El microscopio que vino del frío

Imagen utilizada en la portada de la revista Cell en la que puede verse la estructura tridimensional del aquaerovirus en estado durmiente (arriba a la izquierda). Al perder las proteínas de protección (en azul) el virión pasa al estado "cebado" (abajo a la derecha) en el que es capaz de penetrar la membrana de su célula objetivo gracias a la proteína VP5 (abajo a la izquierda). Fuente de la imagen: Zhang et al. 2010.

El pasado abril la revista Cell publicó una portada en la que se representaba la reconstrucción en 3D de un aquaerovirus. No es la primera vez que una imagen de ese tipo aparecía en dicha revista. La novedad era la resolución alcanzada gracias a la técnica utilizada para realizarla. Se había utilizado la crio-microscopía electrónica o Cryo-EM.

Esta nueva técnica permite observar especímenes biológicos a resoluciones de 3'3 Angstroms (3'3 x 10^-10 m). Para hacernos una idea, el diámetro de un átomo de hidrógeno es de 2 Angstroms. Es decir, con esta técnica podemos ver los átomos que componen las macromoléculas. Y en el caso que nos ocupa, es la primera vez que se ha podido reconstruir la estructura de un virus completo a escala atómica.

La puesta a punto de dicha técnica se debe al grupo del profesor de microbiología Hong Zhou de la Universidad de California Los Angeles. Con ella pretenden realizar reconstrucciones tridimensionales de nano-máquinas y otras nano-estructuras como los virus. La reconstrucción 3-D de los complejos biológicos es posible gracias a que las muestras son congeladas muy rápidamente (congelación flash) utilizando etano o nitrógeno líquido. Cuando esto sucede, el agua no forma cristales de hielo, sino que se congela formando hielo vítreo. Y una característica peculiar del hielo vítreo es que no aumenta de volumen, lo que permite por un lado que las muestras biológicas no se vean alteradas y por otro que puedan ser observadas en condiciones de vacío. Es decir, con esta técnica podemos ver especímenes biológicos al microscopio electrónico en su estado más nativo posible.

Arriba a la derecha se ve una fotomicrografía de los viriones embebidos en hielo vítreo. Analizando 20.000 imágenes como esa puede reconstruirse la estructura tridimensional del virus que se muestra debajo. A la derecha puede verse una zona ampliada del virión. Hay cuatro trímeros VP5 marcados (Q, R, S, y T), and positions of 2- (ellipse), 3- (triangle) and 5-fold (pentagon) axes are indicated Fuente de la imagen: Zhang et al. 2010.

El grupo de Zhou ha utilizado la Cryo-EM para estudiar a los aquaerovirus, unos virus sin envoltura que infectan a peces y a moluscos. Su interés radica en que son un problema para las piscifactorías o para los criadores de mejillones. La cuestión era entender como conseguían entrar estos virus en las células que parasitan. Los virus que presentan envolturas membranosas, como son el virus de la gripe o el virus del SIDA, lo hacen fusionando su membrana con la de la célula a la que van a parasitar. Los virus sin esas envolturas lo hacen de otra forma, aún no muy bien comprendida.

En el caso de los aquaerovirus, gracias a Cryo-EM se ha podido determinar que el virus se encuentra en un estado "durmiente" rodeado de una capa protectora proteica. Para infectar a sus células objetivo, el virus debe de perder dicha capa protectora y entonces se habla de que se encuentra en un estado "cebado". Al perderse la capa protectora, una proteína denominada VP5 sufre un proceso de autoescisión, lo que causa un cambio de conformación que le permitirá penetrar la membrana al virión e infectar la célula.

Esta entrada participa en el IX carnaval de la Física que puede verse en el blog Experientia Docet

Zhang X, Jin L, Fang Q, Hui WH, & Zhou ZH (2010). 3.3 A cryo-EM structure of a nonenveloped virus reveals a priming mechanism for cell entry. Cell, 141 (3), 472-82 PMID: 20398923

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