Na filmie naukowców z Harvardu po raz pierwszy można zobaczyć, jak z pojedynczych białek tworzą się całe wirusy. Zdobyta dzięki temu wiedza pomoże w walce z infekcjami oraz w pracach nad nanotechnologią.
Mimo, że wirusy mają prostą budowę, to ich działanie pozostaje w dużej mierze zagadką. „Biologia strukturalna pozwoliła na poznanie struktury wirusów z niezwykłą dokładnością, aż do pojedynczych atomów” – opowiada autor dokonania, prof. Vinothan Manoharan z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
„Jednak nadal nie wiemy, jak ta struktura powstaje. Nasza technika umożliwia pierwszy wgląd w to, jak wirusy same się składają i z ilościową dokładnością ujawnia kinetykę tego procesu oraz ścieżki, po których przebiega” – dodaje badacz.
Naukowiec zajmuje się łączeniem biologii, matematyki, nowych technik pomiarowych i innych dziedzin w celu tworzenia dokładnych, matematycznych modeli biologicznych systemów. W pracy opisanej na łamach „Proceedings of the National Academy of Sciences” ze swoim zespołem skupił się na wirusach zawierających materiał genetyczny w postaci jednoniciowego RNA.
To najpowszechniejsze wirusy na Ziemi, zwykle o prostej budowie. U ludzi wywołują szereg chorób, m.in. gorączkę Zachodniego Nilu, nieżyty układu pokarmowego, polio czy zwykłe przeziębienie.
Naukowcy zbadali wirusa, który zakaża bakterie E. coli, mierzącego 30 nm średnicy. Jego RNA otoczone jest przez otoczkę (kapsyd) zbudowaną ze 180 identycznych białek. Białka te, podobnie jak u wielu innych wirusów samoczynnie łączą się ze sobą, tworząc kapsyd, jeśli zajdą się w swoim pobliżu. Ponieważ wirusy są niezwykle małe, a oddziaływania między białkami słabe, nikomu nie udało się dotąd zaobserwować na żywo powstawania kapsydu.
Aby tego dokonać, autorzy eksperymentu przymocowali RNA wirusa do specjalnego podłoża i z pomocą nowoczesnej techniki mikroskopowej rejestrowali przyłączanie się kolejnych białek. Po niedługim czasie zobaczyli kolejne, tworzące się ciemne plamki – rosnące wirusy. Dzięki pomiarom odcienia plamek mogli nawet ocenić, ile białek połączyło się już w każdym z wirusów.
„Już na samym początku mogliśmy zobaczyć, że intensywność wszystkich plamek na początku była niska, po czym gwałtownie wzrosła przy tworzeniu się pełnych wirusów” – opowiada prof. Manoharan. „Ten przeskok następował w różnych momentach. Niektóre kapsydy powstały w ciągu minuty, inne – dwóch-trzech, jeszcze inne – w ciągu ponad pięciu minut. Jednak, kiedy już zaczęły się tworzyć, proces się nie cofał. Rosły i rosły, aż do całkowitego utworzenia” – relacjonuje naukowiec.
Wcześniej, badacze przeprowadzili symulacje, według których możliwe były dwa rodzaje powstawania wirusów.
W jednym wariancie, białka przypadkowo łączyły się ze sobą, a potem zmieniały swoje ułożenie, tworząc kapsyd. W drugim, najpierw powstało z białek nieduże jądro, które potem rosło. Eksperyment wskazał, że prawdziwa jest druga możliwość, a wykluczył pierwszą.
Jądro tworzy się w różnym czasie, dla różnych wirusów, ale kiedy już powstanie, wirus szybko rośnie, aż osiągnie swój końcowy rozmiar. Przy okazji, okazało się, że zdarzające się w budowie wirusów błędy są częstsze, jeśli stężenie białek jest wysokie.
To odkrycie może mieć znaczenie dla medycyny. „Tworzące się w ten sposób wirusy muszą balansować między tworzeniem jądra a wzrostem kapsydu. Jeśli jądro formuje się zbyt szybko, pełen kapsyd nie może powstać. Obserwacja ta może dać nam wgląd w to, jak zaburzyć wzrost chorobotwórczych wirusów” – mówi prof. Manoharan.
Nowa wiedza pomoże też w pracach nad nanomateriałami, które samoczynnie składają się z małych cegiełek.
Więcej informacji na stronie:
https://www.pnas.org/content/early/2019/09/27/1909223116
/Nauka w Polsce – PAP/
Wspieraj niezależne wydawnictwo:
Podoba Ci się to co robimy? Wesprzyj projekt Magna Polonia!
