Video slike v realnem času ponujajo pogled na kinetiko sestave virusa

Prvič, raziskovalci so posneli slike nastajanja posameznih virusov, ponuja v realnem času pogled na kinetiko sestave virusov. Raziskava ponuja nov vpogled v boj proti virusom in inženirsko samosestavljajoče se delce.

Raziskava je objavljena v Zbornik Nacionalne akademije znanosti .

Strukturna biologija je z neverjetno ločljivostjo uspela razrešiti strukturo virusov, vse do vsakega atoma v vsakem proteinu. Vendar še vedno nismo vedeli, kako se ta struktura sestavi. Naša tehnika daje prvo okno o tem, kako se virusi sestavijo, in kinetiko in poti podrobno razkrije. "

Vinothan Manoharan, profesor kemijskega inženiringa družine Wagner in profesor fizike na Harvardski šoli za inženiring in uporabne znanosti John A. Paulson

Manoharan je tudi sopredsednik pobude za kvantitativno biologijo, prizadevanje med Harvardom, ki združuje biologijo, nove merilne tehnike, statistika in matematika za razvoj vzročne zveze, napovedni matematični modeli bioloških sistemov.

Manoharan in njegova ekipa sta se osredotočila na enoverižne RNA viruse, najbolj razširjena vrsta virusa na planetu. Pri ljudeh, Virusi RNA so odgovorni za, med ostalimi, Vročina zahodnega Nila, gastroenteritis, roka, stopalo, in bolezni ust, otroška paraliza, in prehlad.

Ti virusi so ponavadi zelo preprosti. Virus Manoharan in njegova ekipa sta preučevala, ki okuži bakterijo E. coli, ima premer približno 30 nanometrov in ima en kos RNA, s približno 3600 nukleotidov, in 180 enakih beljakovin. Beljakovine se razporedijo v šesterokotnike in peterokotnike, da okoli RNA tvorijo strukturo, podobno nogometni žogi, imenovano kapsid.

Kako te beljakovine uspejo oblikovati to strukturo, je osrednje vprašanje pri sestavljanju virusa. Do zdaj, nihče ni mogel opazovati sestave virusov v realnem času, ker so virusi in njihove komponente zelo majhni in so njihove interakcije zelo šibke.

Za opazovanje virusov, raziskovalci so uporabili optično tehniko, znano kot interferometrična razpršena mikroskopija, pri katerem svetloba, razpršena s predmeta, ustvari temno točko v večjem svetlobnem polju. Tehnika ne razkriva strukture virusa, vendar razkriva njegovo velikost in kako se ta velikost s časom spreminja.

Raziskovalci so pritrdili verige virusne RNA na substrat, kot stebla rože, in stekle beljakovine po površini. Potem, z uporabo interferometričnega mikroskopa, opazovali so, kako se pojavljajo temne lise in so postajale vse temnejše, dokler niso postale velikosti polnoraslih virusov. S snemanjem intenzivnosti teh rastočih madežev, raziskovalci bi lahko dejansko ugotovili, koliko beljakovin se je sčasoma vezalo na vsako verigo RNA.

"Ena stvar, ki smo jo takoj opazili, je, da se je intenzivnost vseh madežev začela nizko in nato povečala do intenzivnosti polnega virusa, "Je rekel Manoharan." To streljanje se je zgodilo v različnih obdobjih. Nekateri kapsidi so se zbrali v manj kot minuti, nekateri so vzeli dva ali tri, nekateri pa več kot pet. Ko pa so se začeli sestavljati, se niso umaknili. Rasli so in rasli in potem so končali. "

Raziskovalci so ta opažanja primerjali s prejšnjimi rezultati simulacij, ki je predvideval dve vrsti montažnih poti. V eni vrsti poti, beljakovine se najprej naključno prilepijo na RNA in se nato preuredijo v kapsido. V drugem, kritična masa beljakovin, imenovano jedro, se mora oblikovati, preden lahko kapsid zraste.

Poskusni rezultati so se ujemali z drugo potjo in izključili prvo. Jedro se ob različnih časih tvori za različne viruse, a ko se to zgodi, virus hitro raste in se ne ustavi, dokler ne doseže prave velikosti.

Raziskovalci so opazili tudi, da se virusi pogosteje sestavijo, ko je po substratu teklo več beljakovin.

"Virusi, ki se na ta način sestavijo, morajo uravnotežiti nastanek jeder z rastjo kapside. Če se jedra tvorijo prehitro, popolne kapside ne morejo rasti. To opazovanje bi nam lahko dalo nekaj vpogleda v to, kako izničiti zbiranje patogenih virusov, "je dejal Manoharan.

Kako se posamezni proteini združijo in tvorijo jedro, je še vedno odprto vprašanje, zdaj pa, ko so eksperimentalci identificirali pot, raziskovalci lahko razvijejo nove modele, ki raziskujejo montažo na tej poti. Ti modeli so lahko koristni tudi za oblikovanje nanomaterialov, ki se sami sestavijo.

"To je dober primer kvantitativne biologije, ker imamo eksperimentalne rezultate, ki jih je mogoče opisati z matematičnim modelom, "je dejal Manoharan.

• Skupna genetska varianta pojasnjuje, zakaj imunoterapija pri Crohnovi bolezni pogosto ne uspe
• Raziskovalci GW kažejo povezavo med bakterijami v mikrobiomu in rakom debelega črevesa