Vaizdo įrašų vaizdai realiu laiku rodo virusų surinkimo kinetiką

Struktūrinė biologija sugebėjo nuostabiai išspręsti virusų struktūrą, iki kiekvieno kiekvieno baltymo atomo. Bet mes vis dar nežinojome, kaip ta struktūra susirenka. Mūsų technika suteikia pirmąjį langą, kaip susirenka virusai, ir kiekybiškai atskleidžia kinetiką ir kelius. "

Vinothanas Manoharanas, Wagnerio šeimos chemijos inžinerijos profesorius ir fizikos profesorius Harvardo Johno A. Paulsono inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokykloje

Manoharanas taip pat yra kiekybinės biologijos iniciatyvos direktorius, Harvardo pastangos, sujungiančios biologiją, nauji matavimo būdai, statistiką ir matematiką, kad būtų sukurtas priežastinis ryšys, biologinių sistemų nuspėjamieji matematiniai modeliai.

Manoharanas ir jo komanda sutelkė dėmesį į vienos grandinės RNR virusus, labiausiai paplitęs viruso tipas planetoje. Žmonėse, RNR virusai yra atsakingi už tarp kitų, Vakarų Nilo karštinė, gastroenteritas, ranka, pėda, ir burnos liga, poliomielitas, ir peršalimas.

Šie virusai paprastai būna labai paprasti. Manoharano virusas ir jo komanda studijavo, kuris užkrečia E. coli bakterijas, yra apie 30 nanometrų skersmens ir turi vieną RNR gabalą, turintis apie 3600 nukleotidų, ir 180 identiškų baltymų. Baltymai susirenka į šešiakampius ir penkiakampius, kad aplink RNR sudarytų į futbolo kamuoliuką panašią struktūrą, vadinamas kapsidu.

Kaip šie baltymai sugeba susidaryti tą struktūrą, yra pagrindinis virusų surinkimo klausimas. Iki dabar, niekas negalėjo stebėti virusų surinkimo realiu laiku, nes virusai ir jų komponentai yra labai maži ir jų sąveika yra labai silpna.

Norėdami stebėti virusus, tyrėjai naudojo optinę techniką, vadinamą interferometrine sklaidos mikroskopija, kurioje nuo objekto išsklaidyta šviesa sukuria tamsią dėmę didesniame šviesos lauke. Technika neatskleidžia viruso struktūros, tačiau atskleidžia jo dydį ir tai, kaip šis dydis keičiasi laikui bėgant.

Mokslininkai prie substrato pritvirtino virusines RNR grandines, kaip gėlių stiebai, ir tekėjo baltymai per paviršių. Tada, naudojant interferometrinį mikroskopą, jie stebėjo, kaip atsiranda tamsios dėmės, ir nuolat tamsėjo, kol tapo suaugusių virusų dydžio. Įrašydami tų augančių dėmių intensyvumą, tyrėjai iš tikrųjų galėjo nustatyti, kiek baltymų laikui bėgant buvo prijungta prie kiekvienos RNR grandinės.

„Vienas dalykas, kurį pastebėjome iš karto, yra tai, kad visų dėmių intensyvumas prasidėjo mažas, o paskui padidėjo iki visiško viruso, „Manoharanas sakė.“ Tas šaudymas įvyko skirtingu metu. Kai kurios kapsidės susirenka per minutę, kai kuriems prireikė dviejų ar trijų, o kai kuriems prireikė daugiau nei penkių. Bet kai jie pradėjo surinkti, jie neatsitraukė. Jie augo ir augo, tada jie buvo baigti “.

Mokslininkai palygino šiuos pastebėjimus su ankstesniais modeliavimo rezultatais, kuris numatė dviejų tipų surinkimo kelius. Vieno tipo keliuose, baltymai pirmiausia atsitiktinai prilimpa prie RNR, o po to persitvarko į kapsidę. Antrame, kritinė baltymų masė, vadinamas branduoliu, turi susiformuoti, kol kapsidas gali augti.

Eksperimentiniai rezultatai atitiko antrąjį kelią ir atmetė pirmąjį. Skirtingų virusų branduolys formuojasi skirtingu metu, bet kai susidaro, virusas greitai auga ir nesustoja, kol nepasiekia reikiamo dydžio.

Mokslininkai taip pat pastebėjo, kad virusai buvo linkę dažniau nesusirinkti, kai virš substrato tekėjo daugiau baltymų.

"Taip susirenkantys virusai turi subalansuoti branduolių susidarymą su kapsido augimu. Jei branduoliai susiformuoja per greitai, visiški kapšeliai negali augti. Šis pastebėjimas gali suteikti mums tam tikrų įžvalgų, kaip sugadinti patogeninių virusų surinkimą, “ - sakė Manoharanas.

Kaip atskiri baltymai susilieja ir sudaro branduolį, vis dar yra atviras klausimas, tačiau dabar, kai eksperimentatoriai nustatė kelią, tyrėjai gali sukurti naujus modelius, kurie tiria surinkimą tame kelyje. Šie modeliai taip pat gali būti naudingi projektuojant nanomedžiagas, kurios susirenka pačios.

„Tai geras kiekybinės biologijos pavyzdys, kadangi turime eksperimentinių rezultatų, kuriuos galima apibūdinti matematiniu modeliu, “ - sakė Manoharanas.

• Bendras genetinis variantas paaiškina, kodėl imunoterapija dažnai nepavyksta sergant Krono liga
• GW tyrėjai rodo ryšį tarp bakterijų mikrobiome ir gaubtinės žarnos vėžio