Первое видео сборки вирусов
Впервые исследователи зафиксировали процесс формирования отдельных вирусов в реальном времени, что позволило изучить кинетику их сборки. Работа даёт новое понимание того, как бороться с вирусами и создавать самоорганизующиеся наночастицы.
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Структурная биология смогла определить структуру вирусов с потрясающей детализацией, вплоть до каждого атома в каждом белке, — сказал Винотан Манохаран, профессор химической инженерии и физики в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук. — Но мы до сих пор не знали, как эта структура собирается сама. Наша техника впервые даёт возможность увидеть, как собираются вирусы, и раскрывает кинетику и пути сборки в количественных деталях".
Метод наблюдения
Исследователи сосредоточились на одноцепочечных РНК-вирусах — самом распространённом типе вирусов на планете. Они изучили вирус, заражающий бактерии E. coli, размером около 30 нанометров. Его капсид (оболочка) состоит из 180 идентичных белков, которые образуют структуру, похожую на футбольный мяч, вокруг одной молекулы РНК (~3600 нуклеотидов).
Для наблюдения использовалась оптическая техника — микроскопия интерферометрического рассеяния. Она не показывает структуру, но позволяет определить размер объекта и его изменение во времени. Учёные прикрепили нити вирусной РНК к подложке и пропустили над ней раствор с белками. С помощью микроскопа они наблюдали, как появляются и постепенно темнеют тёмные пятна, пока не достигают размера зрелого вируса.
Ключевые результаты
- Интенсивность пятен начинала расти с низкого уровня, а затем резко возрастала до уровня целого вируса. Этот скачок происходил в разное время: от менее минуты до более пяти минут.
- После начала сборки процесс не прерывался и шёл до завершения.
- Результаты соответствовали пути сборки, при котором сначала должна сформироваться критическая масса белков — "зародыш" (нуклеус). Только после этого капсид начинает быстро расти до нужного размера. Первый теоретический путь (случайное прилипание белков с последующей перестройкой) был исключён.
- Частота ошибок сборки возрастала при увеличении концентрации белков в растворе.
Значение работы
"Вирусам, собирающимся таким образом, необходимо балансировать между образованием зародышей и ростом капсида. Если зародыши образуются слишком быстро, полные капсиды не могут вырасти. Это наблюдение может дать нам представление о том, как нарушить сборку патогенных вирусов", — отметил Манохаран.
Теперь, когда экспериментально определён путь сборки, можно создавать более точные модели этого процесса. Эти модели также могут быть полезны для проектирования самоорганизующихся наноматериалов.