Viral infektion er et spørgsmål om simpel fysik

Den måde, hvorpå nogle vira injicerer deres DNA i bakterier eller andre celletyper, ser ud til at være meget enklere end forskere tidligere havde troet. I stedet for at bruge molekylære motorer eller komplicerede mekanismer, vira lader simpel fysik gøre arbejdet for dem. Dette er en nylig konstatering af professor Willem Kegel fra Utrecht University og kolleger fra University of California Los Angeles (UCLA), og California Institute of Technology (Caltech). Resultaterne af deres forskning blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Fysisk gennemgang X .

Drivkraften bag det første og hurtige trin, er det høje tryk inde i virussen. Det andet trin, som tager meget længere tid at gennemføre, synes at være diffusion; et direkte resultat af den tilfældige bevægelse af atomer og molekyler. Forskerne forventer, at denne diffusionsmekanisme også kan være ansvarlig for andre transportprocesser inde i cellen og mellem celler.

Vira har flere strategier til at indsætte deres DNA i deres værts celle, hvilket er et nødvendigt trin i deres reproduktionsproces. Denne undersøgelse undersøgte fager, vira, der inficerer bakterier. Disse vira inficerer deres værter på en måde, der kan sammenlignes med den for andre vira, såsom herpesvira, som forårsager ubehagelige symptomer hos mennesker.

"Vi forventer, at den mekanisme, vi har opdaget, spiller en vigtig rolle i infektioner af denne type virus, "sagde forskningsleder prof. Willem Kegel fra Utrecht University." Vi tror også, at den diffusionsmekanisme, vi fandt, også kan være ansvarlig for andre transportprocesser inde i cellen, såsom overførsel af gener mellem bakterier, proteintransport inde i celler, og transport af messenger -RNA gennem porerne i cellekernen. "

En fag består af et hoved og en hale. Halen fungerer som en injektionsnål, der kan trænge ind i cellemembranen. DNA'et er gemt i fagets hoved, og udøver et tryk på omkring 60 bar. Det svarer til 20 gange trykket i et fuldt oppumpet bildæk, eller trykket ved 600 meter under vand. Når halen af ​​fagen trænger ind i cellen, 'ventilen' åbner, og DNA'et injiceres i cellen med høj hastighed. Dette frigiver hurtigt trykket af DNA inde i fagen. Et fremragende spørgsmål, forskerne stod over for, var derfor:Hvad tvinger den sidste del af DNA til at komme ind i cellen, når trykket er frigivet?

I et eksperiment, forskerne bestemte hastigheden af ​​DNA -transporten fra fag til celle i fag, hvor kun det indledende tryk var anderledes. I begge tilfælde, forskerne observerede to forskellige trin. Beregninger bekræftede deres mistanke om, at drivkraften i det første trin faktisk er presset, og intet andet end presset.

Imidlertid, i begge fager, DNA -transporten i den anden fase fandt sted ved lige (langsomme) hastigheder. I øvrigt, injektionshastigheden syntes kun at afhænge af mængden af ​​DNA, der allerede var blevet injiceret i cellen. Dette antydede, at den eneste faktor, der kunne spille en rolle i indsprøjtningshastigheden, bortset fra selve DNA'et, var karakteristika for cellens cytoplasma.

Cytoplasma er faktisk en kolloid opløsning:proteiner og andre store molekyler inde i en celle har kolloidale dimensioner, og bevæger sig mere eller mindre frit i et vandigt stof. Kegel har betydelig forskningserfaring med kolloide systemer, hvilket gjorde det muligt at oversætte de eksperimentelle data til en teoretisk model.

Dette gjorde det muligt for forskerne at bevise, at de observerede injektionshastigheder kunne forklares med det enkleste scenarie, man kan forestille sig:diffusion, eller tilfældig bevægelse af det injicerede DNA gennem cytoplasmaet. "Hastigheden med hvilken fagets DNA bevæger sig i værtens cytoplasma kan på en enkel måde bestemmes ved hjælp af kolloide systemers fysik, "sagde Kegel.