Сборку вирусных частиц впервые засняли на видео

Американские ученые впервые сняли на видео процесс сборки вирусной частицы. Они обнаружили, что центром сборки обязательно становится вирусная РНК, потом вокруг нее медленно строится «ядро» капсида, а после этого уже присоединяются остальные белки. Им удалось также объяснить, откуда берутся «многоголовые» частицы и капсиды-«переростки», которые иногда встречаются среди вирусов. Работа опубликована в журнале Proceeding of National Academy of Sciences.

Один из возможных способов бороться с патогенными вирусами — блокировать их сборку; так они не смогут выходить из клеток и расселяться по организму. Но для этого необходимо разобраться с тем, как именно эта сборка происходит. Строение капсидов — белковых структур, внутри которых заключены молекулы нуклеиновых кислот вируса — мы уже неплохо себе представляем, а вот как именно из молекулярного раствора возникает упорядоченная симметричная конструкция, все еще неясно.

Рис Гарман (Rees Garmann) и его коллеги из Гарвардского университета изучали динамику сборки вирусного капсида. Их модельным объектом был маленький РНК-содержащий вирус, который заражает клетки кишечной палочки — бактериофаг MS2. Чтобы его рассмотреть, исследователи использовали интерферометрическую рассеивающую микроскопию: суть ее в том, что прибор собирает свет, который рассеивают объект и фон.

Исследователи зафиксировали отдельные молекулы вирусных РНК на подложке и ввели в раствор вирусные белки. Под микроскопом они обнаружили растущие темные пятна. Ученые поставили параллельный эксперимент под трансмиссионным электронным микроскопом, в котором можно было рассмотреть не только размер, но и структуру поверхности частицы. Оказалось, что это действительно капсиды. Их сборку удалось заснять на видео, в среднем она заняла около 300 секунд.

Поскольку в поле зрения одновременно находилось множество частиц, ученые заметили, что они строятся с разной скоростью. Это можно было бы объяснить диффузией: вероятно, белки успевают «доплыть» до некоторых РНК раньше, чем до других. Но после введения белков прошло от 30 до 50 секунд до появления той или иной частицы — это время гораздо больше, чем нужно для диффузии белков в растворе.

Поэтому авторы работы предположили, что для построения вирусной частицы необходимо сначала некоторое белковое ядро, на которое потом садятся остальные молекулы. Вероятно, разница во времени объясняется именно этим: в некоторых частицах оно случайно образуется раньше, а в других — позже. После того, как частица начала расти — то есть ядро сформировалось — рост идет необратимо. Такой вывод исследователи сделали из того, что размеры частиц растут, но никогда не уменьшаются.

Затем ученые повторили свои эксперименты, изменяя концентрацию белков. Они обнаружили, что чем больше белков в растворе, тем быстрее образуются ядра капсида. Время, которое уходит на рост частицы, тоже снижается, но медленнее, чем время образования ядра. Это наблюдение позволило им объяснить аномальные формы капсидов, которые иногда встречаются у разных вирусов.

Если белков не очень много, скорость образования ядра ниже, чем скорость роста, и формируются обычные замкнутые капсиды. Если белков становится больше, то ядра образуются с той же скоростью, что и растет капсид, и получаются «двуглавые» структуры. Если увеличивать концентрацию белков дальше, то возникают «многоголовые монстры», поскольку ядра образуются в больших количествах на еще недоросших капсидах.

Таким образом, ученым удалось впервые зафиксировать на видео процесс сборки вируса и показать, что он состоит из двух этапов: образования ядра и роста капсида. Исследователи полагают, что это важное приспособление к существованию внутри клеток: пока концентрация вирусных белков низкая, ядро формируется крайне медленно, и вирус продолжает размножаться внутри клетки. Полноценные же капсиды начинают образовываться только тогда, когда белков становится достаточно много для формирования ядра.

Раньше ученые рассмотрели, как вирус иммунодефицита человека проникает в ядро клеток, с помощью специально разработанного метода ViewHIV.

Полина Лосева