Физическая вирусология показывает динамику репродукции вирусов

Репродуктивный цикл вирусов требует самосборки, созревания вирусных частиц и, после заражения, высвобождения генетического материала в клетку-хозяин. Новые технологии, основанные на физике, позволяют ученым изучать динамику этого цикла и в конечном итоге могут привести к новым методам лечения. В качестве физического вирусолога Воутер Роос, физик из Университета Гронингена, вместе с двумя давними коллегами написал обзорную статью об этих новых технологиях, которая была опубликована в Природа Физика 12 января.


«Физика давно используется для изучения вирусов», – говорит Роос. «Законы физики управляют важными событиями в их репродуктивном цикле». Недавние достижения в области физических методов сделали возможным изучение самосборки и других этапов репродуктивного цикла одиночных вирусных частиц с разрешением менее секунды. «Эти новые технологии позволяют нам увидеть динамику вирусов», – добавляет Роос.

Энергия

В 2010 году он впервые опубликовал вместе с двумя своими коллегами обзорную статью о физических аспектах вирусологии. «В то время почти все исследования вирусов были относительно статичными, например, на вирусную частицу оказывалось давление, чтобы посмотреть, как она отреагирует». В то время исследования динамических процессов, таких как самосборка, проводились в большом объеме, без возможности увеличения отдельных частиц. «Это изменилось за последние пару лет, и поэтому мы подумали, что пришло время для еще одного обзора». Соавторами этой статьи «Физика вирусной динамики» являются Робин Бруинсма из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) и Гийс Вуите из Амстердамского университета (Нидерланды).

Вирусы захватывают и заставляют их создавать белковые строительные блоки для новых вирусных частиц и копировать их генетический материал (РНК или ДНК). В результате образуется клеточный суп, полный частей вируса, которые самостоятельно собираются с образованием частиц инкапсулированной РНК или ДНК. «Для этого процесса не требуется никакой внешней энергии. И даже in vitro большинство вирусов быстро самоорганизуются ». Этот процесс традиционно изучали на массивном материале, усредняя поведение большого количества вирусных частиц. «Итак, мы понятия не имели о различиях в сборке отдельных частиц».

Сканирование с точностью до секунды

За последние несколько лет были разработаны технологии для изучения этих отдельных частиц в реальном времени. Одним из них является быстрая атомно-силовая микроскопия (АСМ). Атомно-силовой микроскоп сканирует поверхности острием размером с атом и, следовательно, может отображать их топологию. «В последнее время скорость сканирования АСМ резко возросла, и теперь мы можем выполнять сканирование поверхностей менее 1 микрометра в квадрате с использованием высокоскоростной АСМ», – говорит Роос, который сам использует АСМ. «Это позволяет нам увидеть, как субъединицы вируса собираются на поверхности. Это очень динамичный процесс с присоединением и освобождением строительных блоков ».

Одномолекулярная флуоресценция также используется для изучения вирусов, например, прикрепления вирусных белков к ДНК. «Используя оптический пинцет, мы удерживаем две крошечные бусины на каждом конце молекулы ДНК. Когда вирусные белки связываются с ДНК, она сворачивается и сближает две бусинки. Это видно по флуоресцентным маркерам, прикрепленным к шарикам ». С другой стороны, белки с флуоресцентными маркерами можно наблюдать, когда они прикрепляются к вирусной ДНК или к другим белкам. Третья технология заключается в использовании оптического микроскопа для измерения интерференции света, рассеиваемого вирусными частицами. Эти узоры раскрывают структуру частиц во время сборки.

Крепчать

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments