Des virus éloignés partagent un mécanisme d’auto-assemblage

Comment les centaines de pièces individuelles qui composent les virus s’assemblent-elles en formes capables de propager la maladie d’une cellule à l’autre ?

Résoudre le mystère de l’auto-assemblage peut ouvrir la voie à des avancées techniques telles que des molécules ou des robots qui s’assemblent d’eux-mêmes. Cela pourrait également contribuer à un emballage plus efficace, à une livraison automatisée et à une conception ciblée des médicaments dans notre lutte contre virus qui causent le rhume, la diarrhée, cancer du foie et la poliomyélite.

“Si nous comprenons les règles physiques de l’assemblage des virus, nous pouvons essayer de leur faire former des structures incorrectes pour empêcher leur propagation”, a déclaré Rees Garmann, chimiste à l’Université d’État de San Diego et auteur principal d’un nouvel article qui remplit un pièce du puzzle.

Garmann, ainsi que deux étudiants diplômés du SDSU et collaborateurs à Harvard et à UCLA, ont conclu que deux virus à ARN éloignés – l’un qui infecte les bactéries et l’autre qui infecte les plantes – exécutent cette chorégraphie chimique de manière étonnamment similaire.

Dans les deux virus, et potentiellement dans d’autres, le composants protéiques modèle parfaitement en pentagones et hexagones qui forment une coquille icosaédrique symétrique, l’une des formes les plus répandues parmi tous les virus, grâce à un échafaudage fourni par un brin d’ARN en boucle et plié.

Semblable à la façon dont un flocon de neige nécessite quelques molécules d’eau glaciale pour entourer une particule de poussière avant de se cristalliser, un virusLa sphère de protéines ressemblant à une salle de gym de la jungle ne fusionne rapidement qu’après que quelques protéines se soient attachées de manière lâche à l’ARN.

“Sans les interactions entre les protéines et l’ARN que mes étudiants, Fernando Vasquez et Daniel Villareal, étudiaient, il faudrait très longtemps – des semaines, des mois, peut-être jamais – pour que ce virus s’assemble”, a déclaré Garmann.

Pourtant, l’ensemble du processus d’assemblage, que Garmann et ses collaborateurs ont capturé dans des vidéos détaillées à l’aide d’un microscope innovant iSCAT (diffusion interférométrique) qui enregistre les virus individuels, ne prend que quelques minutes.

“La technique iSCAT a ouvert une nouvelle fenêtre sur l’auto-assemblage des virus”, a déclaré Vinothan N. Manoharan, co-auteur de l’étude et professeur de génie chimique de la famille Wagner et professeur de physique à la John A. Paulson School of Engineering and Sciences appliquées. “Ce n’est qu’en voyant des virus individuels se former que nous avons pu déterminer qu’ils ne s’assemblent pas tous en même temps. C’était la clé pour comprendre le auto-assemblage mécanisme commun aux deux types de virus.”

Garmann dit que leurs expériences montrent la voie pour répondre au prochain grand mystère de la façon dont les virus garantissent l’exactitude et la fonctionnalité à toutes les étapes du processus. ligne d’assemblage.

En savoir plus sur la façon dont les virus s’assemblent est lié au paradoxe physique des années 1950 de la façon dont les protéines se replient dans leurs formes appropriées beaucoup plus rapidement que si elles s’appuyaient uniquement sur des rencontres fortuites – un processus estimé à prendre plus de temps que les milliards d’années d’existence de l’univers.

Un dossier clos, d’autres ouverts

Bien que les virus de cette étude et le virus qui cause le COVID-19 aient tous deux de l’ARN, les chercheurs disent qu’il serait prématuré d’étendre ces découvertes au virus SARS-CoV-2 plus gros et plus étrange.

“L’espoir de notre recherche est d’en savoir plus sur certaines interactions physiques fondamentales qui se produisent dans ces systèmes modèles”, a déclaré Vasquez, doctorant en chimie. “Peut-être qu’avec plus de données et de temps, ils peuvent être appliqués à l’étude d’un nouveau virus.”

“L’auto-assemblage – concevoir des composants qui savent s’assembler – est totalement différent de la façon dont nous construisons des choses ordinaires”, a déclaré Garmann. “En tant qu’ingénieurs, nous avons beaucoup à apprendre des virus.”