Цветной биосенсор в настоящем времени показывает, как вирусы штурмуют здоровые клеточки — uzkinobiz.ru

Одиночная клеточка с разными типами трансляции, отмеченными различными цветами.

Вирусы бывают различных форм и размеров и употребляют различные механизмы атаки, чтоб просочиться в организм. Но у всех вирусов есть нечто общее: они могут нанести вред, лишь реплицируясь снутри клеток другого организма — собственного владельца. Команда американских учёных попробовала зрительно смоделировать и с математической точностью узнать все нюансы стратегии вирусной атаки, в том числе и то, как вирусы вторгаются в клетки-хозяева, производящие белки. Их работа может сделать лучше представление обо всех видах вирусных болезней и облегчить докторам их прогнозирование и борьбу с ними.

Лаборатории профессоров кафедры биохимии и молекулярной биологии Тима Стасевича (Tim Stasevich) и кафедры химико-биологической инженерии Брайана Мански (Brian Munsky) Института штата Колорадо (Colorado State University, CSU) уже пару лет изучают, как вирусы принуждают клеточки владельца воспроизводить их. В новейшей работе исследователи в первый раз показали принципиальный механизм атаки вируса на владельца, на уровне одной молекулы в {живых} клеточках, и воспроизвели это поведение в вычислительных моделях. Результаты тестов и модели, размещенные в журнальчике Nature Structural and Molecular Biology, в беспримерных подробностях демонстрируют, как вирусы инициируют трансляцию генетического материала в белки.

Захват владельца

Так как вирусы не могут реплицироваться без помощи других, они захватывают рибосомы владельца, которые нужны для получения белков из генетического материала, содержащегося в РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов). Почти все вирусные геномы содержат особые структуры РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов), участки внутренней высадки рибосомы, либо IRES, которые захватывают рибосомы владельца, заставляя их создавать белки вируса.

Исследователи CSU изобрели биосенсор, который может найти, когда рибосома клеточки производит свои белки, а когда — вирусные. Детектор сияет зелёным, когда клеточка «не больна», и голубым, когда она производит белок вируса. Таковая система дозволяет учёным различать обычные процессы владельца и вирусные процессы в режиме настоящего времени.

Детектор соединяет в для себя надлежащие частички вируса (но не весь вирус), которые ведут взаимодействие с рибосомами владельца и «воруют» их, а также два отдельных белковых тега, которые сияют в момент трансляции РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов). 1-ая авторка исследования, аспирантка Аманда Кох (Amanda Koch) разрабатывала детектор более одного года с целью исследования трансляций РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов) владельца и РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов) вируса сразу.

Луис Агилера (Luis Aguilera), аспирант лаборатории Мански, выстроил подробную вычислительную модель, описывающую запечатлённое видеомикроскопией, снятой Кох. Анализируя данные Кох через линзу 10-ов гипотез и миллионов вероятных композиций, Агилера открыл сложные биохимические механизмы, которые биохимики не могли конкретно созидать. Его модели проявили, что как здоровая людская РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов), так и вирусная РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов) колеблются меж состояниями, когда белки интенсивно экспрессируются, и состояниями, когда белки «молчат».

Клеточный стресс (неспецифическая (общая) реакция организма на воздействие (физическое или психологическое), нарушающее его гомеостаз)

Кроме исследования вирусной трансляции в обычных клеточках, биосенсор Кох дозволяет исследователям визуализировать эффекты разных типов стресса, которым подвергаются клеточки при атаке вируса, а также то, как, где и когда вирусная трансляция усиливается либо слабеет. Интеграция данных микроскопии Кох и вычислительных моделей Агилеры показала, что связь меж обычной и IRES-опосредованной трансляцией почти во всем односторонняя — в здоровых клеточках доминирует обычная трансляция, а в клеточках, находящихся в состоянии стресса, доминирует IRES-трансляция.

Команды Стасевича и Мански подразумевают, что сочетание их неповторимых биохимических детекторов и детализированных вычислительных анализов может стать массивным инвентарем осознания, прогнозирования и контроля того, как будущие лекарства могут работать, чтоб тормозить вирусную трансляцию, не влияя на трансляцию владельца.

Будущие внедрения к КОВИД-19

Исследователи глядят в будущее: они нацелились на COVID-19, хотя SARS-CoV-2 и не содержит IRES.

«Наш биосенсор модульный и может просто включить в себя части SARS-CoV-2, чтоб изучить, как он неповторимым образом захватывает рибосомы владельцев во время инфецирования. — гласит Кох. — Мы можем подробней во всех аспектах разглядеть динамику того, как вирусы попадают в организмы владельцев, чтоб заразить как можно больше клеток и создать нас нездоровыми».