Вирусы просты и «умны»

Вирусы слишком элементарны, чтобы размножаться самостоятельно, и используют репродуктивный «аппарат» клеток, встраивая в них свой ДНК. Для этого им нужно сначала ввести свой генетический материал в инфицируемую клетку. Международная команда исследователей, включая Кристиана Микелетти из SISSA, изучила, как и сколько времени занимает этот процесс.

Микелетти и коллеги создали компьютерную модель вирусной ДНК и смоделировали высвобождение генетического материала из вирусного капсида в ядро клетки-хозяина. Этот процесс не является плавным и подвержен силам трения, зависящим от конформации нити ДНК.

«Плавность процесса зависит от того, как и насколько сильно вирусная ДНК запутана. Чем более топологически упорядочена двойная спираль генома, тем быстрее она выбрасывается из вируса. Ситуация несколько похожа на поведение правильно намотанного якорного каната: когда якорь бросают за борт, канат разматывается аккуратно, без остановок или рывков из-за узлов».

ДНК имеет внутреннюю особенность, делающую её спонтанную укладку уникальной. Из-за двухцепочечной структуры ДНК имеет тенденцию образовывать высокоупорядоченные клубки, подобно якорному канату или ниткам на катушке. Это не относится к обычным полимерам, которые образуют сложные и хаотичные узлы.

Сравнивая поведение модели ДНК и простой нити обычного полимера, учёные обнаружили:

• В 95% случаев модель ДНК проходила через выходное отверстие вируса намного быстрее, чем простой полимер, из-за большей спонтанной упорядоченности её конформации.
• Простые нити могут быть даже в десять раз медленнее, чем нити ДНК.
• Простые нити, хотя и медленно, всегда полностью покидали вирус.
• В небольшом меньшинстве случаев ДНК оставалась полностью заблокированной. Это связано с её тенденцией образовывать клубок, который иногда может формировать такие сложные торические узлы (похожие на бублик), что полностью блокирует выход из вируса.

Наблюдаемые временные масштабы процесса полностью соответствуют эмпирическим наблюдениям, «включая все случаи полной остановки ДНК, о которых сообщалось, но не объяснялось, в некоторых экспериментах».

«Наше исследование, которое оценило время, необходимое вирусной ДНК для выхода из капсида в зависимости от её длины и степени упаковки, может стать отправной точкой для разработки искусственных вирусных векторов».

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).