07:00 
Вирусы обычно описываются как крошечные оболочки идеальной геометрической формы, в которых с математической точностью упаковывается генетический материал, но новое исследование, проведенное учеными из штата Пенсильвания, выявило преднамеренный дисбаланс в их форме, который помогает им заражать своих хозяев.
Это открытие, по словам исследователей, не только проливает свет на фундаментальную вирусную стратегию, но также открывает двери для разработки противовирусных лекарств и технологий молекулярной доставки, имеющих решающее значение для вакцин, лечения рака, разработки лекарств и редактирования генов.
Команда опубликовала свои результаты сегодня (12 декабря) в журнале Science Advances и подала заявку на патент, связанную с этим открытием.
«У вируса отсутствуют органы чувств, поэтому он использует химические сигналы, чтобы определить, как он реплицирует свой генетический материал в новые вирусные пакеты или сборки с точной полярностью», — сказал Ганеш Ананд, доцент кафедры химии, биохимии и молекулярной биологии в Пенсильванском университете и ведущий автор исследования. «Эта полярность управляет РНК, ее генетическим материалом, который позволяет вирусной инфекции распространяться, и наши исследования показывают, что асимметрия — это то, что придает вирусу эту важную полярность. Вирусы встраивают эти тонкие несовершенства в свои оболочки, чтобы контролировать, как и где их генетический материал упаковывается и готов выйти во время инфекции».
Исследователи использовали передовые методы визуализации, проводимые в финансируемых государством основных учреждениях Пенсильванского университета, чтобы изучить архитектуру вируса морщин репы (TCV). Этот растительный патоген имеет икосаэдрическую или 20-гранную оболочку, которая имеет ту же структуру, что и многие человеческие патогены, такие как энтеровирусы, норовирусы, полиовирус, вирус гепатита B и вирус, вызывающий ветряную оспу.
Они обнаружили, что икосаэдрические вирусы используют одну химическую связь, чтобы склонить чашу весов внутри своих белковых оболочек, чтобы направлять высвобождение РНК и заражать своих хозяев. Эта связь, называемая изопептидной связью, соединяет два структурных белка, входящих в оболочку вируса, и создает тонкую асимметрию, которая группирует РНК вируса на одной стороне частицы, обеспечивая выход генетического материала в одном направлении при заражении хозяина.
Это можно сравнить с трюком или «заряженным» кубиком, — сказал Ананд, имея в виду игральные кости, которые тайно взвешиваются на одной стороне и используются для мошенничества в играх.
"Когда вирус проникает в клетку и начинает распадаться на части, эта конструкция «нагруженного кристалла» гарантирует, что генетический материал вырвется через определенную точку выхода — быстро и в правильном направлении — так что он может немедленно захватить механизмы хозяина, чтобы создать больше вируса», — сказал Ананд.
Одна крохотная изопептидная связь отвечает за эффект «загруженной матрицы», объяснил он. Он действует как своего рода молекулярный шарнир или ремень, прикрепляя РНК к половине частицы и слегка выводя ее из равновесия, создавая подпружиненный геном. Когда вирус проникает в клетки хозяина и начинает распадаться, РНК высвобождается через определенную точку выхода.
«РНК не плавает просто так», — сказал Ананд. «Он расположен именно там, где его могут захватить рибосомы растения, производители белков. Это позволяет вирусу немедленно начать вырабатывать свои собственные белки, прежде чем растение сможет организовать защиту».
Команда запечатлела этот ранее невидимый момент, когда частично разросшийся вирус готов к высвобождению, используя два передовых метода визуализации, которые могут отслеживать микромасштабные изменения внутри клеток: криоэлектронную микроскопию и масс-спектрометрию с водородно-дейтериевым обменом.
"Мы смогли увидеть полярность частицы, и оказалось, что она расположена где-то очень близко к тому месту, где РНК, казалось, хотела выйти", - сказал Варун Венкатакришнан, докторант штата Пенсильвания и соавтор статьи, который руководил аспектами работы, связанными с криоэлектронной микроскопией. «Этот механизм «заряженной матрицы», который мы обнаружили, — это не просто уловка растительного вируса. Это может быть универсальная стратегия того, как эти типы вирусов упаковывают себя».
Для человеческих вирусов, таких как те, которые вызывают простуду или даже те, которые могут привести к менее распространенным заболеваниям, высвобождение РНК является критическим шагом. Многие вирусы, такие как полиовирусы или энтеровирусы, имеют икосаэдрическую оболочку, и им необходимо выбрасывать свою РНК в нужное время и в нужном месте внутри клетки-хозяина. Если бы они могли повлиять на этот процесс, как это делает вирус морщинистой репы, они бы получили скорость и точность, необходимые для обхода иммунной защиты, сказал Венкатакришнан.
Поиск способа нарушить процесс высвобождения РНК путем воздействия на асимметричные элементы, такие как изопептидная связь в вирусе морщин репы, может привести к созданию новых противовирусных методов лечения или более эффективных РНК-терапевтических препаратов, лекарств, которые предотвращают инфекции и аутоиммунные расстройства, объяснил Шон Брэт, постдокторант из Пенсильванского университета и соавтор статьи.
