Des chercheurs de Duke utilisent un microscope puissant pour rechercher le talon d'Achille dans le coronavirus
Date publiée:DURHAM– Bien que la plupart des laboratoires de recherche de l'Université Duke soient fermés pour empêcher la transmission future du coronavirus COVID-19, l'un des rares à rester ouvert est le Installation partagée d’instrumentation des matériaux (SMIF), qui abrite une salle blanche partagée et des installations de caractérisation Duke. Et parmi les plus de 550 utilisateurs typiques du SMIF, seuls quelques-uns sont désormais autorisés à travailler dans l’établissement sur la recherche sur le COVID-19.
L'un des instruments clés du SMIF est un microscope cryoélectronique (cryo-EM en abrégé) de plusieurs millions de dollars, le Titan Krios, capable de « voir » les protéines avec des détails au niveau atomique en prenant des centaines de milliers d'images moléculaires. d'un spécimen biologique, puis en les classant et en faisant la moyenne avec un logiciel puissant pour créer une image 3D et, finalement, un modèle de la protéine.
Et maintenir la machine à créer ces images au niveau atomique n’est pas une tâche facile. À l’heure du coronavirus, la machine complexe est entièrement prise en charge par seulement deux ingénieurs : Mark Walters, directeur du SMIF, dans lequel réside le Titan Krios, et Holly Leddy, spécialiste de la cryo-EM au sein de l’équipe du SMIF.
Dans le cas du coronavirus, Priyamvada Acharya, scientifique à la Duke School of Medicine, et son équipe utilisent les Krios pour déterminer les structures de la protéine de pointe du coronavirus, la partie du virus qui dépasse, s'attache à l'hôte et aide le virus à pénétrer dans l'organisme humain. cellules.
"Nous utilisons ces informations pour apprendre, à un niveau de base, des détails sur le fonctionnement du pic et traduire ces connaissances pour la conception de vaccins", a déclaré Acharya, PhD, professeur agrégé de chirurgie à l'École de médecine et directeur de la division. de biologie structurale au Duke Human Vaccine Institute.
Une meilleure compréhension de la structure et de la fonction de la pointe aidera également l’équipe à développer des crochets moléculaires pour extraire les anticorps du sang des patients atteints de COVID-19, qui pourraient être utilisés pour le développement d’un vaccin.
Acharya a utilisé une approche similaire dans sa quête pour développer un vaccin contre le VIH.
"Cryo-EM vous aide à comprendre rapidement les moindres détails des interactions intermoléculaires, vous donnant ainsi les outils nécessaires pour manipuler ces interactions afin de fabriquer les meilleurs vaccins pour inciter le système immunitaire à produire des anticorps protecteurs", a-t-elle déclaré.
Mais comprendre ces petits détails est plus difficile qu’il n’y paraît et est rendu encore plus difficile par le personnel et les restrictions de distance rendues nécessaires pour assurer la sécurité de toutes les personnes impliquées. Par exemple, la chambre d'échantillonnage du Titan Krios consomme en permanence de l'azote liquide pour maintenir les échantillons à des températures suffisamment basses pour fonctionner, d'où le terme « cryo ». Et c'est une bête affamée. La machine passe par une grande cartouche d’azote liquide environ tous les cinq jours.
"Le bâtiment étant verrouillé et avec un personnel considérablement réduit, nous devons nous coordonner étroitement pour nous assurer que les livraisons arrivent lorsque Holly ou moi sommes ici pour laisser l'azote d'Airgas entrer dans le laboratoire", a déclaré Walters. « Nous devons également décaler nos horaires et pratiquer la distanciation sociale pendant que nous aidons les chercheurs. »
Par exemple, seules deux personnes sont autorisées à la fois aux commandes du Cryo-EM, et ces deux personnes doivent maintenir une distance d'au moins six pieds l'une de l'autre. Cela signifie qu’une personne travaillera sur les commandes tandis que l’autre se tiendra en retrait de plus de six pieds. Ils essuient également les claviers et les commandes au moins quotidiennement et portent des gants lorsqu'ils les touchent. Une fois les échantillons chargés dans la machine et les alignements initiaux effectués, presque toutes les autres fonctions peuvent être contrôlées à distance.
"Dans une expérience typique utilisant le Cryo-EM, Holly charge les échantillons puis s'éloigne pour que je puisse entrer et aider les chercheurs avec les alignements et la configuration de l'analyse", a déclaré Walters. « Ensuite, une fois l'installation configurée, nous partons et les chercheurs et moi pouvons exécuter et surveiller la collecte de données à distance. »
Malgré ces défis et complications, tout le monde s’accorde à dire que faire fonctionner la machine en vaut la peine. Cette opération est un excellent exemple de la façon dont l’École de médecine et la Pratt School of Engineering (où réside le SMIF) se soutiennent mutuellement et travaillent ensemble sur des recherches critiques sur le COVID-19.
"Alors que nous nous dirigeons vers le développement d'un vaccin sûr et efficace contre le COVID-19, il est absolument impératif que nous comprenions quelles parties du virus nous devons utiliser pour la vaccination", a déclaré Colin Duckett, vice-doyen des sciences fondamentales à l'École de Médecine. « Les bonnes parties entraîneront le système immunitaire à tuer les cellules infectées par un virus sans effets secondaires nocifs, mais nous ne pourrons le comprendre que si nous connaissons la structure active des protéines clés, en particulier la protéine Spike. C'est là qu'intervient le groupe du Dr Acharya. Les progrès que le Dr Acharya et son équipe ont réalisés si rapidement sont tout simplement remarquables.