Cercetătorii urmăresc asamblarea virusurilor, moleculă cu moleculă
Cercetătorii de la Universitatea Oxford au reușit să surprindă asamblarea pas cu pas a particulelor individuale asemănătoare virusurilor, dezvăluind modul în care interacțiuni moleculare simple pot construi în mod fiabil aceste structuri biologice complexe. Rezultatele au fost publicate în revista Nature.
Virusurile își protejează materialul genetic în interiorul unor învelișuri proteice precis organizate, numite capside. Aceste structuri pot conține zeci sau chiar mii de componente proteice, care, în multe virusuri, se asamblează spontan în forma corectă, fără un plan director sau un mecanism de ghidare.
Deși procesul este studiat de zeci de ani, observarea sa directă s-a dovedit extrem de dificilă. Structurile intermediare esențiale sunt rare și adesea de scurtă durată, astfel încât experimentele convenționale pot arăta ce există înainte și după asamblare, fără a dezvălui neapărat pașii moleculari care leagă cele două momente.
O metodă care urmărește asamblarea în timp real
Echipa de la Oxford a abordat această problemă folosind o particulă asemănătoare virusului, modificată genetic, alcătuită din 60 de unități proteice. Cercetătorii au combinat fotometria de masă, o tehnologie dezvoltată la Oxford care măsoară masa moleculelor individuale detectând lumina pe care o împrăștie, cu o metodă nouă de confinare a moleculelor individuale pentru a le putea observa în mod continuu.
Această abordare le-a permis să „cântărească” în mod repetat o particulă pe măsură ce noi componente proteice i se alăturau, dezvăluind astfel creșterea sa pas cu pas.
„Această metodă ne permite să studiem direct procesul de asamblare. Practic, înregistrăm un video”, a declarat Dan Loewenthal, student la doctorat și co-prim autor al studiului.
Un labirint molecular cu puține rute corecte
Studiul a arătat că procesul funcționează asemenea găsirii unei rute printr-un labirint în care doar virajele productive se blochează în poziție. Blocurile proteice inițiale formează conexiuni slabe și reversibile, permițând aranjamentelor nereușite să se destrame și să fie încercate din nou.
Însă atunci când proteinele formează anumite structuri închise, multiplele lor conexiuni le fac mult mai stabile. Aceste structuri acționează ca un număr mic de repere moleculare, canalizând progresiv un proces altfel extrem de complex către particula finalizată.
Un moment crucial apare atunci când cinci blocuri proteice mai mari formează un inel pentagonal închis — prima structură deosebit de stabilă din traseu. După acest pas, sunt necesare mai puține blocuri proteice pentru a ajunge la fiecare nou stadiu stabil, ceea ce permite accelerarea procesului de asamblare.
„Un virus trebuie să rezolve o problemă de construcție extraordinară. Componentele sale trebuie să găsească cumva aranjamentul corect printre un număr uriaș de posibilități, fără un plan sau o mașinărie care să dirijeze procesul. Acum putem urmări ce se întâmplă moleculă cu moleculă și vedem regulile fizice care fac acest lucru posibil”, a explicat Roi Asor, co-autor principal al studiului.
Implicații pentru vaccinuri și antivirale
Rezultatele explică modul în care un proces de asamblare cu un număr enorm de trasee teoretic posibile poate fi canalizat prin relativ puține etape productive. De asemenea, dezvăluie de ce pasul inițial dificil, cunoscut sub numele de nucleație, este urmat de o creștere mult mai rapidă odată ce asamblarea a început.
„Interacțiunile slabe oferă sistemului spațiu pentru greșeli. Majoritatea întâlnirilor nu trebuie să fie reușite: componentele se pot separa și încerca din nou. Dar odată ce suficiente componente se adună în aranjamentul închis corect, structura devine stabilă și asamblarea poate avansa. Această combinație de încercare și eroare, urmată de blocarea structurilor reușite, face procesul atât de fiabil”, a adăugat Asor.
„Capacitatea de a înțelege aceste procese la nivel molecular ar putea avea aplicații importante în dezvoltarea vaccinurilor și a antiviralelor care perturbă asamblarea virală”, a notat Jack Tan, co-autor al studiului.
Mai larg, principiul s-ar putea extinde dincolo de virusuri. Auto-asamblarea este fundamentală pentru biologie, stând la baza unor structuri care variază de la scheletul celular la compartimente moleculare și complexe proteice. Cercetătorii susțin că abordarea lor oferă o modalitate de a investiga aceste procese o moleculă pe rând.
