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.
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.
Предыдущие компьютерные симуляции предсказывали два вида путей сборки:
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.
