Naukowcy z Uniwersytetu w Lund wraz z kolegami z ośrodka synchrotronowego NIST w USA sprawdzili na poziomie atomowym, co dzieje się w cząsteczce wirusa, gdy temperatura wzrasta.
Wirusom brakuje własnego metabolizmu i zdolności do niezależnej replikacji — ich namnażanie jest całkowicie zależne od komórki gospodarza. Wirus przejmuje kontrolę nad wewnętrzną maszynerią zakażonej komórki, wytwarzając nowe cząsteczki wirusa, które następnie są uwalniane i rozprzestrzeniają się, infekując inne komórki. Praca została opublikowana w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.
Gdy temperatura wzrasta, materiał genetyczny wirusa zmienia swoją formę i gęstość, stając się bardziej płynny, co prowadzi do jego szybkiego wniknięcia do komórki.
– mówi Alex Evilevitch, badacz z Uniwersytetu w Lund, który kierował badaniem
W większości przypadków materiał genetyczny wirusa, DNA, jest zamknięty w ochronnej otoczce białkowej zwanej kapsydem. Grupa badawcza na Uniwersytecie w Lund pracuje nad zrozumieniem procesu, w którym wirus wyrzuca swój materiał genetyczny z kapsydu do komórek oraz co powoduje uwolnienie DNA wirusa. Wszystko zaczęło się od badania opublikowanego w 2014 roku, w którym naukowcy z Uniwersytetu w Lund zaobserwowali, że pod wpływem temperatury infekcji, wynoszącej około 37 stopni Celsjusza, następuje nagła zmiana w materiale genetycznym wirusa.
Im bardziej podnosiliśmy temperaturę, tym sztywniejsze stawało się DNA wirusa. I wtedy nagle, w temperaturze infekcji, coś się działo. To było tak, jakby w cząsteczce wirusa nie było już DNA – sztywność zniknęła.
– mówi Alex Evilevitch, profesor biologii komórki na Uniwersytecie w Lund
Czy zmiana temperatury otoczenia może mieć wpływ na rozprzestrzenianie się DNA wirusa? Badanie wzbudziło duże zainteresowanie społeczności badawczej, ale szczegółowe opisanie tego, co się wydarzyło, było czasochłonnym wyzwaniem. W ramach modelu eksperymentalnego naukowcy sprawdzili, co dzieje się po wystawieniu wirusów fagowych – wirusów atakujących bakterie – na wzrost temperatury.
Obserwacja wyglądu DNA w cząsteczce wirusa nie jest czymś, co można zrobić w mgnieniu oka. Ich materiał genetyczny jest delikatny, trudny do zobrazowania, a ponadto wirusy fagowe są bardzo małe – około dziesięć razy mniejsze od komórki bakteryjnej. Jednak ostatecznie udało nam się wykorzystać światło neutronowe do zobrazowania struktury DNA wirusa fagowego i jego gęstości wewnątrz kapsydu oraz sprawdzenia, jak zmieniają się one w różnych temperaturach.
– wyjaśnił Evilevitch
W najnowszym badaniu naukowcy wykazali, że temperatura otoczenia odgrywa kluczową rolę podczas otwierania kapsydu, a „DNA wybucha” i przedostaje się do komórki. Komórka zostaje zakażona, dzięki czemu cząsteczki wirusa fagowego mogą dzielić się i rozprzestrzeniać na sąsiednie komórki bakteryjne. „Zaobserwowaliśmy również, że zmiana w strukturze DNA jest bezpośrednio powiązana ze skutecznością wirusa w infekowaniu komórki gospodarza” – skomentował Evilevitch.
Zainteresowanie badaczy lepszym zrozumieniem działania kapsydu i DNA wirusa polega częściowo na zrozumieniu, w jaki sposób DNA i RNA można upakować w tak niewiarygodnie małych objętościach oraz jak można je tak szybko wstrzykiwać do komórki podczas infekcji.
Dzięki temu lepiej rozumiemy, jak szybko DNA może opuścić wirusa i przedostać się do komórki, i może mieć znaczenie przy włączaniu i wyłączaniu wirusa – co jest podstawową zasadą opracowywania nowych środków przeciwwirusowych. Może to mieć również znaczenie dla tego, w jaki sposób kwasy nukleinowe są pakowane do celów terapii genowej.
— powiedział Evilevitch
Czy zatem wnioski z badania można interpretować, że podwyższona temperatura ciała zwiększa ryzyko rozprzestrzeniania się infekcji?
Wyniki badania na to wskazują. Struktura materiału genetycznego wirusa i jego właściwości mechaniczne zmieniają się już wtedy, gdy temperatura ciała wzrasta do 37 stopni. Widzimy również, że wzrost temperatury wpływa na szybkość rozprzestrzeniania się wirusa. Jednak jak dotąd wykazaliśmy to jedynie na hodowli komórkowej w naszym laboratorium i potrzebne są przyszłe badania, w których uwzględni się inne czynniki wpływające na przebieg infekcji, takie jak odpowiedź immunologiczna.
– powiedział Evilevitch
Więcej informacji: José Ramón Villanueva Valencia i in., Temperature-induced DNA density transition in phage λ capsid revealed with contrast-matching SANS, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2220518120
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences | Phys.org
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.