteiinista.
Ja koneen pitäminen luomassa näitä atomitason kuvia ei ole helppoa. Koronaviruksen aikana monimutkaista konetta tukee täysin vain kaksi insinööriä – Mark Walters, SMIF:n johtaja, jossa Titan Krios asuu, ja Holly Leddy, SMIF-henkilökunnan kryo-EM-asiantuntija.
Koronaviruksen tapauksessa Duke School of Medicine -tutkija Priyamvada Acharya ja hänen tiiminsä käyttävät Kriosia määrittääkseen koronaviruksen piikkiproteiinin rakenteita – viruksen osan, joka tarttuu ulos, kiinnittyy isäntään ja auttaa virusta pääsemään ihmisen sisään. soluja.
"Käytämme tietoja oppiaksemme perustasolla yksityiskohtia piikkien toiminnasta ja kääntääksemme tämän tiedon rokotteen suunnitteluun", sanoi Acharya, PhD, lääketieteellisen korkeakoulun kirurgian apulaisprofessori ja osaston johtaja. rakennebiologian tutkija Duke Human Vaccine Institutessa.
Piikin rakenteen ja toiminnan parempi ymmärtäminen auttaa myös tiimiä kehittämään molekyylikoukkuja, jotka poistavat COVID-19-potilaiden verestä vasta-aineita, joita voitaisiin käyttää rokotteiden kehittämiseen.
Acharya on käyttänyt samanlaista lähestymistapaa pyrkiessään kehittämään HIV-rokotteen.
"Cryo-EM auttaa sinua selvittämään nopeasti molekyylien välisten vuorovaikutusten hienot yksityiskohdat, mikä antaa sinulle työkalut näiden vuorovaikutusten manipuloimiseen, jotta saadaan parhaat rokotteet, jotka laukaisevat immuunijärjestelmän tuottamaan suojaavia vasta-aineita", hän sanoi.
Mutta näiden hienojen yksityiskohtien selvittäminen on vaikeampaa kuin miltä se kuulostaa, ja sitä vaikeuttavat entisestään henkilöstö- ja etäisyysrajoitukset, jotka ovat välttämättömiä kaikkien asianosaisten turvaamiseksi. Esimerkiksi Titan Kriosin näytekammio kuluttaa jatkuvasti nestemäistä typpeä pitääkseen näytteet riittävän alhaisissa lämpötiloissa toimiakseen – tästä syystä termi "kryo". Ja se on nälkäinen peto. Kone käy läpi suuren nestetyppeä sisältävän kanisterin noin viiden päivän välein.
"Koska rakennus on lukittu ja henkilöstöä on huomattavasti vähentynyt, meidän on koordinoitava tiiviisti varmistaaksemme, että toimitukset saapuvat, kun Holly tai minä olemme täällä päästämässä Airgasin typen toimitukseen laboratorioon", sanoi Walters. "Meidän on myös porrastettava aikataulujamme ja harjoitettava sosiaalista etäisyyttä samalla kun autamme tutkijoita."
Esimerkiksi Cryo-EM-ohjaimiin saa olla vain kaksi henkilöä kerrallaan, ja näiden kahden ihmisen on säilytettävä vähintään kuuden jalan etäisyys toisistaan. Tämä tarkoittaa, että yksi henkilö käyttää ohjaimia, kun taas toinen seisoo taaksepäin yli kuusi jalkaa. He myös pyyhkivät näppäimistöt ja säätimet vähintään päivittäin ja käyttävät käsineitä koskettaessaan niitä. Kun näytteet on ladattu koneeseen ja alkuperäiset kohdistukset on suoritettu, lähes kaikkia muita toimintoja voidaan ohjata etänä.
"Yleisessä Cryo-EM-kokeessa Holly lataa näytteet ja astuu sitten pois, jotta voin tulla sisään auttamaan tutkijoita kohdistuksissa ja ajon valmistelussa", Walters sanoi. "Sitten kun se on perustettu, lähdemme ja tutkijat ja minä voimme ajaa ja seurata tiedonkeruuta etänä."
Näistä haasteista ja hankaluuksista huolimatta kaikki ovat yhtä mieltä siitä, että koneen käynnissä pitäminen on vaivan arvoista. Tämä operaatio on loistava esimerkki siitä, kuinka School of Medicine ja Pratt School of Engineering (jossa SMIF asuu) tukevat toisiaan ja tekevät yhteistyötä kriittisen COVID-19-tutkimuksen parissa.
"Kun etenemme kohti turvallisen ja tehokkaan rokotteen kehittämistä COVID-19:ää vastaan, on ehdottoman välttämätöntä, että ymmärrämme, mitä viruksen osia meidän on käytettävä immunisointiin", sanoi Colin Duckett, perustieteiden varadekaani. Lääke. ”Oikeat osat kouluttavat immuunijärjestelmää tappamaan virustartunnan saaneet solut ilman haitallisia sivuvaikutuksia, mutta voimme selvittää sen vain, jos tunnemme avainproteiinien, erityisesti piikkiproteiinin, aktiivisen rakenteen. Siellä tohtori Acharyan ryhmä astuu mukaan. Edistys, jonka tohtori Acharya ja hänen tiiminsä ovat saavuttaneet niin nopeasti, on aivan merkittävää."