Nowy wirus zabijanie superrobaków zostało odkryte przez naukowców z Rutgers przy użyciu mikroskopii krioelektronowej, co dało wgląd w identyfikację patogenów i potencjalne zarządzanie epidemią.
Naukowcy z Rutgers University w Nowym Brunszwiku odkryli wirusa, który spowodował ogólnokrajowe wymieranie superrobaków, które stanowią podstawę diety wielu zwierząt domowych i coraz częściej wykorzystywane są jako alternatywne źródło białka dla ludzi. O tym odkryciu poinformowano w niedawnym wydaniu Komórka artykule opracowali metodę wyszukiwania i identyfikacji pojawiających się wirusów i patogenów u roślin, zwierząt i ludzi.
Innowacyjne techniki badawcze w wirusologii
Wykorzystując posiekane zwłoki chrząszczy tworzące zawiesinę i mikroskop elektronowy chłodzony ciekłym azotem, naukowcy odkryli, co nazwali wirusem czarnej wyniszczającej choroby Zophobas morio. Nazwa wywodzi się od śmiercionośnego działania wirusa na gatunek ciemnego chrząszcza, Zofoba Morio, Pochodzi z obszarów podzwrotnikowych, szczególnie w niedojrzałej fazie larwalnej owada, kiedy wyłania się z jaj w postaci dużych, brązowych superrobaków. Gatunek ten został nazwany „superrobakiem”, ponieważ jego larwy są większe (około 2 cali długości) niż jakiekolwiek inne robaki hodowane na paszę.
Odkrywanie tajemnicy Superworma
Jason Kaelber, autor badania i profesor nadzwyczajny w Instytucie Biomedycyny Ilościowej (IQB) w Rutgers-New Brunswick, współpracował z Judit Penzes, pierwszą autorką badania i stażystą podoktorskim w IQB.
„Judit chciała ustalić powód, dla którego hodowcy chrząszczy tracą wszystkie kolonie superrobaków z powodu śmiertelnej choroby, a ja chciałem opracować sposoby odkrywania nowych wirusów, które nie są zależne od DNA Lub RNA sekwencjonowania” – powiedział Kaelber. „W końcu odkryliśmy wirusa, który krąży po kraju i zabija superrobaki”.
Dochodzenie naukowe rozpoczęło się ponad rok temu, kiedy z Penzesem, wirusologiem molekularnym, skontaktowali się właściciele farm chrząszczy, których superrobaki w tajemniczy sposób wymierały w zastraszającym tempie. Penzes była już dobrze znana w branży dzięki wcześniejszej pracy, podczas której wyizolowała wirusa zabijającego świerszcze, kolejną popularną karmę dla zwierząt domowych.
Techniki dochodzeniowe w laboratorium
Zaczęła od kolekcjonowania superrobaków w sklepach zoologicznych w New Jersey. „Za każdym razem, gdy wchodziłam do sklepu zoologicznego, natychmiast udawałam się do działu z owadami karmowymi, otwierałam pojemniki i oglądałam robaki” – powiedziała. „Wszyscy byli zarażeni. Powiedziałem właścicielom sklepów, co widzę, że badam tego wirusa, i zapytałem, czy mogę dostać pojemnik. Natychmiast znaleźli się na pokładzie. Kazali mi wziąć tyle, ile potrzebuję”.
Wróciła do swojego laboratorium, wzięła blender Magic Bullet, wrzuciła do niego zwłoki robaków i zmiksowała je z dużą prędkością. W wyniku tego procesu powstała zawiesina soku z chrząszczy, którą pobrała i przetworzyła przy użyciu metody oczyszczania wirusa, która oddziela wirusa ze względu na jego gęstość. Na ostatnim etapie oświetliła probówkę wirówki światłem fluorescencyjnym i wirus zaświecił na niebiesko.
„Kiedy to zobaczyłem, powiedziałem: «Mam cię»” – powiedział Penzes. „Wtedy już wiedziałem, że to rzeczywiście wirus”.
Mikroskopia krioelektronowa i identyfikacja patogenów
Następnie Penzes współpracował z Kaelberem, innym mikroskopem elektronowym, aby zbadać wirusa za pomocą mikroskopu krioelektronowego, który umożliwia trójwymiarowy widok wirusa, w tym jego wnętrza.
„Bierzesz wirusa, białko, komórkę itp. i zamrażasz je tak szybko, że woda krzepnie, nie zamieniając się w kryształki lodu” – powiedział Kaelber. „Właściwie możemy dowiedzieć się, co to za amino kwas sekwencję białka bez analizy DNA i po prostu patrząc na tę strukturę 3D, ponieważ mamy tak ostrą rozdzielczość”.
Porównali strukturę białka ze wszystkimi znanymi białkami, korzystając z bazy danych Protein Data Bank znajdującej się w Rutgers i odkryli, że jest ono podobne do wirusa atakującego karaluchy, ale nie identyczne, i należy do rodziny wirusów zwierzęcych znanych jako parwowirusy.
„To coś nowego, innego niż wszystko, co wcześniej sekwencjonowano lub sfotografowano” – powiedział Penzes.
Przyszłe zastosowania i implikacje
Naukowcy są także wdzięczni hodowcom superrobaków w całym kraju, którzy dobrowolnie przesłali próbki, gdy tylko wiadomość o badaniu rozeszła się. „Zapał rolników do pomocy nam w badaniach nad wirusem odegrał ogromną rolę w urzeczywistnieniu tego opublikowanego badania” – powiedział Penzes.
Wysiłki te, stwierdził Kaelber, dostarczyły „dowodu słuszności koncepcji”, że mikroskopię krioelektronową można zastosować do bezpośredniego odkrywania i charakteryzowania nowych patogenów.
„W przyszłości, jeśli kiedykolwiek wybuchnie naprawdę poważna epidemia, będziemy chcieli rzucić w jej stronę wszelkie możliwe narzędzia, aby zobaczyć, co uda nam się znaleźć” – powiedział Kaelber. „Chcielibyśmy zrutynizować diagnostyczną mikroskopię krioelektronową, tak aby w przypadku nieznanej choroby zakaźnej mieć wiele możliwości identyfikacji czynnika sprawczego tego samego dnia”.
Postęp w technikach diagnostycznych
Mikroskopia krioelektronowa zyskała popularność w ostatnich latach, stając się coraz bardziej rozpowszechnioną metodą analizy 3D znanych próbek. Jednak praca Rutgersa jest pierwszym przypadkiem zastosowania tej metody na nieznanym patogenie.
Uwagi końcowe na temat wpływu badań nad wirusami
Po odkryciu wirusa naukowcy przetestowali sposób ochrony Z. morio chrząszcze przed chorobą poprzez wstrzyknięcie blisko spokrewnionego wirusa innego gatunku, który nie powoduje objawów. Na podstawie tej pracy opracowują szczepionkę.
„Odkrycie jest ważne z dwóch powodów” – powiedział Kaelber. „Po pierwsze, hodowcy chrząszczy mogą wykorzystać te informacje, aby chronić swoje kolonie i dowiedzieć się, które działania będą skuteczne, a które nieskuteczne w zarządzaniu epidemią. Po drugie, epidemia chrząszczy była w świecie rzeczywistym testem technologii, która, mamy nadzieję, może być przydatna do szybkiego badania przyszłych epidemii u ludzi, roślin i zwierząt”.
Autorami badania są także naukowcy Martin Holm z Rutgers Institute for Quantitative Biomedicine i Samantha Yost z REGENXBIO Inc. w Rockville w stanie Maryland.
Odniesienie: „Odkrycie patogennego parwowirusa powodującego śmiertelność epidemiologiczną przez chorobę wyniszczającą u chrząszczy hodowlanych na podstawie Cryo-EM” autorstwa Judit J. Penzes, Martina Holma, Samanthy A. Yost i Jasona T. Kaelbera, 28 sierpnia 2024 r., Komórka.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.07.053
