Mokslininkai pirmą kartą detaliai pamatė, kaip susidaro virusai

Sekite TechNaujienos Google

Mokslininkams pavyko beveik tiesiogiai stebėti, kaip atskiros baltymų dalys susijungia į viruso apvalkalą primenančią struktūrą. Tai procesas, kuris biologijoje tyrinėjamas dešimtmečius, tačiau iki šiol daugelis jo etapų buvo pernelyg trumpi ir sunkiai pagaunami, kad juos būtų galima išmatuoti vieną po kito. Nauja metodika leido atsekti atskiros dalelės augimą molekuliniu tikslumu.

Virusą paprastai sudaro genetinė medžiaga ir ją saugantis baltyminis apvalkalas – kapsidė. Daugelio virusų kapsidės gali susirinkti savaime iš pasikartojančių baltymų vienetų, nors teoriškai šie vienetai galėtų susijungti daugybe skirtingų ir netaisyklingų būdų. Mokslininkus seniai domino, kodėl daugelis tokių surinkimo procesų galiausiai sukuria tvarkingą, gana stabilią struktūrą.

Kaip rugsėjo 16 dieną paskelbė Oksfordo universitetas, tyrėjai stebėjo laboratorijoje sukurtas į virusus panašias daleles, susidedančias iš 60 baltymų vienetų. Tai nėra užkrečiami virusai ir tyrimas neparodė visų viruso susidarymo gyvoje ląstelėje stadijų. Tačiau jis suteikė itin detalų vaizdą apie vieną svarbiausių procesų – virusinio baltyminio apvalkalo savitvarką.

Tyrimas paskelbtas moksliniame žurnale „Nature“. Komanda sujungė dvi technologijas: masės fotometriją, leidžiančią itin jautriai nustatyti atskirų molekulinių objektų masę, ir naują metodą, kuriuo pavienės dalelės sulaikomos stebėjimui. Dėl to mokslininkai galėjo vis iš naujo nustatyti augančios dalelės masę ir matyti, kada prie jos prisijungia nauji baltymų vienetai.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 47 minutės

Kvapus galėsime persiųsti internetu: sukurtas prietaisas, perduodantis kavos ir kitus aromatus nuotoliu

4 min. skaitymo • prieš 48 minutės

Mokslininkai sukūrė robotus su tikrais raumenimis: jie jau šokinėja, plaukia ir vaikšto

4 min. skaitymo • prieš 49 minutės

Ukraina pirmą kartą gavo prieigą prie NATO ginkluotės pirkimų sistemos: prasideda nauja karo era?

Visi naujausi straipsniai →

Surinkimo procesas primena kelią per labirintą

Vienas netikėčiausių atradimų – dalelių susidarymas nėra tiesus procesas, kuriame kiekvienas baltymas iš karto randa galutinę vietą. Ankstyvosios jungtys yra silpnos ir grįžtamosios: jeigu baltymai susijungia netinkamu būdu, struktūra gali iširti, o atskiros dalys vėliau bandyti jungtis iš naujo. Tokia galimybė daryti „klaidas“ iš tikrųjų padeda surasti tinkamą galutinę formą.

Pasak vieno tyrimo vadovų Roi Asoro, lemiamas žingsnis įvyksta tada, kai penki didesni baltyminiai struktūros elementai uždaro penkiakampį žiedą. Tai tampa pirmąja ypač stabilia tarpine struktūra. Nuo šio momento naujiems stabilesniems etapams pasiekti reikia vis mažiau papildomų vienetų, todėl dalelės augimas paspartėja.

Šį mechanizmą mokslininkai lygina su keliu per sudėtingą labirintą. Galimų posūkių yra labai daug, tačiau tik nedidelė dalis jų veda į stabilius tarpinius taškus. Kai vienas toks taškas pasiekiamas, struktūra lengviau pereina prie kito. Taip tūkstančiai teorinių surinkimo kelių faktiškai susiaurėja iki kelių produktyvių maršrutų.

Ankstesni virusų įvairovės tyrimai taip pat rodo, kiek dar nežinomų procesų mokslui lieka atskleisti. „TechNaujienos.lt“ neseniai aprašė beveik 12 tūkst. virusų grupių atradimą Ramiajame vandenyne. Šios įžvalgos leidžia paaiškinti svarbią biologinę savybę: itin sudėtingos struktūros gali atsirasti be centrinio valdymo mechanizmo. Baltymai neturi atskiro „plano“ ar išorinės surinkimo mašinos; tinkamą geometriją palaipsniui atrenka jų tarpusavio fizinės sąveikos. Tai vienas pagrindinių vadinamosios molekulinės savitvarkos pavyzdžių.

Anksčiau tyrėjai dažnai turėdavo dalelių vaizdus prieš ir po surinkimo arba skirtingais momentais paimtų mėginių rezultatus. Toks būdas naudingas, bet jis nebūtinai parodo, kaip būtent viena struktūra pasikeitė laikui bėgant. Naujasis metodas leidžia sekti tą pačią dalelę, todėl galima tiesiogiai matyti, kurie etapai trunka ilgiau, o kurie įvyksta labai greitai.

Galima reikšmė vakcinoms ir antivirusiniams vaistams

Virusinio apvalkalo surinkimas yra vienas potencialių antivirusinių vaistų taikinių. Jeigu tyrėjai sužinos, kurios trumpalaikės jungtys būtinos tinkamai kapsidei susidaryti, ateityje galbūt galės kurti medžiagas, sutrikdančias būtent šiuos etapus. Tačiau pats naujas matavimo metodas dar nėra gydymo būdas ir tyrimas neįrodė konkretaus vaisto veiksmingumo.

Į virusus panašios dalelės gali būti naudingos ir vakcinų kūrimui, nes jų baltyminis paviršius gali imituoti viruso išorę be infekcinės genetinės medžiagos. Gebėjimas valdyti ir patikimai atkartoti tokių struktūrų susidarymą galėtų palengvinti jų gamybą bei kokybės tikrinimą. Kiek toks metodas bus pritaikomas įvairių virusų baltymams, dar reikės nustatyti atskiruose eksperimentuose. Platesnį biologinių struktūrų tyrimų kontekstą atskleidžia ir nauji baltymų stebėjimo metodai, kuriais siekiama aptikti anksčiau sunkiai išmatuojamus procesus ląstelėse.

Tyrimui vadovavo Oksfordo universiteto chemijos mokslininkai, tarp jų Philippas Kukura, Roi Asoras ir Danas Loewenthalis. Vienas projekto privalumų – fizinių matavimų ir matematinio modelio derinys. Tyrėjai galėjo ne tik pamatyti tarpinius etapus, bet ir vertinti, kiek stipriai baltymai tarpusavyje sąveikauja bei kodėl vienos formos išsilaiko ilgiau nei kitos.

Šiuo metu svarbiausia tyrimo riba yra laboratorinės sistemos paprastumas. Tikri virusai gali turėti papildomų baltymų, nukleorūgščių ir kitų ląstelinių komponentų, veikiančių surinkimą. Todėl naujai nustatytų principų nereikia automatiškai priskirti kiekvienam žmogų ar gyvūnus infekuojančiam virusui. Oksfordo komanda parodė konkretų mechanizmą aiškiai apibrėžtoje sistemoje.

Nors eksperimentas neatsakė į visus virusų biologijos klausimus, jis suteikė naują galimybę tirti, kaip iš daugelio atskirų molekulių susiformuoja viena tvarkinga struktūra. Toks metodas gali būti naudojamas ir platesnėms savitvarkos problemoms – nuo vakcinų dalelių inžinerijos iki kitų sudėtingų biologinių kompleksų tyrimų.