Fjernt beslægtede vira deler selvsamlingsmekanisme

Hvordan samles de hundredvis af individuelle stykker, der udgør vira, til former, der er i stand til at sprede sygdom fra celle til celle?

At løse mysteriet med selvsamling kan bane vejen for tekniske fremskridt som molekyler eller robotter, der sætter sig sammen. Det kan også bidrage til mere effektiv emballage, automatiseret levering og målrettet design af medicin i vores kamp mod vira, der forårsager forkølelse, diarré, leverkræft og polio.

"Hvis vi forstår de fysiske regler for, hvordan vira samles, så kan vi forsøge at få dem til at danne ukorrekte strukturer for at forhindre deres spredning," sagde Rees Garmann, kemiker ved San Diego State University og hovedforfatter af et nyt papir, der udfylder en brik i puslespillet.

Garmann konkluderede sammen med to SDSU-kandidatstuderende og samarbejdspartnere ved Harvard og UCLA, at to fjernt beslægtede RNA-vira – en der inficerer bakterier og en der inficerer planter – udfører denne kemiske koreografi på slående lignende måder.

I både og potentielt andre vira mønstrer proteinkomponenterne perfekt til femkanter og sekskanter, der danner en symmetrisk icosaedrisk skal, en af ​​de mest udbredte former blandt alle vira, takket være et stillads tilvejebragt af en sløjfet og foldet streng af RNA.

I lighed med hvordan et snefnug kræver et par molekyler koldt vand for at omgive en støvpartikel før krystallisering, smelter en viruss jungle-gym-lignende kugle af proteiner hurtigt sammen, først efter at nogle få proteiner er løst knyttet til RNA'et.

"Uden interaktionen mellem proteinerne og RNA'et, som mine elever, Fernando Vasquez og Daniel Villareal, studerede, ville det tage meget lang tid - uger, måneder, måske aldrig - for denne virus at samle sig," sagde Garmann. P>

Alligevel tager hele monteringsprocessen, som Garmann og hans samarbejdspartnere fangede i detaljerede videoer ved hjælp af et innovativt iSCAT (interferometric scattering) mikroskop, der optager individuelle vira, kun få minutter.

"iSCAT-teknikken åbnede et nyt vindue til virus-selvsamling," sagde Vinothan N. Manoharan, en medforfatter på undersøgelsen og Wagner-familiens professor i kemiteknik og professor i fysik ved Harvards John A. Paulson School of Engineering og Anvendt Videnskab. "Kun ved at se individuelle vira dannes kunne vi fastslå, at de ikke alle samles på samme tid. Det var nøglen til at forstå den selvsamlingsmekanisme, som de to typer virus deler."

Garmann siger, at deres eksperimenter viser vejen til at besvare det næste store mysterium om, hvordan vira sikrer nøjagtighed og funktionalitet på alle trin langs samlebåndet.

At vide mere om, hvordan vira samles, er relateret til 1950'ernes fysikparadoks om, hvordan proteiner foldes til deres rette former meget hurtigere, end hvis de udelukkende var afhængige af tilfældige møder - en proces, der anslås at tage længere tid end de milliarder af år, universet har eksisteret.

Én sag lukket, andre åbnet

Selvom vira i denne undersøgelse og virussen, der forårsager COVID-19, begge har RNA, siger forskerne, at det ville være for tidligt at udvide disse resultater til den større, mærkelige SARS-CoV-2-virus.

"Håbet af vores forskning er at lære om nogle fysiske, fundamentale interaktioner, der forekommer i disse modelsystemer," sagde Vasquez, en doktorand i kemi. "Maybe with more data and time, they can be applied to studying a new virus."

"Self-assembly—designing components that know how to get together—is totally different from how we build ordinary things," Garmann said. "As engineers, we have a lot to learn from viruses." + Udforsk yderligere

First video of viruses assembling released