Jak rozprzestrzeniają się wirusy
W trakcie swojego dojrzewania otoczka białkowa przechodzi ważne zmiany konformacyjne, tj. z prokapsydu (tzw. "prohead" czyli progłówki) do kapsydu (tzw. "head" czyli główki), do którego pakowany jest genom. Fag Sipho HK97 jest modelowym systemem, dla którego możliwe jest wyizolowanie form pośrednich do badania zachodzących zmian strukturalnych. Finansowany przez UE projekt "Structural studies of HK97 bacteriophage assembly and maturation" (HK97 MATURATION) miał na celu zbadanie reorganizacji mechaniczno-chemicznej i towarzyszących jej mechanizmów, przemian termodynamicznych i energetycznych. Wnioski z badań mogą prowadzić do powstania celowanych terapii, gdzie HK97 może być wykorzystany jako system transportujący w nanotechnologii. Organizacja HK97 odbywa się w kilku krokach: samoorganizacja do struktury prokapsydu, proteoliza pod wpływem działania enzymu, ekspansja (duża zmiana konformacyjna) oraz kowalencyjne sieciowanie. Tym dynamicznym przemianom towarzyszą zmiany wolnej energii. W szczególności, kaskada jest przerywana przez nieodwracalne procesy proteolizy i sieciowania, które obniżają bariery kinetyczne i stabilizują nowo powstałe jednostki. Naukowcy zbadali mutację podjednostki HK97 (wolną od proteazy), która zapobiega sieciowaniu lub podobnym interakcjom niekowalencyjnym oraz wyspecjalizowany system ekspresji. Narzędzia te zatrzymują proces dojrzewania na pierwszym pośrednim etapie ekspansji (Expansion Intermediate I) jeszcze przed sieciowaniem. Zespół porównał te pośrednie formy z dojrzałymi cząsteczkami, tzw. Head II, otrzymanymi z proteazy Prohead I. Do charakterystyki wykorzystano zaawansowane technologie: krio-mikroskopię elektronową, w tym krystalografię rentgenowską, mikroskopię elektronową i termografię z protokołami dla pojedynczej cząsteczki. Doświadczenia umożliwiły poznanie mechanicznej roli mechanizmu zapadki brownowskiej w dojrzewaniu. Teoria zapadki brownowskiej wyjaśnia, jak nierównowagowe fluktuacje mogą wywołać w określonych warunkach siłę mechaniczną i ruch. Teoria ta została szeroko wykorzystana w modelach silników molekularnych. Naukowcy określili w skali sub-nanometrycznej strukturę nieusieciowanej cząsteczki Expansion Intermediate I. Zaobserwowane konformacje podjednostki płaszcza sugerują, że uwolnienie naprężeń strukturalnych powoduje wzrost energii, która towarzyszy sieciowaniu i dojrzewaniu kapsydu. Ponadto, egzotermiczny charakter dojrzewania wydaje się być wynikiem interakcji, które stabilizują formy pośrednie. Projekt HK97 MATURATION z powodzeniem wyjaśnił mechanizmy sprzyjające przejściu wirusa z początkowo niezakaźnej, wątłej cząsteczki do stabilnego i zakaźnego wiriona. W przyszłości prace te znacząco przyczynią się do opracowania terapii antywirusowych dla szeregu chorób zakaźnych.
Słowa kluczowe
Kapsyd, wirus, HK97, bakteriofag, pośredni etap ekspansji, sieciowanie
