A videók valós idejű betekintést nyújtanak a vírusos összeállítás kinetikájába

A szerkezetbiológia elképesztő felbontással képes feloldani a vírusok szerkezetét, minden fehérje minden atomjáig. De még mindig nem tudtuk, hogyan épül fel ez a szerkezet. Technikánk adja az első ablakot a vírusok összeszerelésének módjához, és mennyiségi részletekben feltárja a kinetikát és útvonalakat. "

Vinothan Manoharan, a Wagner család vegyészmérnöki professzora és a Harvard John A. Paulson Műszaki és Alkalmazott Tudományok Egyetem fizika professzora

Manoharan a kvantitatív biológiai kezdeményezés társigazgatója, Harvardon keresztüli erőfeszítés, amely összehozza a biológiát, új mérési technikák, statisztika és matematika az ok -okozati összefüggések kifejlesztésére, biológiai rendszerek prediktív matematikai modelljei.

Manoharan és csapata az egyszálú RNS vírusokra összpontosított, a bolygó leggyakoribb vírusfajtája. Emberben, Az RNS vírusok felelősek, többek között, Nyugat -nílusi láz, gasztroenteritis, kéz, láb, és szájbetegség, gyermekbénulás, és a közönséges hideg.

Ezek a vírusok általában nagyon egyszerűek. A Manoharan vírus és csapata tanulmányozta, amely megfertőzi az E. coli baktériumokat, körülbelül 30 nanométer átmérőjű és egy darab RNS -t tartalmaz, körülbelül 3600 nukleotiddal, és 180 azonos fehérje. A fehérjék hatszögekbe és ötszögletűekké rendeződnek, hogy futball-labdaszerű szerkezetet alkossanak az RNS körül, kapszidnak nevezik.

A vírusok összeszerelésének központi kérdése, hogy ezeknek a fehérjéknek hogyan sikerül kialakítaniuk ezt a szerkezetet. Mostanáig, Senki sem tudta valós időben megfigyelni a vírusok összeszerelését, mivel a vírusok és összetevőik nagyon kicsik, és kölcsönhatásaik nagyon gyengék.

A vírusok megfigyelésére, a kutatók interferometrikus szórási mikroszkópiának nevezett optikai technikát alkalmaztak, amelyben a tárgyról szétszórt fény sötét foltot hoz létre egy nagyobb fénytérben. A technika nem tárja fel a vírus szerkezetét, de feltárja annak méretét és azt, hogy ez a méret hogyan változik az idő múlásával.

A kutatók vírusos RNS -szálakat erősítettek egy szubsztráthoz, mint a virág szára, és fehérjék folytak a felszínen. Azután, interferometrikus mikroszkóp segítségével, figyelték a sötét foltok megjelenését, és folyamatosan sötétebbek lettek, amíg a felnőtt vírusok nagyságát el nem érték. A növekvő foltok intenzitásának rögzítésével, a kutatók ténylegesen meg tudták határozni, hogy mennyi fehérje kapcsolódik az egyes RNS -szálakhoz idővel.

"Az egyik dolgot azonnal észrevettük, hogy az összes folt intenzitása alacsonyan kezdődött, majd a teljes vírus erejéig emelkedett, "Manoharan mondta." A lövöldözés különböző időpontokban történt. Néhány kapszula egy perc alatt összeáll, néhányan kettőt vagy hármat vittek el, és néhányan több mint öt. De amint elkezdték összeszerelni, nem vonultak vissza. Nőttek és nőttek, majd végeztek. "

A kutatók összehasonlították ezeket a megfigyeléseket a szimulációk korábbi eredményeivel, amely kétféle szerelési utat jósolt meg. Az egyik útvonalon, a fehérjék először véletlenszerűen tapadnak az RNS -hez, majd átrendeződnek egy kapsziddá. A másodikban fehérjék kritikus tömege, magnak nevezik, kialakulnia kell, mielőtt a kapszul növekedni tud.

A kísérleti eredmények megfeleltek a második útnak, és kizárták az elsőt. A mag különböző időpontokban képződik a különböző vírusoknál, de ha egyszer a vírus gyorsan növekszik, és nem áll le, amíg el nem éri a megfelelő méretet.

A kutatók azt is észrevették, hogy a vírusok hajlamosak voltak gyakrabban rosszul összeállni, ha több fehérje áramlik a szubsztrát felett.

"Az így összeálló vírusoknak egyensúlyba kell hozniuk a magok képződését a kapszid növekedésével. Ha a sejtmagok túl gyorsan alakulnak ki, a teljes kapszula nem tud növekedni. Ez a megfigyelés adhat némi betekintést abba, hogyan lehet kisiklatni a kórokozó vírusokat, - mondta Manoharan.

Még mindig nyitott kérdés, hogy az egyes fehérjék hogyan jönnek össze a mag kialakításához, de most, hogy a kísérletezők azonosították az utat, a kutatók új modelleket dolgozhatnak ki, amelyek feltárják az összeszerelést ezen az úton. Ezek a modellek hasznosak lehetnek az önmagukat összeszerelő nanoanyagok tervezésében is.

"Ez egy jó példa a kvantitatív biológiára, hogy matematikai modellel leírható kísérleti eredményeink vannak, - mondta Manoharan.

• A közös genetikai változat megmagyarázza, hogy az immunterápia miért sikertelen a Crohns -betegségben
• A GW kutatói összefüggést mutatnak a mikrobiomában lévő baktériumok és a vastagbélrák között