Первое видео, показывающее формирование отдельных вирусов в режиме реального времени

Впервые ученые зафиксировали образование отдельных вирусов. Они использовали интерферометрический микроскоп для захвата процесса сборки вируса в режиме реального времени. Это может помочь нам лучше понять, как создавать самоорганизующиеся частицы и бороться с вирусами.

Биомолекулы слишком малы, чтобы наблюдать в деталях. Клетки обычно имеют диаметр от 1 до 100 микрометров. Внутри клетки двойная спираль ДНК имеет ширину около 10 нанометров, в то время как ядро ​​(клеточная органелла), заключающее эту ДНК, примерно в 1000 раз больше (10 микрометров).

Последние достижения в области методов микроскопии позволили исследователям изобразить структуру вирусов с беспрецедентным разрешением вплоть до атомного уровня в каждом белке. Тем не менее мы не знаем, как такие структуры собираются сами.

Недавно исследовательская группа в Гарвардском университете смогла сделать снимки, показывающие образование отдельных вирусов. Это первый случай, когда кто-то в реальном времени получил представление о кинетике сборки вируса. Полученные данные могут помочь ученым понять, как бороться с вирусами и создавать самоорганизующиеся частицы.

Что именно они наблюдали и как?

Исследователи проанализировали наиболее распространенный тип вируса на Земле — одноцепочечные РНК-вирусы. Известные человеческие заболевания, вызываемые этими вирусами, включают полиомиелит, лихорадку Западного Нила, вирусную болезнь Эбола, бешенство, простуду и гепатит С и Е.

Они сфокусировались на конкретном вирусе РНК, ширина которого составляет приблизительно 30 нанометров, и который содержит один сегмент РНК, содержащий 180 идентичных белков и 3600 нуклеотидов. Белки формируют структуру в форме футбольного мяча вокруг РНК, объединяясь в пятиугольники и шестиугольники. Эта белковая оболочка вируса называется капсидом.

Поскольку компоненты РНК-вирусов слишком малы, а их взаимодействие слишком слабое, никто не смог изобразить сборку вируса в режиме реального времени.

В этом исследовании исследователи смогли захватить вирусы, используя интерферометрическую микроскопию рассеяния, передовую оптическую технику, основанную на эффективном обнаружении света, рассеянного наноскопическими объектами. Он не показывает структуру вируса, но раскрывает размер вируса и то, как он меняется со временем.

Они делали это, прикрепляя нити РНК к субстрату и пропуская белки по поверхности. Затем они использовали интерферометрический микроскоп для регистрации процесса — появилось несколько темных пятен, которые постепенно становились темнее, пока не достигли размеров полностью развитых вирусов.

Наблюдая за интенсивностью растущих пятен, они определили количество белков, которые со временем прикреплялись к каждой цепи РНК.

Это был необратимый процесс: как только пятна начали собираться, они становились темнее и темнее, пока не закончили. Некоторым из них потребовалась 1 минута, чтобы достичь полной интенсивности вируса, а некоторым — более 5 минут.

Симуляции против реальности

Предыдущие компьютерные симуляции предсказывали два вида путей сборки:

1. Белки прилипают к РНК случайным образом, прежде чем перегруппироваться в капсид.
2. Перед ростом капсида образуется ядро (критическая масса белков).

Исследовательская группа сравнила эти пути с фактическими наблюдениями, полученными в этом исследовании, и обнаружила, что результаты соответствуют второму пути.

Они также заметили, что не все капсиды вырастают в полноценный вирус. Образование ядер должно быть сбалансировано с ростом капсида. Другими словами, если ядро формируется слишком быстро, оно не может вырасти в полноценный вирус.

Мы все еще не знаем, что заставляет эти белки собираться вместе, чтобы сформировать ядро. Но поскольку мы определили путь, мы можем построить новые модели для изучения самосборки наноматериалов.