Вирусы, разделённые эволюцией, используют общий механизм самосборки

Как сотни отдельных компонентов вируса собираются в структуры, способные распространять болезнь? Понимание этого может привести к прорывам в создании самоорганизующихся молекул или роботов, а также к более эффективной упаковке и доставке лекарств.

Химик из Университета штата Сан-Диего Рис Гарманн и его коллеги выяснили, что два эволюционно далёких РНК-содержащих вируса (инфицирующих бактерии и растения) проводят эту «химическую хореографию» поразительно схожим образом.

Ключевой механизм: белковые субъединицы формируют симметричную икосаэдрическую оболочку благодаря каркасу, который предоставляет петлевая и сложенная нить РНК. Процесс аналогичен кристаллизации снежинки вокруг частицы пыли: сфера из белков быстро коалесцирует только после того, как несколько белков слабо связываются с РНК.

• Без взаимодействия белков с РНК сборка вируса заняла бы недели, месяцы или вообще не произошла.
• Весь процесс сборки, зафиксированный на видео с помощью инновационного микроскопа iSCAT (interferometric scattering), занимает всего минуты.

«Метод iSCAT открыл новое окно в самосборку вирусов, — сказал соавтор Винотан Н. Манохаран из Гарварда. — Только наблюдая за формированием отдельных вирусов, мы смогли определить, что они собираются не все одновременно. Это было ключом к пониманию общего механизма».

Это исследование закрывает один вопрос, но открывает другие: как вирусы обеспечивают точность и функциональность на всех этапах «сборочной линии». Полученные знания связаны с физическим парадоксом 1950-х годов о том, как белки сворачиваются в правильную форму гораздо быстрее, чем если бы это происходило случайно.

Применение к SARS-CoV-2 пока преждевременно, так как этот вирус крупнее и имеет другую структуру. Однако изучение фундаментальных физических взаимодействий в модельных системах может в будущем помочь в исследовании новых патогенов.

«Самосборка — проектирование компонентов, которые "знают", как собраться вместе, — кардинально отличается от того, как мы создаём обычные вещи. Как инженерам, нам есть чему поучиться у вирусов», — заключил Гарманн.