Videosnímky ponúkajú v reálnom čase pohľad na kinetiku vírusovej zostavy

Prvýkrát, vedci zachytili obrázky vzniku jednotlivých vírusov, ponúka v reálnom čase pohľad na kinetiku vírusovej zostavy. Výskum poskytuje nové poznatky o tom, ako bojovať proti vírusom a navrhnúť častice, ktoré sa zhromažďujú samy.

Výskum je publikovaný v Zborník Národnej akadémie vied .

Štrukturálna biológia dokázala vyriešiť štruktúru vírusov s úžasným rozlíšením, až po každý atóm v každom proteíne. Ale stále sme nevedeli, ako sa táto štruktúra zostavuje. Naša technika poskytuje prvé okno o tom, ako sa vírusy zhromažďujú, a kvantitatívne podrobne odhaľuje kinetiku a dráhy. "

Vinothan Manoharan, profesor chemického inžinierstva a profesor fyziky na Wagnerovej škole na Harvardskej škole inžinierstva a aplikovaných vied Johna A. Paulsona

Manoharan je tiež spoluautorom iniciatívy kvantitatívnej biológie, krížové harvardské úsilie, ktoré spája biológiu, nové meracie techniky, štatistiky a matematiky na rozvoj príčinnej súvislosti, prediktívne matematické modely biologických systémov.

Manoharan a jeho tím sa zamerali na jednovláknové RNA vírusy, najrozšírenejší typ vírusu na planéte. U ľudí, RNA vírusy sú zodpovedné za, okrem iného Západonílska horúčka, gastroenteritída, ruka, noha, a ochorenie úst, obrna, a prechladnutie.

Tieto vírusy bývajú veľmi jednoduché. Vírus Manoharan a jeho tím študovali, ktorý infikuje baktérie E. coli, má priemer asi 30 nanometrov a má jeden kus RNA, s asi 3 600 nukleotidmi, a 180 identických bielkovín. Proteíny sa usporiadajú do šesťuholníkov a päťuholníkov, aby okolo RNA vytvorili štruktúru podobnú futbalovým loptám, nazývaný kapsid.

Ako sa týmto proteínom podarí vytvoriť túto štruktúru, je ústrednou otázkou pri zostavovaní vírusov. Do teraz, nikto nebol schopný pozorovať zhromažďovanie vírusov v reálnom čase, pretože vírusy a ich zložky sú veľmi malé a ich interakcie sú veľmi slabé.

Aby ste pozorovali vírusy, vedci použili optickú techniku ​​známu ako interferometrická rozptylová mikroskopia, pri ktorom svetlo rozptýlené z predmetu vytvára vo väčšom poli svetla tmavú škvrnu. Táto technika neodhaľuje štruktúru vírusu, ale odhaľuje jeho veľkosť a to, ako sa táto veľkosť časom mení.

Vedci pripojili reťazce vírusovej RNA k substrátu, ako stonky kvetu, a tiekli proteíny po povrchu. Potom, pomocou interferometrického mikroskopu, sledovali, ako sa objavujú tmavé škvrny a stále tmavšie, až kým nedosiahli veľkosť dospelých vírusov. Zaznamenaním intenzít týchto rastúcich škvŕn vedci mohli skutočne určiť, koľko proteínov sa v priebehu času viaže na každé vlákno RNA.

„Jedna vec, ktorú sme si okamžite všimli, je, že intenzita všetkých škvŕn začala na nízkej úrovni a potom vystrelila na intenzitu úplného vírusu, „Povedal Manoharan.“ K streľbe došlo v rôznych časoch. Niektoré kapsidy boli zostavené za minútu, niektorí zobrali dvoch alebo troch, a niektoré zabrali viac ako päť. Ale akonáhle začali montovať, neustúpili. Rástli a rástli a potom boli hotoví. “

Vedci porovnali tieto pozorovania s predchádzajúcimi výsledkami zo simulácií, ktorý predpovedal dva typy montážnych dráh. V jednom type cesty, proteíny sa najskôr náhodne prilepia k RNA a potom sa preusporiadajú na kapsid. V druhom, kritické množstvo bielkovín, nazývané jadro, sa musí vytvoriť skôr, ako môže kapsid rásť.

Experimentálne výsledky zodpovedali druhej ceste a vylúčili prvú. Jadro sa tvorí v rôznych časoch pre rôzne vírusy, ale akonáhle sa tak stane, vírus rýchlo rastie a nezastavuje sa, kým nedosiahne správnu veľkosť.

Vedci si tiež všimli, že vírusy majú tendenciu častejšie sa nesprávne zostavovať, keď po substráte tečie viac bielkovín.

„Vírusy, ktoré sa takto zhromažďujú, musia vyvážiť tvorbu jadier s rastom kapsidy. Ak sa jadrá vytvoria príliš rýchlo, úplné kapsidy nemôžu rásť. Toto pozorovanie by nám mohlo poskytnúť niekoľko pohľadov na to, ako vykoľajiť zostavu patogénnych vírusov, “povedal Manoharan.

Ako sa jednotlivé proteíny spoja a vytvoria jadro, je stále otvorenou otázkou, ale teraz, keď experimentátori identifikovali cestu, vedci môžu vyvinúť nové modely, ktoré skúmajú montáž v rámci tejto cesty. Tieto modely môžu byť tiež užitočné pri navrhovaní nanomateriálov, ktoré sa samy zhromažďujú.

„Je to dobrý príklad kvantitatívnej biológie, tým, že máme experimentálne výsledky, ktoré je možné popísať matematickým modelom, “povedal Manoharan.

• Bežný genetický variant vysvetľuje, prečo imunoterapia pri Crohnovej chorobe často zlyhá
• Vedci z GW ukazujú spojenie medzi baktériami v mikrobióme a rakovinou hrubého čreva