Microscopia crioeletrônica (crio-EM) - que permite a visualização de vírus, proteínas, e outras estruturas biológicas no nível molecular - é uma ferramenta crítica usada para o avanço do conhecimento bioquímico. Agora, os pesquisadores do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ampliaram o impacto do cryo-EM, desenvolvendo um novo algoritmo computacional que foi fundamental na construção de um modelo em escala atômica 3-D do bacteriófago P22 pela primeira vez.

Mais de 20, 000 imagens crio-EM bidimensionais do bacteriófago P22 (também conhecido como o vírus P22 que infecta a bactéria comum Salmonella) do Baylor College of Medicine foram usadas para fazer o modelo. Os resultados foram publicados por pesquisadores do Baylor College of Medicine, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Purdue University e Berkeley Lab no Proceedings of the National Academies of Sciences no início de março.

"Este é um ótimo exemplo de como explorar a tecnologia de microscopia eletrônica e combiná-la com novos métodos computacionais para determinar a estrutura de um bacteriófago, "disse Paul Adams, Diretor da divisão de Biofísica Molecular e Bioimagem Integrada do Berkeley Lab e co-autor do artigo. "Desenvolvemos os algoritmos - o código computacional - para otimizar o modelo atômico para que se ajuste melhor aos dados experimentais."

Pavel Afonine, um cientista de pesquisa computacional do Berkeley Lab e co-autor do artigo, assumiu a liderança no desenvolvimento do algoritmo usando Phenix, um pacote de software usado tradicionalmente em cristalografia de raios-X para determinar estruturas macromoleculares.

A renderização bem-sucedida do modelo em escala atômica 3-D do bacteriófago P22 permite aos pesquisadores espiar dentro dos revestimentos de proteína do vírus na resolução. É o culminar de vários anos de trabalho que anteriormente permitiu aos pesquisadores do Baylor College traçar a maior parte da estrutura da proteína, mas não os detalhes finos, de acordo com Corey Hryc, co-primeiro autor e aluno de graduação do professor de bioquímica de Baylor Wah Chiu.

"Graças a este detalhe estrutural requintado, determinamos a química das proteínas do vírus P22, "Disse Chiu." Acho que é importante fornecermos anotações detalhadas com a estrutura para que outros pesquisadores possam usá-la em seus experimentos futuros, "Ele acrescentou. O laboratório de Chiu tem usado crio-EM e técnicas de reconstrução de computador para construir estruturas moleculares 3-D por quase 30 anos.

E as descobertas também podem ter implicações biológicas valiosas.

Graças ao modelo 3-D em escala atômica, agora é "possível ver as interações entre as peças que compõem o vírus P22, que são essenciais para torná-lo estável, "Disse Adams. Isso ajuda os pesquisadores a descobrir como fazer produtos químicos que podem se ligar a certas proteínas. Adams ressalta que a capacidade de entender a configuração dos átomos no espaço molecular pode ser usada para gerar novos insights sobre design e desenvolvimento de drogas.