As imagens de vídeo oferecem uma visão em tempo real da cinética da montagem viral

Pela primeira vez, pesquisadores capturaram imagens da formação de vírus individuais, oferecendo uma visão em tempo real da cinética da montagem viral. A pesquisa fornece novos insights sobre como combater vírus e projetar partículas de automontagem.

p A pesquisa é publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences .

p A biologia estrutural foi capaz de resolver a estrutura dos vírus com uma resolução incrível, até cada átomo em cada proteína. Mas ainda não sabíamos como essa estrutura se monta. Nossa técnica oferece a primeira janela de como os vírus se agrupam e revela a cinética e as vias em detalhes quantitativos. "

Vinothan Manoharan, o Professor Wagner Family de Engenharia Química e Professor de Física na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson

p Manoharan também é codiretor da Quantitative Biology Initiative, um esforço cruzado de Harvard que reúne biologia, novas técnicas de medição, estatística e matemática para desenvolver causais, modelos matemáticos preditivos de sistemas biológicos.

p Manoharan e sua equipe se concentraram em vírus de RNA de fita simples, o tipo de vírus mais abundante do planeta. Em humanos, Os vírus de RNA são responsáveis ​​por, entre outros, Febre do Nilo Ocidental, gastroenterite, mão, pé, e doença da boca, poliomielite, e o resfriado comum.

p Esses vírus tendem a ser muito simples. O vírus que Manoharan e sua equipe estudaram, que infecta a bactéria E. coli, tem cerca de 30 nanômetros de diâmetro e um pedaço de RNA, com cerca de 3600 nucleotídeos, e 180 proteínas idênticas. As proteínas se organizam em hexágonos e pentágonos para formar uma estrutura semelhante a uma bola de futebol em torno do RNA, chamado de capsídeo.

p Como essas proteínas conseguem formar essa estrutura é a questão central na montagem do vírus. Até agora, ninguém foi capaz de observar a montagem viral em tempo real porque os vírus e seus componentes são muito pequenos e suas interações são muito fracas.

p Para observar os vírus, os pesquisadores usaram uma técnica óptica conhecida como microscopia de espalhamento interferométrico, em que a luz espalhada por um objeto cria uma mancha escura em um campo de luz maior. A técnica não revela a estrutura do vírus, mas revela seu tamanho e como esse tamanho muda com o tempo.

p Os pesquisadores anexaram fitas de RNA viral a um substrato, como hastes de uma flor, e proteínas fluíram sobre a superfície. Então, usando o microscópio interferométrico, eles observaram enquanto manchas escuras apareciam e ficavam cada vez mais escuras até ficarem do tamanho de vírus crescidos. Ao registrar as intensidades dessas manchas de crescimento, os pesquisadores puderam realmente determinar quantas proteínas estavam se ligando a cada fita de RNA ao longo do tempo.

p "Uma coisa que notamos imediatamente é que a intensidade de todos os pontos começou baixa e depois disparou até a intensidade de um vírus completo, "Disse Manoharan." Esse tiroteio aconteceu em momentos diferentes. Alguns capsídeos montados em menos de um minuto, alguns pegaram dois ou três, e alguns levaram mais de cinco. Mas uma vez que eles começaram a montar, eles não voltaram atrás. Eles cresceram e cresceram e então terminaram. "

p Os pesquisadores compararam essas observações com resultados anteriores de simulações, que previu dois tipos de caminhos de montagem. Em um tipo de via, as proteínas primeiro aderem aleatoriamente ao RNA e depois se reorganizam em um capsídeo. No segundo, uma massa crítica de proteínas, chamado de núcleo, deve se formar antes que o capsídeo possa crescer.

p Os resultados experimentais corresponderam à segunda via e descartaram a primeira. O núcleo se forma em momentos diferentes para vírus diferentes, mas uma vez que isso acontece, o vírus cresce rapidamente e não para até atingir o tamanho certo.

p Os pesquisadores também notaram que os vírus tendiam a se desmontar com mais frequência quando havia mais proteínas fluindo sobre o substrato.

p "Os vírus que se montam dessa maneira precisam equilibrar a formação dos núcleos com o crescimento do capsídeo. Se os núcleos se formarem muito rapidamente, capsídeos completos não podem crescer. Essa observação pode nos dar alguns insights sobre como inviabilizar a montagem de vírus patogênicos, "disse Manoharan.

p Como as proteínas individuais se juntam para formar o núcleo ainda é uma questão em aberto, mas agora que os experimentalistas identificaram o caminho, os pesquisadores podem desenvolver novos modelos que exploram a montagem dentro dessa via. Esses modelos também podem ser úteis para projetar nanomateriais que se montam.

p "Este é um bom exemplo de biologia quantitativa, em que temos resultados experimentais que podem ser descritos por um modelo matemático, "disse Manoharan.

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