Video slike pružaju u stvarnom vremenu pregled kinetike skupljanja virusa

Strukturna biologija uspjela je riješiti strukturu virusa nevjerojatnom razlučivošću, do svakog atoma u svakom proteinu. Ali još uvijek nismo znali kako se ta struktura sastavlja. Naša tehnika daje prvi prozor u način na koji se virusi sastavljaju i otkriva kinetiku i puteve u kvantitativnim detaljima. "

Vinothan Manoharan, profesor kemijskog inženjerstva obitelji Wagner i profesor fizike na Harvard School of Engineering and Applied Sciences Harvard John A. Paulson

Manoharan je također ko-direktor Inicijative za kvantitativnu biologiju, napor na više Harvarda koji okuplja biologiju, nove tehnike mjerenja, statistika i matematika za razvoj uzroka, prediktivni matematički modeli bioloških sustava.

Manoharan i njegov tim usredotočili su se na jednolančane RNA viruse, najzastupljenije vrste virusa na planeti. Kod ljudi, RNA virusi su odgovorni za, između ostalih, Groznica Zapadnog Nila, gastroenteritis, ruka, noga, i bolesti usta, dječja paraliza, i prehlada.

Ti su virusi vrlo jednostavni. Virus koji su Manoharan i njegov tim proučavali, koji inficira bakteriju E. coli, ima promjer oko 30 nanometara i ima jedan komad RNA, sa oko 3600 nukleotida, i 180 identičnih bjelančevina. Proteini se raspoređuju u šesterokute i peterokute kako bi formirali strukturu sličnu nogometnoj lopti oko RNK, zove kapsid.

Način na koji ti proteini uspijevaju oblikovati tu strukturu središnje je pitanje pri sastavljanju virusa. Do sada, nitko nije mogao promatrati skupljanje virusa u stvarnom vremenu jer su virusi i njihove komponente vrlo mali, a njihova interakcija vrlo slaba.

Za promatranje virusa, istraživači su koristili optičku tehniku ​​poznatu kao interferometrijska raspršena mikroskopija, u kojem svjetlost raspršena s objekta stvara tamnu točku u većem svjetlosnom polju. Tehnika ne otkriva strukturu virusa, ali otkriva njegovu veličinu i kako se ta veličina mijenja s vremenom.

Istraživači su pričvrstili virusne RNA niti na supstrat, poput stabljika cvijeta, i protekli proteini po površini. Zatim, pomoću interferometrijskog mikroskopa, gledali su kako se pojavljuju tamne mrlje i stalno su postajale sve tamnije sve dok nisu postale veličine punoraslih virusa. Snimanjem intenziteta tih rastućih mjesta, istraživači su zapravo mogli utvrditi koliko se proteina veže za svaki niz RNA tijekom vremena.

"Jedna stvar koju smo odmah primijetili je da je intenzitet svih mrlja počeo nisko, a zatim se povećao do intenziteta punog virusa, "Rekao je Manoharan." To pucanje dogodilo se u različito vrijeme. Neki su se kapici sastavili za manje od minute, nekima je trebalo dva ili tri, a nekima je trebalo više od pet. Ali kad su se počeli sastavljati, nisu se povukli. Oni su rasli i rasli i tada su završili. "

Znanstvenici su usporedili ta zapažanja s prethodnim rezultatima simulacija, koji je predvidio dvije vrste montažnih putova. U jednoj vrsti puta, proteini se najprije nasumično zalijepe za RNA, a zatim se preurede u kapsidu. U drugom, kritična masa proteina, zove jezgra, mora se formirati prije nego što kapsid može narasti.

Eksperimentalni rezultati odgovarali su drugom putu i isključili prvi. Jezgra se formira u različito vrijeme za različite viruse, ali jednom kad se to dogodi, virus brzo raste i ne prestaje sve dok ne dosegne pravu veličinu.

Istraživači su također primijetili da se virusi češće pogrešno sastavljaju kada postoji više proteina koji teku preko supstrata.

"Virusi koji se na ovaj način okupljaju moraju uravnotežiti nastanak jezgri s rastom kapside. Ako se jezgre formiraju prebrzo, potpune kapside ne mogu rasti. To bi nam zapažanje moglo dati neke uvide u to kako izbaciti iz kolosijeka skupinu patogenih virusa, "rekao je Manoharan.

Otvoreno je pitanje kako se pojedini proteini spajaju u jezgru, ali sada kada su eksperimentatori identificirali put, istraživači mogu razviti nove modele koji istražuju sklapanje unutar tog puta. Ti bi modeli također mogli biti korisni za projektiranje nanomaterijala koji se sami sastavljaju.

"Ovo je dobar primjer kvantitativne biologije, jer imamo eksperimentalne rezultate koji se mogu opisati matematičkim modelom, "rekao je Manoharan.

• Uobičajena genetska varijanta objašnjava zašto imunoterapija često ne uspije u Crohnsovoj bolesti
• Istraživači GW -a pokazuju vezu između bakterija u mikrobiomu i raka debelog crijeva