Физики отследили динамику формирования вирионов, подобных ВИЧ
Группа ученых из США установила, что структура белковой решетки, которая позволяет формироваться таким вирусам, как ВИЧ, представляет собой движущуюся динамическую систему. Ранее скрытый от специалистов нанопроцесс, может стать толчком к разработке новых методов лечения, уверены эксперты.
Используя моделирование в сочетании с техникой микроскопии, называемой интерферометрической фотоактивируемой локализационной микроскопией (iPALM), ученые визуализировали, как вирусоподобные частицы ВИЧ (VLPs) формируются в реальном времени, выходя за пределы ограничений методов статической электронной микроскопии, которые требуют статичных образцов для анализа.
«Помимо [динамики формирования] вируса, основным следствием этого метода является то, что вы можете отследить, как молекулы перемещаются в клетке, - говорит ведущий автор иследования из Университета Юты физик Ипсита Саха. – Используя это, вы можете изучить любую биомедицинскую структуру».
В рамках исследования Саха и ее научный руководитель Савиз Саффариан изучили молекулярные конфигурации белковых структур, которые позволяют вирионам (независимым вирусным частицам) становиться зрелыми.
Когда вирус с оболочкой, такой как ВИЧ, реплицируется, он проходит процесс, называемый почкованием, кооптируя компоненты инфицированных клеток, чтобы помочь произвести и выпустить новую частицу вириона, способную инфицировать другую клетку.
«Вирусы - это организмы, которые не могут реплицироваться сами по себе, - пояснил Саха в итервью Science Alert, - поэтому они «захватывают» клеточный механизм для репликации».
Во время описываемого процесса, из зараженной клетки выходит вирусная оболочка, состоящая из нескольких белков. В случае ВИЧ самый важный из них называется Gag, который составляет большую часть структурной решетки вириона.
Эта структурная решетка до сих пор в основном рассматривалась со статической точки зрения из-за ограничений технологий микроскопии, однако новое исследование может помочь специалистам понять, как именно происходит динамическое созревание вируса.
В дополнение к Gag, еще один важный белок, входящий в структуру ВИЧ, называется GagPol, который содержит фермент, называемый протеазой, помогающей инициировать созревание вируса посредством процесса молекулярного связывания, называемого димеризацией.
То, как соответствующие молекулы в ВИЧ нашли друг друга в процессе димеризации, ранее не было полностью изучено, однако новое исследование предложило объяснение этого.
Благодаря комбинации методов, в том числе молекулярному «мечению» и временному анализу, эксперименты показали, что вирусная решетка состоит из динамических, а не статических белков, способных случайным образом собираться, если они находятся в непосредственной близости друг от друга.
Поскольку в экспериментах рассматривались лишь VLP, которые не полностью воспроизводят геном ВИЧ, ученые отмечают, что, возможно, есть вероятность использования тех же методов для изучения того, что на самом деле происходит с вирусом.
«Вполне вероятно, что динамика решетки в ходе созревания вирионов может играть роль в начальной димеризации протеазы и, следовательно, в ее активации, - пишут авторы в статье, опубликованной в Biophysical Journal.
«Дальнейшие исследования должны пролить свет на эти механизмы».
Если будущая работа сможет воспроизвести описанные динамические модели в живом вирусе, ученые сделают огромный шаг в направлении понимания молекулярного созревания вирионов ВИЧ и, возможно, смогут предложить новые методы борьбы с ним.
