Исследование обнаруживает, что вирусы полагаются на разнообразные признаки РНК, чтобы упаковывать свои геномы с точностью

Исследователи из Университета штата Сан -Диего и Университета штата Мичиган проливают новый свет на то, как вирусы тщательно упаковывают свой генетический материал – прорыв, который может помочь исследователям инженеров антивирус и генной терапии.

Выводы команды, которые опубликовано в Труды Национальной академии наукипокажите, как комбинация молекулярных свойств позволяет вирусам избирательно собирать свою собственную РНК в белковые оболочки, называемые капсидами, игнорируя при этом собственное конкурирующий геном клетки -клеток. Как молекулярная броня, капсиды защищают вирус генетический материал от повреждения и помогите ему вкрасть в клетки -хозяина.

Знание того, как вирусы упаковывают свою РНК с высокой селективностью – подвиг, достигнутый с точностью более чем на 99% от некоторых вирусов, – может помочь ученым разработать свои собственные версии капсидов в лаборатории и использовать их в качестве мощных научных инструментов.

«С точки зрения здоровья, синтетические капсиды могут быть использованы для создания антивирусных изделий, которые нацелены на упаковку РНК, которые могут влиять на людей, сельское хозяйство растений и животных, а также Ветеринарная медицина,-сказал родитель Кристин, директор MSU Cryo-EM Facility и автор последней статьи.

Последний прорыв был результатом сотрудничества между спартанскими исследователями и в лаборатории Гарманна в Университете штата Сан -Диего, в котором рассматривается сложная молекулярная хореография. Вирусная репликацияинфекция и эволюция.

«Некоторые вирусы РНК построены из менее чем 200 молекул», – сказал Рис Гарманн, доцент Риса Гарманна, а доцент департамента химии и биохимии SDSU и старший автор нового исследования.

«И все же они способны совершать замечательные подвиги, такие как воспроизведение в астрономических числах и строительство точных наноразмерных структур».

Хозяин с самым большим

Чтобы проиллюстрировать ошеломляющие количества вирусов, обнаруженных на нашей планете, родитель предлагает своим ученикам эту сногсшибательную иллюстрацию: если вы собираете две горстки воды с озера Мичиган, вы будете держать больше вирусов, чем люди на земле.

Среди этих вирусов наиболее распространенными типами являются бактериофаги или фаги – вирусы, которые заражают и реплицируются в бактериях. В своем новом исследовании исследователи изучили фаг, называемый MS2, который охотится на E. coli.

Вирусы полагаются на молекулярную машину других клеток для воспроизведения. Когда MS2 присоединяется к бактерии, он вводит свой собственный генетический материал, заставляя клетку -хозяина собирать вирусные копии.

Во время этого процесса белки вирусного покрытия собираются вокруг вирусной РНК с образованием капсида, который защищает генетический груз. С 180 идентичными белками для покрытия, расположенными для создания 20 разных сторон, полученный вирус выглядит немного как футбольный мяч или матрицу игры.

В конце концов, когда ячейка хозяина Открывается взрывы, выпущено новое поколение этих копий фага.

Для таких исследователей, как Гарман и родитель, вопрос заключался в том, как фаг может распознавать свой собственный геном и упаковать его так эффективно, особенно когда РНК смешивается с конкурирующим генетическим материалом хозяина внутри клетки.

«Около 99% частиц, которые мы наблюдаем в конце, являются идеально сформированными вирусными копиями, так что это процесс высокой точки»,-сказал родитель, который также является профессором в Департаменте биохимии и молекулярной биологии МГУ.

RNA origami

По сравнению с культовой двойной спиралью ДНК, РНК одноцепочечная. Это означает, что он может образовывать сложные вторичные структуры, такие как выпуклости, петли и шпильки.

Ранее исследователи думали, что конкретная структура, называемая петлей ствола TR, действовала как сигнал упаковки для MS2. Вы можете подумать об этом как о молекулярном указателе, указывающем на то, с чего должна начинаться упаковка вирусной РНК.

Чтобы увидеть, какие другие факторы могут повлиять на упаковку, исследователи систематически скремивают геном MS2, создавая конструкции РНК с уникальными свойствами. Они включают молекулы различной формы, длины и последовательности.

Как смотреть готовые продукты Сборка После серьезных изменений на заводе, команда проанализировала результаты упаковки капсид, чтобы определить влияние этих настройки РНК.

В частности, они смогли увидеть уникальные и часто удивительные результаты капсидной упаковки – вирусные частицы, которые были слишком малы, и даже те, у кого неэффективные формы.

Исследователи в конечном итоге обнаружили, что сами по себе белки MS2 очень способны выборочно упаковывать вирусную РНК, и что разнообразная группа свойств РНК, а не только известная стволовая петля TR, оказала огромное влияние на этот процесс. Это включало длину РНК, последовательность и различные структуры стебля и петли, имеющие коллективное значение.

Благодаря их выводам, команда помогает переписать наше понимание того, как некоторые вирусы достигают своих впечатляющих подвигов с помощью РНК. С синтетическими капсидами и новым генетическим грузом эти же молекулярные механизмы могут быть использованы для большего блага-от редактирования генов и вакцин до терапии на основе РНК.