Abstract
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. 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). 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. 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. 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.
Highlights
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 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
Summary
Картирование ДНК в капсиде гигантского бактериофага phiEL (Caudovirales: Myoviridae: Elvirus) с помощью аналитической электронной микроскопии. Трифонова Т.С.1,2*, Моисеенко А.В.2,3*, Буркальцева М.В.4, Шабурова О.В.4, Шайтан А.К.2, Крылов В.Н.4, Соколова О.С.2. 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). 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. Ключевые слова: гигантский бактериофаг; phiEL; Pseudomonas aeruginosa; внутреннее тело (ВТ); аналитическая электронная микроскопия (АЭМ); спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ); криоэлектронная микроскопия (криоЭМ); «пузырьковая диаграмма». Для цитирования: Трифонова Т.С., Моисеенко А.В., Буркальцева М.В., Шабурова О.В., Шайтан А.К., Крылов В.Н., Соколова О.С. – проведение экспериментов по аналитической микроскопии, редактирование текста; Буркальцева М.В.
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have