Видеоизображения позволяют в реальном времени наблюдать за кинетикой сборки вируса.

В первый раз, исследователи сделали снимки образования отдельных вирусов, предлагая в реальном времени представление о кинетике сборки вируса. Исследование дает новое понимание того, как бороться с вирусами и создавать самособирающиеся частицы.

Исследование опубликовано в Труды Национальной академии наук .

<цитата>

Структурная биология смогла определить структуру вирусов с удивительным разрешением, вплоть до каждого атома в каждом белке. Но мы все еще не знали, как собирается эта структура. Наша методика дает первое представление о том, как собираются вирусы, и выявляет кинетику и пути в количественных деталях ».

Винотан Манохаран, Семья Вагнеров, профессор химического машиностроения и профессор физики Гарвардской школы инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона

Манохаран также является содиректором Инициативы количественной биологии, совместные усилия Гарварда, объединяющие биологию, новые методы измерения, статистика и математика для развития причинно-следственных связей, прогнозные математические модели биологических систем.

Манохаран и его команда сосредоточились на вирусах с одноцепочечной РНК, самый распространенный тип вируса на планете. В людях, РНК-вирусы несут ответственность за:среди прочего, Лихорадка Западного Нила, гастроэнтерит, рука, ступня, и заболевание ротовой полости, полиомиелит и насморк.

Эти вирусы, как правило, очень просты. Вирус Манохаран и его команда изучали, который заражает бактерии E. coli, имеет диаметр около 30 нанометров и состоит из одного фрагмента РНК, примерно с 3600 нуклеотидами, и 180 идентичных белков. Белки образуют шестиугольники и пятиугольники, образуя структуру, похожую на футбольный мяч, вокруг РНК. называется капсидом.

Как этим белкам удается сформировать эту структуру, является центральным вопросом сборки вируса. До настоящего времени, никому не удавалось наблюдать сборку вирусов в реальном времени, потому что вирусы и их компоненты очень малы, а их взаимодействие очень слабое.

Чтобы наблюдать за вирусами, исследователи использовали оптическую технику, известную как микроскопия интерферометрического рассеяния, в котором свет, рассеянный объектом, создает темное пятно в большем поле света. Этот метод не раскрывает структуру вируса, но показывает его размер и то, как этот размер изменяется со временем.

Исследователи прикрепили цепи вирусной РНК к субстрату, как стебли цветка, и текли белки по поверхности. Потом, с помощью интерферометрического микроскопа, они наблюдали, как появлялись темные пятна, которые постепенно становились все темнее, пока не стали размером с взрослые вирусы. Регистрируя интенсивность этих участков роста, исследователи могли фактически определить, сколько белков присоединялось к каждой цепи РНК с течением времени.

"Мы сразу заметили, что интенсивность всех пятен сначала была низкой, а затем резко возросла до интенсивности полного вируса, - сказал Манохаран. - Эта стрельба происходила в разное время. Некоторые капсиды собираются менее чем за минуту, некоторые заняли два или три, а некоторым потребовалось больше пяти. Но как только они начали собирать, они не отступили. Они росли и росли, и тогда с ними было покончено ".

Исследователи сравнили эти наблюдения с предыдущими результатами моделирования. который предсказал два типа путей сборки. По одному типу пути белки сначала случайным образом прикрепляются к РНК, а затем перестраиваются в капсид. Во-вторых, критическая масса белков, называется ядром, должен сформироваться до того, как капсид сможет вырасти.

Результаты экспериментов совпали со вторым путем и исключили первый. У разных вирусов ядро ​​формируется в разное время, но как только это происходит, вирус быстро растет и не останавливается, пока не достигнет нужного размера.

Исследователи также заметили, что вирусы, как правило, неправильно собираются чаще, когда через субстрат протекает больше белков.

"Вирусы, которые собираются таким образом, должны уравновешивать образование ядер с ростом капсида. Если ядра образуются слишком быстро, полные капсиды не могут расти. Это наблюдение может дать нам некоторое представление о том, как сорвать сборку патогенных вирусов. "сказал Манохаран.

Как отдельные белки объединяются, чтобы сформировать ядро, все еще остается открытым вопросом, но теперь, когда экспериментаторы определили путь, исследователи могут разработать новые модели, которые исследуют сборку в рамках этого пути. Эти модели также могут быть полезны для проектирования наноматериалов, которые собираются сами.

"Это хороший пример количественной биологии, в том, что у нас есть экспериментальные результаты, которые можно описать математической моделью, "сказал Манохаран.

• Общий генетический вариант объясняет, почему иммунотерапия часто не помогает при болезни Крона.
• Исследователи GW показали связь между бактериями в микробиоме и раком толстой кишки