Учёные Оксфордского университета впервые проследили поэтапное формирование вирусоподобной частицы на уровне отдельных молекул. Исследование показало, как белковые компоненты перебирают множество вариантов соединения, пока не складываются в устойчивую оболочку. Результаты работы опубликованы в журнале Nature, о них сообщает SciTechDaily.
Вирусы хранят генетический материал внутри белковых оболочек — капсидов. Такие структуры могут включать сотни и тысячи элементов, но часто формируются самостоятельно, без управляющей молекулярной машины. Исследователи изучили искусственную вирусоподобную частицу, состоящую из 60 белковых единиц.
Сначала белки соединяются непрочно, поэтому ошибочные комбинации распадаются и получают возможность сформироваться заново. Однако после появления замкнутой структуры из пяти крупных белковых элементов возникает устойчивое пятиугольное кольцо. Оно становится промежуточной опорой, после которой для перехода к следующим стабильным стадиям требуется меньше компонентов, а сборка ускоряется.
Для наблюдений специалисты объединили масс-фотометрию — измерение массы отдельных молекул по рассеянному ими свету — с методом, позволяющим удерживать молекулы и непрерывно следить за ними. Благодаря этому одну и ту же частицу можно было многократно измерять по мере присоединения и отделения белков. Соавтор исследования, аспирант Оксфордского университета Дэн Лёувенталь, сказал: “This method lets us study the assembly process directly, we just take a video!”
По словам руководителя работы профессора Филиппа Кукуры, ранее представления о сборке подобных структур в основном основывались на отдельных снимках или теоретических моделях. Теперь исследователи смогли одновременно измерить взаимодействия между компонентами и проследить рост одной частицы, увидеть ключевые промежуточные формы и восстановить подробную модель процесса. Соавтор Рой Асор отметил: “A virus has to solve an extraordinary construction problem. Its components somehow have to find the right arrangement among a huge number of possibilities, without a blueprint or machinery directing the process. We can now watch what happens molecule by molecule and see the physical rules that make it possible.”
Авторы считают, что полученные данные помогут понять надёжность вирусной сборки, основанной на чередовании пробных соединений и закреплении удачных конфигураций. Эти знания могут пригодиться при создании противовирусных препаратов, нарушающих формирование вирусных оболочек, и при разработке вакцин. Тот же подход планируют применять для изучения других процессов биологической самоорганизации, включая образование белковых комплексов и клеточных структур.