Картирование ДНК в капсиде гигантского бактериофага phiEL (Caudovirales: Myoviridae: Elvirus) с помощью аналитической электронной микроскопии

Введение. Гигантские phiKZ-подобные бактериофаги имеют внутри капсида уникальное белковое образование - внутреннее тело (ВТ), на которое навита суперскрученная ДНК. Стандартные подходы, используемые в криоэлектронной микроскопии (криоЭМ), не позволяют отличить эту структуру от окружающей её молекулы нуклеиновой кислоты фага. Ранее нами разработан аналитический подход для визуализации комплексов ДНК с белком на срезах бактериальных клеток Escherichia coli с использованием в качестве маркёра химического элемента фосфора. В настоящем исследовании мы адаптировали данную методику к значительно более мелким объектам - капсидам phiKZ-подобных бактериофагов.Материал и методы. В исследовании применялись методы электронной микроскопии: аналитическая (АЭМ) (спектроскопия характеристических потерь энергии электронами, СХПЭЭ) и криоЭМ (сравнение изображений образцов с низкой и высокой дозой электронного облучения). Результаты. Мы изучили упаковку молекулы ДНК внутри капсидов гигантских бактериофагов phiEL из семейства Myoviridae, инфицирующих Pseudomonas aeruginosa. Построены карты распределения фосфора, показавшие несимметричное расположение ДНК внутри капсида.Обсуждение. Мы разработали и применили методику визуализации ВТ с использованием высокоуглового темнопольного детектора (HAADF) и аналитического подхода СПЭМ-СХПЭЭ. Картирование распределения фосфора посредством СХПЭЭ и результаты криоЭМ выявили белковую структуру внутри капсида фагов phiEL в виде ВТ, размер которого был оценён с помощью теоретических расчётов.Заключение. Разработанная методика может применяться для исследования распределения фосфора в других ДНК- или РНК-содержащих вирусах при сравнительно низких содержаниях искомого элемента.

Introduction. Giant phiKZ-like bacteriophages have a unique protein formation inside the capsid, an inner body (IB) with supercoiled DNA molecule wrapped around it. Standard cryo-electron microscopy (cryo-EM) approaches do not allow to distinguish this structure from the surrounding nucleic acid of the phage. We previously developed an analytical approach to visualize protein-DNA complexes on Escherichia coli bacterial cell slices using the chemical element phosphorus as a marker. In the study presented, we adapted this technique for much smaller objects, namely the capsids of phiKZ-like bacteriophages.Material and methods. Following electron microscopy techniques were used in the study: analytical (AEM) (electron energy loss spectroscopy, EELS), and cryo-EM (images of samples subjected to low and high dose of electron irradiation were compared).Results. We studied DNA packaging inside the capsids of giant bacteriophages phiEL from the Myoviridae family that infect Pseudomonas aeruginosa. Phosphorus distribution maps were obtained, showing an asymmetrical arrangement of DNA inside the capsid.Discussion. We developed and applied an IB imaging technique using a high angle dark-field detector (HAADF) and the STEM-EELS analytical approach. Phosphorus mapping by EELS and cryo-electron microscopy revealed a protein formation as IB within the phage phiEL capsid. The size of IB was estimated using theoretical calculations.Conclusion. The developed technique can be applied to study the distribution of phosphorus in other DNA- or RNA-containing viruses at relatively low concentrations of the element sought.