חוקרים מאוניברסיטת סן דייגו ואוניברסיטת מישיגן שופכים אור חדש על האופן בו וירוסים אורזים בקפדנות את החומר הגנטי שלהם – פריצת דרך שיכולה לעזור לחוקרים להנדס אנטי -ויראלים וטיפולי גנים.
ממצאי הצוות, המתפרסמים בהליכי האקדמיה הלאומית למדע, חושפים כיצד שילוב של תכונות מולקולריות מאפשרות לנגיפים לאסוף באופן סלקטיבי RNA משלהם לפגזי חלבון הנקראים קפסידים תוך התעלמות מגנום המתחרה של התא המארח. בדומה לשריון מולקולרי, קפסידים מגנים על החומר הגנטי של הנגיף מפני נזק ועוזרים לו להתגנב לתאים מארחים.
הידיעה כיצד וירוסים אורזים את ה- RNA שלהם בסלקטיביות גבוהה – הישג שהושג עם יותר מ- 99% דיוק על ידי וירוסים מסוימים – יכול לעזור למדענים להנדס את הגרסאות שלהם לקפסידים במעבדה ולמנף אותם ככלי מדעי רב עוצמה.
מנקודת מבט בריאותית, ניתן להשתמש בקפסידים סינטטיים ליצירת אנטי -ויראלים המכוונים לאריזות RNA, שיכולות להשפיע על בני אדם, חקלאות צמחית ובעלי חיים, כמו גם על רפואה וטרינרית. "
הורה של קריסטין, מנהל המתקן Cryo-EM של MSU ומחבר העיתון האחרון
הפריצה האחרונה הייתה תוצאה של שיתוף פעולה בין חוקרים ספרטניים לבין אלה במעבדת גרמן באוניברסיטת סן דייגו, הבוחנת את הכוריאוגרפיה המולקולרית המורכבת העומדת מאחורי שכפול נגיפי, זיהום ואבולוציה.
ריס גרמן, פרופסור חדש במחלקת הכימיה והביוכימיה של SDSU, אמר כי "חלק מנגיפי ה- RNA בנויים מפחות מ -200 מולקולות," אמר ריס גרמן, פרופסור עוזר במחלקת הכימיה והביוכימיה של SDSU.
"ובכל זאת הם מסוגלים להשיג פעולות מדהימות, כמו לשכפל במספרים אסטרונומיים ובניית מבנים ננומטריים מדויקים."
המארח הכי הרבה
כדי להמחיש את הכמויות המדהימות של וירוסים שנמצאו על פני כדור הארץ שלנו, ההורה מציע לתלמידיה את האיור המנפץ בעיניים: אם אתה מגלה שני קומץ מים מאגם מישיגן, היית מחזיק יותר וירוסים מאשר יש בני אדם על פני האדמה.
בין הנגיפים הללו, הסוגים השופעים ביותר הם בקטריופאגים, או שלבים – וירוסים המדביקים ומשכפלים בתוך חיידקים. במחקר החדש שלהם, החוקרים בדקו פאג שנקרא MS2, אשר מקדים את E. coli.
וירוסים מסתמכים על המכונות המולקולריות של תאים אחרים לשכפול. כאשר MS2 מתחבר לחיידק, הוא מזריק חומר גנטי משלו, ומאלץ את התא המארח להרכיב עותקים נגיפיים.
במהלך תהליך זה, חלבוני מעיל נגיפי מתכנסים סביב RNA נגיפי ליצירת קפסיד, המגן על המטען הגנטי. עם 180 חלבוני מעיל זהים מסודרים לייצור 20 צדדים שונים, הנגיף המתקבל נראה קצת כמו כדור כדורגל או משחק למות.
בסופו של דבר, כאשר התא המארח מתפרץ, משוחרר דור חדש של עותקי הפאגים הללו.
עבור חוקרים כמו גרמן והורה, השאלה הייתה כיצד הפאג יכול לזהות את הגנום שלו ולארוז אותו בצורה כל כך יעילה, במיוחד כאשר ה- RNA מתערבב עם החומר הגנטי המתחרה של המארח בתא.
"סביב 99% מהחלקיקים שאנו רואים בסוף הם עותקים ויראליים נוצרים בצורה מושלמת, כך שזה תהליך נאמנות גבוהה", אמר ההורה, שהוא גם פרופסור במחלקת הביוכימיה והביולוגיה המולקולרית של MSU.
אוריגמי RNA
בהשוואה לסלקס הכפול האייקוני של ה- DNA, RNA הוא חד-גדילי. המשמעות היא שהיא יכולה ליצור מבנים משניים מורכבים כמו בליטות, לולאות וסיכות שיער.
בעבר, החוקרים חשבו שמבנה מסוים הנקרא לולאת גזע TR פעל כאות אריזה ל- MS2. אתה עשוי לחשוב על זה כתמרור מולקולרי המציין היכן יש להתחיל אריזות RNA נגיפיות.
כדי לראות אילו גורמים אחרים עשויים להשפיע על אריזה, החוקרים טמטו באופן שיטתי את הגנום MS2, וייצרו מבני RNA עם תכונות ייחודיות. אלה כללו מולקולות בעלות צורה משתנה, אורך ורצף.
כמו לצפות במוצרים מוגמרים מתגלגלים פס הייצור לאחר שינויים גדולים ברצפת המפעל, הצוות ניתח אז את תוצאות האריזה של Capsid כדי לקבוע את ההשפעה של צירי ה- RNA הללו.
באופן ספציפי, הם הצליחו לראות תוצאות אריזה של קפסיד ייחודיות ולעתים קרובות מפתיעות – חלקיקים ויראליים שהיו קטנים מדי, ואפילו אלה עם צורות לא יעילות.
מה שהחוקרים גילו בסופו של דבר היה שחלבוני מעיל MS2 בעצמם מסוגלים מאוד לארוז באופן סלקטיבי RNA ויראלי, וכי קבוצה מגוונת של תכונות RNA, ולא רק לולאת הגזע הידועה של TR, הייתה השפעה גדולה על התהליך. זה כלל אורך RNA, רצף ומבני גזע ולולאה שונים שעושים את ההבדל הקולקטיבי.
באמצעות הממצאים שלהם, הצוות עוזר לשכתב את ההבנה שלנו כיצד נגיפים מסוימים משיגים את פעולותיהם המרשימות של אריזות RNA. עם קפסידים סינתטיים ומטען גנטי חדש, ניתן למנף את אותם מנגנונים מולקולריים לטובת הכלל הגדול יותר – החל מעריכת גנים וחיסונים לדור הבא של טיפולים מבוססי RNA.
