Virusstop

Новый взгляд на формирование вирусов

Впервые исследователи запечатлели изображение формирования индивидуальных вирусов, предлагая взгляд в реальном времени на кинетику вирусообразования. Исследование предоставляет новые взгляды, как бороться с вирусами и создавать самосборные частицы.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. «Структурная биология смогла воссоздать структуру вирусов с потрясающим разрешением, вплоть до каждого атома в каждом протеине», — говорит Винотан Манохаран, профессор химической инженерии и физики из Гарварда. «Но мы по-прежнему не знаем, как эти структуры собираются. Наша техника бросает первый луч света на то, как вирусы формируются, и открывает кинетику и пути развития в численных деталях».

Манохаран и его команда фокусируются на одноцепочных РНК вирусах, наиболее распространенном типе вируса на планете. В человеческих организмах РНК вирусы ответственны, в том числе за лихорадку Западного Нила, гастроэнтерит, болезнь руки, ноги и рта, полиомиелит и простуду.

Эти вирусы имеют тенденцию быть очень простыми. Вирус, который изучали Манохаран и его команда, инфицирующий бактерию E. coli, около 30 нанометров в диаметре и имеет один отрезок РНК с около 3600 нуклеотидами и 180 идентичными протеинами. Протеины выстраиваются в шестиугольники и пятиугольники, формируя подобную футбольному мячу структуру вокруг РНК, которая называется капсид.

Как протеины образуют структуру?

Это центральный вопрос в формировании вирусов. До этого времени, никто не смог наблюдать формирование вирусов в реальном времени, поскольку вирусы и их компоненты очень малы, и их взаимодействие очень слабое.

Чтобы наблюдать за вирусами, исследователи использовали оптическую технику, известную как интерферометрический рассеивающий микроскоп, в котором свет, рассеивающийся от объекта, создает темное пятно в большем поле света. Эта техника не раскрывает структуру вируса, но она раскрывает его размер и как этот размер изменяется с течением времени.

Исследователи присоединили образцы РНК вирусов к субстрату, подобно стеблю растения, и распределили протеины по поверхности. Далее, используя интерферометрический микроскоп, они наблюдали, как темные пятна появлялись и становились более темными, пока они не достигали размеров полностью выросшего вируса. Путем записи плотности этих растущих пятен, исследователи смогли на самом деле определить, сколько протеинов присоединялись к каждому образцу РНК на протяжении определенного времени.

«То, что мы заметили сразу же, это то, что интенсивность всех пятен начиналась с низкой, и потом быстро достигала интенсивности полноценного вируса» — сказал Манохаран. – «Это возрастание происходило на различных промежутках времени. Некоторые капсиды формировались меньше, чем за минуту, у некоторых это заняло две или три минуты, а у некоторых – больше пяти. Но после того как они начинали формироваться, они не откатывались назад. Они росли и росли, пока не формировались полностью».

Вирусы бывают разные

Исследователи сравнили эти наблюдения с предыдущими результатами из симуляций, которые предсказали два типа формирования. В одном типе, протеины вначале присоединяются к РНК случайным образом, и впоследствии перестраиваются в капсид. Во втором, критическая масса протеинов, называемая ядром, должна сформироваться до того, как начнет расти капсид.

Результаты эксперимента совпали со вторым типом формирования, и вычеркнули первый. Ядро формируется в течение различного времени для различных вирусов, но после того, как формирование начинается, вирус растет быстро и не останавливается до тех пор, пока не достигнет полного размера.

Исследователи также заметили, что вирусы имели тенденцию формироваться неправильно более часто, когда на поверхности субстрата находится больше протеинов.

«Вирусам, которые формируются, таким образом, приходится балансировать формацию ядер при росте капсидов. Если ядра формируются слишком быстро, полные капсиды не могут расти. Это наблюдение может дать нам некоторое представление о том, как избежать формирования патогенных вирусов», — сказал Манохаран.

Вопрос о том, как индивидуальные протеины собираются вместе для образования ядер, по-прежнему остается открытым, но теперь, когда экспериментаторы обнаружили пути формирования, исследователи могут развить новые модели, которые изучают формирование по этому пути. Эти модели могут также быть полезными для разработки самосборных наноматериалов.

 «Это хороший пример численной биологии, в котором у нас есть экспериментальные результаты, которые можно описать математической моделью», — сказал Манохаран.

Исследование было проведено совместно с Ризом Ф. Гарманом и Аароном М. Голдфейном. Оно было поддержано участием Национального фонда науки, Национального института охраны здоровья, и Фондом Симонса. Читайте больше на https://virus-stop.com.ua

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *