Коллаборация, возглавляемая учеными из Университета Висконсин-Милуоки, показала заражение здоровой живой клетки вирусом и все сопутствующие этому процессу обстоятельства.

В качестве главных героев в фильме участвовали бактериофаг PR772 и заражаемая им бактерия. Обычно ученые довольно отчетливо представляют, что было в начале процесса и что вышло в результате, но развитие событий в интервале между началом и концом представляется смутно, в самых общих чертах.

В нашем случае обработке подверглись несколько миллионов полученных ранее изображений вируса и его жертвы. Объединив методы дифференциальной геометрии, теории графов и дифракционной физики, исследователи создали алгоритм, способный восстанавливать последовательность изображений из отснятого массива. Надо заметить, что специфика использования рентгеновского лазера еще и в том, что для каждого кадра требуется новый состав актеров, прежние до новых съемок не доживают. Подготовка процедур, выстраивающих последовательность разных стадий, заняла пять лет.

Для репликации вирус проникает в заражаемую клетку, высвобождает свою ДНК и подчиняет механизмы клетки для изготовления собственных копий. Авторам исследования удалось показать, что для эффективного переноса ДНК в клетку вирус формирует специальную трубчатую структуру. Еще одним открытием стало то, что реорганизация генома вируса и образование трубчатой структуры являются не независимыми событиями, а частью согласованного и одновременного процесса.

Как итог, «армия клонов», изготовленная в клетке, рассылается на штурм соседей.

Для съемок был использован рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL) в Национальной лаборатории ускорителей SLAC в Калифорнии. Он освещает изучаемый объект очень короткими вспышками рентгеновского излучения с маленькой длиной волны. Напомним, что, по законам оптики, минимальный размер объекта, который можно различить в отраженном свете, сопоставим с длиной волны падающего излучения. Поэтому рентгеновские лучи для «большой» микроскопии подходят лучше, чем привычный нам видимый свет. Надо только получить их, направить и обработать полученные данные. Мы подробно описывали это в номере нашего журнала за июнь – июль текущего года.

Ну, а коллектив авторов поделился с нами подробностями проделанной работы на страницах журнала Nature.