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Tipo III sistemas de secreción (T3SS) son determinantes de virulencia esenciales para muchos patógenos Gram-negativas. El injectisome, también conocido como el complejo de la aguja, es la máquina T3SS centro requerida para la translocación directa de proteínas efectoras de la bacteria en las células huésped eucariotas 1, 2. El injectisome comprende una aguja extracelular, un cuerpo basal, y un complejo citoplásmico también conocida como el complejo de clasificación 3. Estudios previos han dilucidado estructuras 3-D de injectisomes purificados de Salmonella y Shigella, junto con las estructuras atómicas de las principales proteínas del cuerpo basal de 4, 5. Recientes en las estructuras in situ de injectisomes de Salmonella, Shigella y Yersinia fueron revelados por crio-ET 6 , 7. Sin embargo, el complejo citoplasmático, esencial para la selección efector y conjunto de la aguja, no se ha visualizado en esas estructuras.
Cryo-ET es los mesest técnica adecuada para obtener imágenes de la maquinaria molecular a una resolución de nanómetros dentro de su contexto celular nativo (in situ). Sin embargo, la resolución alcanzable por crio-ET está limitada por espesor de la probeta. Para superar el inconveniente, hemos fotografiado injectisomes intactas en una cepa de Shigella flexneri virulenta que fue modificada genéticamente para producir minicélulas lo suficientemente delgadas para crio-ET. Otra limitación de la crio-ET es la sensibilidad de la muestra a la radiación inducida por el haz de electrones, que destruye muy rápidamente la información de alta resolución en la muestra. Como resultado, las dosis extremadamente bajas se utilizan para Tilt-imágenes individuales de manera que una dosis adecuada puede ser distribuido entre la inclinación de la serie completa. Esto reduce en gran medida la relación señal-ruido (SNR) en la reconstrucción final, lo que hace difícil diferenciar las características estructurales de la materia a partir de la gran cantidad de ruido en la tomografía y limita la resolución que se puede lograr por crio ET. Conventional de procesamiento de imágenes tales como Fourier y los filtros del espacio real así como hacia abajo de muestreo se puede utilizar para aumentar el contraste, pero a expensas de filtrar gran parte de la información de alta resolución. Recientemente, sub-tomografía promedio ha permitido aumentar enormemente la SNR y, posteriormente, la resolución final en algunos casos a niveles sub-nanómetros 8, 9. Un análisis más detallado de los complejos es posible gracias computacionalmente extraer miles de sub-tomografías contienen las áreas de interés de las tomografías originales y luego alinear y promedio de las sub-tomografías para determinar en estructuras complejas situ con mayor SNR y mayor resolución. Estos métodos se pueden integrar con enfoques genéticos para ofrecer aún mayores conocimientos sobre las asambleas macromoleculares y sus conformaciones dinámicas en el contexto celular nativo.
En general, decenas o incluso cientos de miles de sub-tomografías deben ser promediados para determinar altaestructuras -Resolución in situ. La adquisición de un número suficiente de inclinación de la serie necesaria para producir este gran número de sub-tomografías rápidamente se convierte en un cuello de botella. La inclinación de la serie resultantes son a menudo afectada por el cambio inducido por haz de, etapa reacción, así como la ampliación, la rotación y defectos de inclinación, que debe resolverse para que la inclinación de la serie en alineación antes de la reconstrucción. La serie de inclinación está normalmente alineado por el seguimiento de marcadores de referencia de oro, que son seleccionados tradicionalmente manualmente a través de la inspección de la serie de inclinación, causando otro cuello de botella. Muchos paquetes de software se han desarrollado para la adquisición de la inclinación de la serie automatizada a través de microscopios electrónicos controlados por el ordenador 10, 11, 12, la alineación de inclinación de la serie y la reconstrucción de 13, 14 y sub-tomografía promedio de 15 a 18. Como estos paquetes manejan operaciones discretas en el flujo de trabajo de la crio-ET, se hace deseable construir un mayor nivel de abstracción en el proceso para systematicamente agilizar todo el esquema en una sola tubería. Por lo tanto, hemos desarrollado una biblioteca envoltorio software "tomoauto" diseñado para organizar una serie de estos paquetes en una sola unidad semi-automatizado, permitiendo una operación de usuario simple, mientras que el mantenimiento de la configuración completa de cada componente de forma centralizada. La biblioteca es de código abierto, bien documentado, desarrollado continuamente y libremente disponibles para su uso, desarrollo a medida o una mayor integración por medio de un código fuente remota repositorio en línea (http://github.com/DustinMorado/tomoauto).
Este crio-ET tubería de alto rendimiento se ha utilizado para visualizar injectisomes intactos en S. minicélulas flexneri. Un total de 1.917 tomografías fueron generados usando este método, revelando una alta resolución en la estructura in situ de la máquina intacta incluyendo la plataforma de clasificación citoplasmática determinado por sub-tomografía promediando 19. Junto con el modelado molecular de tipo salvaje y mmáquinas utant, nuestra línea de alto rendimiento proporciona una nueva vía para entender la estructura y la función del injectisome intacto en el contexto celular nativo.