Videobilleder giver realtidsvisning af kinetikken ved viral samling

For første gang, forskere har taget billeder af dannelsen af ​​individuelle vira, tilbyder et realtidsbillede af kinetikken i viral samling. Forskningen giver ny indsigt i, hvordan man bekæmper vira og konstruerer selvsamlende partikler.

Forskningen er offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Strukturbiologi har været i stand til at løse virussens struktur med fantastisk opløsning, ned til hvert atom i hvert protein. Men vi vidste stadig ikke, hvordan denne struktur samler sig. Vores teknik giver det første vindue til, hvordan vira samles og afslører kinetik og veje i kvantitativ detalje. "

Vinothan Manoharan, Wagner -familiens professor i kemiteknik og professor i fysik ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Manoharan er også meddirektør for Quantitative Biology Initiative, en indsats på tværs af Harvard, der samler biologi, nye måleteknikker, statistik og matematik til at udvikle årsagssammenhæng, forudsigende matematiske modeller af biologiske systemer.

Manoharan og hans team fokuserede på enkeltstrengede RNA-vira, den mest udbredte type virus på planeten. Hos mennesker, RNA -vira er ansvarlige for, blandt andre, West Nile feber, gastroenteritis, hånd, fod, og mundsygdom, polio, og forkølelse.

Disse vira har en tendens til at være meget enkle. Virussen Manoharan og hans team studerede, som inficerer E. coli bakterier, er omkring 30 nanometer i diameter og har et stykke RNA, med omkring 3600 nukleotider, og 180 identiske proteiner. Proteinerne arrangerer sig selv i sekskanter og femkanter for at danne en fodbold-lignende struktur omkring RNA'et, kaldes et kapsid.

Hvordan disse proteiner formår at danne den struktur, er det centrale spørgsmål i virussamling. Indtil nu, ingen havde været i stand til at observere viral samling i realtid, fordi vira og deres komponenter er meget små, og deres interaktioner er meget svage.

For at observere vira, forskerne brugte en optisk teknik kendt som interferometrisk spredningsmikroskopi, hvor lyset spredt fra et objekt skaber en mørk plet i et større lysfelt. Teknikken afslører ikke virusets struktur, men den afslører dens størrelse, og hvordan størrelsen ændres med tiden.

Forskerne knyttet virale RNA -tråde til et substrat, som stilke af en blomst, og flød proteiner over overfladen. Derefter, ved hjælp af interferometrisk mikroskop, de så på, hvordan mørke pletter dukkede op og blev støt mørkere, indtil de var på størrelse med fuldvoksne vira. Ved at registrere intensiteten af ​​disse vækstpletter, forskerne kunne faktisk bestemme, hvor mange proteiner der blev knyttet til hver RNA -streng over tid.

"En ting, vi bemærkede med det samme, er, at intensiteten af ​​alle pletter startede lavt og derefter skød op til intensiteten af ​​en fuld virus, "Manoharan sagde." At skyde op skete på forskellige tidspunkter. Nogle kapsider samlet på under et minut, nogle tog to eller tre, og nogle tog mere end fem. Men da de først begyndte at samle, de gik ikke tilbage. De voksede og voksede, og så var de færdige. "

Forskerne sammenlignede disse observationer med tidligere resultater fra simuleringer, som forudsagde to typer forsamlingsveje. I en type vej, proteinerne klæber først tilfældigt til RNA og omarrangerer sig derefter til et kapsid. I det andet, en kritisk masse proteiner, kaldet en kerne, skal dannes, før kapsidet kan vokse.

De eksperimentelle resultater matchede den anden vej og udelukkede den første. Kernen dannes på forskellige tidspunkter for forskellige vira, men når den først gør det, virussen vokser hurtigt og stopper ikke, før den når sin rigtige størrelse.

Forskerne bemærkede også, at virusene havde en tendens til at samle sig oftere, når der var flere proteiner, der flyder over substratet.

"Vira, der samles på denne måde, skal afbalancere dannelsen af ​​kerner med væksten af ​​kapsidet. Hvis kerner dannes for hurtigt, komplette kapsider kan ikke vokse. Denne observation kan give os et indblik i, hvordan vi kan afspore samlingen af ​​patogene vira, "sagde Manoharan.

Hvordan de enkelte proteiner kommer sammen for at danne kernen, er stadig et åbent spørgsmål, men nu hvor eksperimentelle har identificeret vejen, forskere kan udvikle nye modeller, der udforsker samling inden for den vej. Disse modeller kan også være nyttige til at designe nanomaterialer, der samler sig selv.

"Dette er et godt eksempel på kvantitativ biologi, ved at vi har eksperimentelle resultater, der kan beskrives ved en matematisk model, "sagde Manoharan.

• Almindelig genetisk variant forklarer, hvorfor immunterapi ofte mislykkes ved Crohns sygdom
• GW -forskere viser forbindelse mellem bakterier i mikrobiomet og tyktarmskræft