Известно, что вирусы представляют собой патогены, которые варьируются от раздражающих до смертельных, таких как вирусы простуды (риновирусы), SARS-CoV-2 и ВИЧ. Однако «похудевшие версии» различных вирусов полезны ученым в качестве генных челноков, т. е. своеобразного транспортного средства для маркировки клеток и изменения клеточных функций. «Группа обслуживания вирусов» из IST Austria строит такие генные челноки для исследовательских целей, сообщил ISTA.
Генетический материал можно вводить в клетки с целью их изучения с помощью специально изготовленных в лаборатории носителей вирусных генов, являющихся производными природных вирусов. Это позволяет, например, шаг за шагом отслеживать механизмы роста, движения и метаболической активности в клетках, утверждают биоинженеры во главе с Флавией Лейте.
Вирусы как высокоэффективные машины
Природные вирусы — это крошечные молекулярные машины, которые очень эффективно заражают клетки-хозяева и заставляют их производить вирусные частицы. Большинство из них меньше, чем самая короткая длина волны видимого света (фиолетовый при 380 нанометрах = миллиардные доли метра). По словам Лейте, они распространены по всему миру.
Вирусы состоят из белковой оболочки, которая иногда (как в случае с коронавирусом) окружена дополнительной жировой оболочкой. Эти покрытия защищают вирусный геном, на котором написано, что из инфицированных клеток может быть получено много новых вирусов. Эту задачу невольно берут на себя клетки-хозяева, которые в результате обычно повреждают себя.
«В лаборатории Virus Service мы используем модифицированные вирусы, которые больше не представляют опасности, — говорит Лейте. «Они могут заражать клетки, т. е. проникать в них, но они не заразны и не могут перескочить на нового хозяина», — пояснила она Австрийскому агентству печати. — Как только ученые используют их в эксперименте, вирус будет — Генетические челноки почти израсходованы и не могут заразить новые клетки или даже людей или других животных. «Единственная их работа — доставлять белки в клетки», — говорит биоинженер.
Не смешивается с короновирусами
Исследователи работают с челноками вирусных генов на рабочих местах биобезопасности в лабораториях биобезопасности (уровень защиты 1-2).Здесь, например, вирусы SARS-CoV-2 не должны размножаться, потому что теоретически они могут быть заражены челноками вирусных генов, — говорит Лейте. : Этот риск коснется только самих исследователей, потому что вирусы, деградировавшие до генных носителей, не могли распространяться дальше. «Они сконструированы чрезвычайно тщательно, чтобы у них не было генов, с помощью которых они могли бы производить новые вирусы», — объясняет Лейте.
Вместо исходного генетического материала для репликации вируса в клетки вводят любой ген, о функции которого исследователи хотят узнать больше, сообщает Лейте. Часть этого генетического кода предназначена для вставки в естественный геном клетки.
С так называемыми «аденоассоциированными вирусами» можно получить, например, зеленый флуоресцентный белок. Клетки-мишени или определенные структуры внутри них будут видны под микроскопом светящимися зеленым цветом, если они будут подвергнуты воздействию ультрафиолетового света. Помимо зеленого, существуют также синие, красные и желтые флуоресцентные белки, поэтому можно было бы пометить несколько различных структур по цвету, чтобы наблюдать за их развитием.
Выключение генов с помощью света
«Наши вирусы также функционируют как молекулярные инструменты», — говорит Лейте: «Вы можете использовать их, чтобы выключить ген, например, чтобы понять, какую роль он играет в клетке». «Аденоассоциированные вирусы особенно полезны для неврологов, потому что они нацелены на разные типы клеток мозга», — объясняет исследователь. Это означает, что вы можете исследовать отдельные структуры мозга.
«Лентивирусы», в свою очередь, обладают «особой способностью» превращать фрагменты генетического материала (ДНК), которые они несут, в постоянную часть генома клетки. «Таким образом, введенная ДНК затем передается потомству клетки, и мы можем создавать непрерывные клеточные линии», — говорит Лейте. Здесь также возможно введение зеленого флуоресцентного белка. «Например, в ISTA Сандра Зигерт использует их для отслеживания микроглиальных иммунных клеток в головном мозге, а Майкл Сикст использует лентивирусы для наблюдения за перемещением иммунных клеток через плотные ткани».
Группа вирусной службы ISTA в Клостернойбурге также производит производные вирусов бешенства. «Хотя в своей естественной форме он очень опасен, в лаборатории он может помочь нейробиологам составить карту связей в мозге», — сказал Direction техник службы вирусов Марк Смит. Таким образом, информационный путь становится видимым под микроскопом, поскольку вирус заставляет нейроны производить флуоресцентные белки.
