Как вирус упаковывает свой геном: симуляции помогут в создании наноконтейнеров для доставки лекарств

Геном простого РНК-вируса («родная РНК») кодирует создание капсида — белковой оболочки, которая упаковывает и защищает геном, как наноконтейнер.

Команда под руководством Ройи Занди, профессора физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде, разработала теорию и провела серию симуляций, чтобы объяснить, как вирус находит свой собственный геном и как вокруг него формируется капсид, а не вокруг других РНК в клетке.

«Более глубокое понимание формирования капсидов имеет жизненно важное значение для материаловедов и является ключевым шагом в проектировании инженерных нанооболочек, которые могут служить средствами доставки лекарств к конкретным мишеням в организме», — заявила Занди.

Исследование, опубликованное в ACS Nano, показывает, что взаимодействие механических свойств белков, размера генома и силы взаимодействия между геномом и белками капсида может значительно влиять на симметрию, структуру и стабильность капсида.

После проникновения в клетку капсид разрушается, высвобождая геном, который реплицируется. Вновь образованные геномы начинают приобретать капсиды, в основном за счёт электростатического притяжения между положительными зарядами на белках капсида и отрицательными — на геномах. Однако как вирус выбирает и упаковывает именно свою РНК в переполненной среде цитоплазмы клетки-хозяина, где присутствует множество невирусных РНК и других полимеров, оставалось загадкой.

Симуляции команды Занди показывают, что теоретически белки капсида могут упаковать любой невирусный геном. Но именно вирусный геном лучше всего подходит для формирования оболочки из-за взаимодействия энергий на молекулярном уровне.

«Распределение напряжений в белках капсида ниже, когда они упаковывают свой собственный геном, для которого они были закодированы, — пояснила Занди. — Энергия всей системы ниже. Хотя в клетке в изобилии присутствуют более мелкие невирусные РНК, белки капсида склонны формировать оболочку именно вокруг вирусной РНК, потому что получающаяся футбольно-подобная сфера имеет более низкое распределение напряжений».

Эта работа представляет систематическое сравнение теории и экспериментов, что позволит лучше понять роль РНК в пути сборки капсида, его стабильности и структуре.

«Более глубокое понимание роли генома в механизмах сборки вируса может привести к принципам проектирования альтернативных противовирусных средств», — отметила Занди.

Новое исследование — это ранний шаг в понимании вирусной сборки. Этот процесс плохо изучен, поскольку вирусы измеряются нанометрами, а сборка происходит за миллисекунды.

«Для понимания того, как растёт вирус, необходимы теоретическая работа и симуляции», — заключила Занди.