Исследование: вирусная ДНК заражает клетки, переходя из твёрдого в жидкообразное состояние
Многие двухцепочечные ДНК-вирусы заражают клетки, впрыскивая свой генетический материал в клетку-хозяина. Но как обычно жёсткая ДНК, упакованная внутри белковой оболочки вируса, протекает от вируса к клетке?
В двух отдельных исследованиях биофизик Алекс Эвилевич из Университета Карнеги — Меллон показал, что у вирусов, заражающих как бактерии, так и человека, фазовый переход при температуре заражения позволяет ДНК изменяться из жёсткой кристаллической структуры в жидкообразную, что облегчает инфицирование.
Результаты, опубликованные в Nature Chemical Biology и Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), указывают на новую перспективную мишень для противовирусной терапии. Большинство противовирусных препаратов действуют, деактивируя вирусные белки, но вирусы часто эволюционируют и становятся устойчивыми. Эвилевич считает, что теперь у исследователей есть возможный новый способ предотвратить заражение — блокировать фазовый переход. Такая терапия могла бы быть универсальной для всех типов вирусов герпеса и не была бы склонна к развитию устойчивости.
«Увлекательно то, что физические свойства упакованной ДНК играют очень важную роль в распространении вирусной инфекции, и эти свойства универсальны», — сказал Эвилевич. «Это может привести к терапии, не связанной с генной последовательностью или белковой структурой вируса, что сделает развитие устойчивости к терапии крайне маловероятным».
У большинства вирусов, заражающих бактерии, растения или животных, структуры довольно схожи. Они состоят из внешней белковой оболочки — капсида, который содержит вирусный геном (ДНК или РНК). Во многих ДНК-вирусах длинные нити нуклеиновой кислоты плотно упакованы в кристаллическую структуру. Силы отталкивания, создаваемые слоями генетического материала, оказывают большое давление на капсид, и, согласно предыдущим исследованиям Эвилевича, именно это давление в конечном итоге выталкивает ДНК через крошечный порт в капсиде вируса в клетку-хозяина. Этот порт не больше ширины цепи ДНК.
Чтобы выяснить, как ДНК может легко выходить через такое маленькое отверстие, Эвилевич провёл отдельные исследования на вирусе простого герпеса 1-го типа (HSV-1), заражающем людей, и бактериофаге лямбда, заражающем бактерии.
В исследовании HSV-1, опубликованном в Nature Chemical Biology, Эвилевич выяснял, какие физические условия приводят к успешному заражению. Используя атомно-силовую микроскопию и малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS), он обнаружил, что как ионные условия в клетке, так и температура могут изменять текучесть и подвижность ДНК внутри вируса. Вирусная ДНК была гораздо более текучей при температурах, близких к температуре заражения (37 градусов Цельсия), и при ионных условиях, сходных с условиями в нейронах и эпителиальных клетках — тех самых, которые заражает HSV-1.
В исследовании бактериофага лямбда, опубликованном в PNAS, Эвилевич использовал сверхчувствительную микрокалориметрию и SAXS, чтобы подтвердить наличие перехода ДНК из твёрдого в жидкообразное состояние в фаге. Они обнаружили, что при температуре заражения ДНК фага претерпевает переход от упорядоченного твёрдого состояния к неупорядоченному жидкообразному, что приводило к увеличению подвижности ДНК и последующему заражению клетки.