Hvordan en virus danner sine symmetriske skaller

Vira-små sygdomsfremkaldende parasitter, der kan inficere alle former for livsformer-er blevet undersøgt godt, men mange mysterier bliver ved. Et sådant mysterium er, hvordan en sfærisk virus omgår energibarrierer til dannelse af symmetriske skaller.

Et forskerhold ledet af fysiker Roya Zandi ved University of California, Riverside, har gjort fremskridt med at løse dette mysterium. Holdet rapporterer i et papir offentliggjort i ACS Nano at et samspil af energier på molekylært niveau gør dannelsen af ​​en skal mulig.

At forstå de faktorer, der bidrager til viral samling, kan muliggøre biomedicinske forsøg på at blokere viral replikation og infektion. En bedre forståelse af, hvordan virale skaller-naturens nano-beholdere-er af afgørende betydning for materialeforskere og et afgørende skridt i designet af konstruerede nanoskaller, der kan tjene som redskaber til at levere lægemidler til bestemte mål i kroppen.

Zandis team udforskede rollen som proteinkoncentration og elastisk energi i selvorganisering af proteiner på den buede skaloverflade for at forstå, hvordan et virus omgår mange energibarrierer.

"Forstå den kombinerede effekt af elastisk energi, genom-protein-interaktion, og proteinkoncentration i den virale samling udgør gennembruddet for vores arbejde, "sagde Zandi, professor i Institut for Fysik og Astronomi. "Vores undersøgelse viser, at hvis en rodet skal dannes på grund af den høje proteinkoncentration eller stærke attraktive interaktion, derefter, efterhånden som skallen vokser sig større, omkostningerne ved elastisk energi bliver så høje, at flere bindinger kan blive brudt, resulterer i demontering og efterfølgende genmontering af en symmetrisk skal. "

Hvad er en virus?

Det enkleste fysiske objekt i biologi, en virus består af en proteinskal kaldet capsid, som beskytter sit nukleinsyregenom - RNA eller DNA. Vira kan betragtes som mobile beholdere af RNA eller DNA, der indsætter deres genetiske materiale i levende celler. De overtager derefter cellernes reproduktive maskiner til at reproducere deres eget genom og kapsid.

Capsid -dannelse er et af de mest afgørende trin i processen med virusinfektion. Kapsiden kan være cylindrisk eller konisk i form, men mere almindeligt antager det en icosahedral struktur, som en fodbold.

En icosahedron er en geometrisk struktur med 12 hjørner, 20 ansigter, og 30 sider. En officiel fodbold er en slags icosahedron kaldet en afkortet icosahedron; den har 32 paneler skåret i form af 20 sekskanter og 12 femkanter, med femkanterne adskilt fra hinanden med sekskanter.

Viral samling er ikke godt forstået, fordi vira er meget lille, måling i nanometer, et nanometer er en milliarddel af en meter. Samlingen sker også meget hurtigt, typisk i millisekunder, et millisekund er en tusindedel af et sekund. Teoretisk arbejde og simuleringer er nødvendige for at forstå, hvordan en virus vokser.

"En viral skal er meget symmetrisk, "Sagde Zandi." Hvis der opstår en femkantet defekt på det forkerte sted, det nedbryder symmetrien. På trods af denne følsomhed, virale skaller samles ofte i veldefinerede symmetriske strukturer. "

Nano biler

Zandi forklarede, at på grund af mangel på eksperimentelle data, virussamlingsprocessen er ikke godt forstået. Det nye værk fandt kapsidproteiners elastiske egenskaber og det attraktive samspil mellem dem går hånd i hånd for at danne meget symmetriske konfigurationer, der energisk er meget stabile.

"Ved at finjustere disse parametre, vi kan kontrollere den endelige struktur og stabilitet af virale kapsider, "sagde hun." Disse virale kapsider kan bruges som nano-containere til transport af lægemidler som last til bestemte mål. Det, der gør dem meget lovende til lægemiddellevering og genleveringsformål, er, at de er stabile, har en høj optagelseseffektivitet, og har lav toksicitet. "

Allerede, nogle eksperimentelle grupper arbejder med farmaceutiske virksomheder for at designe lægemidler, der forstyrrer eller blokerer viral samling. Hendes laboratorium arbejder sammen med internationale samarbejdspartnere for at designe simuleringer for bedre at forstå virussamling.

"At forstå de faktorer, der påvirker stabiliteten af ​​de endelige virale strukturer, kan gøre lægemiddelleveringsprocesser mere kontrollerbare, " hun sagde.