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III sistemi di secrezione di tipo (T3SS) sono fattori di virulenza essenziali per molti patogeni Gram-negativi. Il injectisome, noto anche come il complesso dell'ago, è la macchina centrale T3SS richiesto per traslocazione diretta di proteine effettrici del batterio in cellule ospiti eucariotiche 1, 2. Il injectisome comprende un ago extracellulare, un corpo basale, e un complesso citoplasmatico anche noto come il complesso di smistamento 3. Precedenti studi hanno chiarito le strutture 3-D di injectisomes purificati da Salmonella e Shigella, insieme con le strutture atomiche delle principali proteine del corpo basale 4, 5. Recente in strutture in situ di injectisomes da Salmonella, Shigella, e Yersinia sono stati rivelati da crio-ET 6 , 7. Tuttavia, il complesso citoplasmatico, essenziale per la selezione effettrici e gruppo aghi, non è stata visualizzata in quelle strutture.
Cryo-ET è il MOSt tecnica adatta per l'imaging macchinario molecolare presso risoluzione nanometrica all'interno del suo contesto cellulare nativo (in situ). Tuttavia, la risoluzione ottenibile da crio-ET è limitata dalla spessore del provino. Per superare l'inconveniente, abbiamo ripreso injectisomes intatti in una virulenta Shigella flexneri ceppo che è stato geneticamente modificato per produrre minicells abbastanza sottili per crio-ET. Un altro limite di crio-ET è la sensibilità del campione alla radiazione indotta dal fascio di elettroni, che distrugge rapidamente le informazioni ad alta risoluzione nel campione. Come risultato, estremamente basse dosi sono utilizzati per le singole tilt-immagini in modo che una dose adatta può essere distribuito tra l'inclinazione completa serie. Questo riduce notevolmente il rapporto segnale-rumore (SNR) nella ricostruzione finale, il che rende difficile distinguere le caratteristiche strutturali del soggetto dalla grande quantità di rumore nel tomogramma e limita la risoluzione che può essere ottenuta da cryo- ET. Conventielaborazione delle immagini onal quali Fourier e filtri dello spazio reale e giù campionamento può essere utilizzato per aumentare il contrasto, ma a scapito di filtrare gran parte delle informazioni ad alta risoluzione. Recentemente, sub-tomogram media ha consentito di aumentare notevolmente il SNR e successivamente la risoluzione finale in alcuni casi a livelli sub-nanometri 8, 9. Un'analisi più dettagliata dei complessi è reso possibile da computazionalmente estraendo migliaia di sub-tomogrammi contenenti le aree di interesse dalle tomografie originale e quindi allineando e media i sub-tomografie per determinare in strutture complesse in situ con maggiore SNR e una risoluzione più alta. Questi metodi possono essere integrati con approcci genetici per fornire ancora maggiori intuizioni in assemblee macromolecolari e le loro conformazioni dinamici nel contesto cellulare nativo.
In generale, decine o centinaia di migliaia di sub-tomogrammi devono essere mediati per determinare altostrutture -Risoluzione in situ. L'acquisizione di un numero sufficiente di tilt serie necessaria per produrre questo grande numero di sotto-tomografie diventa rapidamente un collo di bottiglia. Il conseguente inclinazione della serie sono spesso risente spostamento fascio indotta, fase contraccolpo, e ingrandimento, rotazione e inclinazione difetti, che deve essere risolto per portare l'inclinazione serie in allineamento prima ricostruzione. La serie inclinazione è tipicamente allineato tracciando marker fiduciali oro, che sono tradizionalmente selezionabili manualmente attraverso l'ispezione del tilt-serie, causando ancora un altro collo di bottiglia. Molti pacchetti software sono stati sviluppati per automatiche di acquisizione tilt-serie attraverso microscopi elettronici controllati da computer 10, 11, 12, allineamento tilt-serie e la ricostruzione 13, 14 e sub-tomogramma media 15-18. Poiché questi pacchetti gestiscono operazioni discreti nel flusso di crio-ET, diventa desiderabile costruire un livello più elevato di astrazione nel processo per systemacamente snellire l'intero schema in una singola pipeline. Pertanto, abbiamo sviluppato una libreria wrapper software "tomoauto" progettato per organizzare una serie di questi pacchetti in una singola unità semi-automatico, consentendo funzionamento semplice utente, pur mantenendo la configurazione completa di ciascun componente in modo centralizzato. La biblioteca è open-source, ben documentato, continuamente sviluppato e liberamente disponibili per l'uso, lo sviluppo su misura o una maggiore integrazione per mezzo di un codice sorgente remota repository online (http://github.com/DustinMorado/tomoauto).
Questo high-throughput crio-ET gasdotto è stato utilizzato per visualizzare injectisomes intatti a S. minicells flexneri. Un totale di 1.917 tomografie sono stati generati utilizzando questo metodo, rivelando una ad alta risoluzione nella struttura situ della macchina intatta tra cui la piattaforma di smistamento citoplasmatica determinato dal sub-tomogramma media 19. Insieme alla modellistica molecolare di wild-type e mmacchine utant, la nostra pipeline high-throughput fornisce una nuova strada per comprendere la struttura e la funzione del injectisome intatto nel contesto cellulare nativo.