Una serie de mediciones de dispersión de neutrones ha descubierto la estructura del ADN viral con un detalle sin precedentes, arrojando nueva luz sobre los cambios que hacen que el ADN sea más fluido a temperaturas cercanas a las del cuerpo humano. Según los investigadores de la Universidad de Lund (Suecia), que realizaron las mediciones, estos cambios estructurales ayudan a explicar la rapidez con la que los virus liberan ADN en las células huésped, facilitando así la infección.
A diferencia de las bacterias y los hongos, los virus no pueden sobrevivir sin un huésped. Sin embargo, una vez que infectan una célula, producen nuevas partículas de virus que luego infectan otras células. Mientras tanto, para proteger la información genética del virus, el ADN viral suele estar encerrado dentro de una cubierta proteica conocida como cápside.
En el último trabajo, líder del equipo. Alex Evilevitch y sus colegas se centraron en los virus fagos, es decir, aquellos que atacan a las bacterias. Usando neutrones de las instalaciones de investigación de sincrotrón en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) En Gaithersburg, Maryland, tomaron imágenes de la estructura del ADN del virus y su densidad dentro de la cápside en función de la temperatura.
"La técnica que empleamos se llama dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS), y no suele utilizarse para la investigación en microbiología", afirma Evilevitch. "Al exponer los virus bacterianos fagos al haz de neutrones, podríamos revelar los detalles estructurales del ADN empaquetado viralmente con resolución atómica".
Papel central de la cinética de entrega.
Los investigadores emprendieron este trabajo para continuar con su descubrimiento anterior de que la estructura del material de ADN dentro de la cápside sufre un cambio estructural repentino cuando se expone a una temperatura de 37 °C. Esta es la temperatura normal del cuerpo humano e implica que la estructura desempeña un papel central en la forma en que el virus introduce su material genético en una célula: el primer paso en una infección. En particular, el ADN de los virus está empaquetado a una densidad muy alta y es cientos de veces más largo que el diámetro de la cápside. Aun así, durante la infección, el ADN es expulsado rápidamente de la cápside a través de un único poro.
Cómo sucede esto es un enigma, dice Evilevitch. "Debido a la alta densidad de empaquetado del ADN en la cápside y a la separación de apenas unos pocos angstroms entre las superficies vecinas del ADN cargadas negativamente, se produce una fuerte fricción electrostática que dificulta la expulsión del ADN", explica. "Por lo tanto, decidimos investigar cómo la temperatura afecta la estructura del genoma viral, ya que se sabe que a una temperatura corporal óptima (37°C) los virus pueden expulsar rápidamente su ADN en forma de fluido".
Los investigadores decidieron utilizar un enfoque atípico para las imágenes de neutrones porque SANS permite la coincidencia de contraste, lo que hace que las cápsides de proteínas sean efectivamente invisibles para el haz de neutrones. Esto les permitió centrarse en el contenido de la cápside y, por tanto, descubrir los detalles de la forma y densidad del ADN.
Dos fases
“Demostramos, por primera vez, que el ADN dentro de la cápside de un virus coexiste en dos fases: una fase de alta densidad ordenada hexagonalmente en la periferia de la cápside y una fase fluida, menos ordenada y de baja densidad en el núcleo de la cápside. la cápside”, dice Evilevitch. Mundo de la física. "Los aumentos de temperatura desencadenan una transición en el ADN donde una porción del ADN ordenado en la periferia se mueve a la fase menos ordenada en el centro, lo que permite que comience la expulsión del ADN del virus a una célula".
Según Evilevitch, estos hallazgos muestran que la temperatura juega un papel importante en el proceso de infección y que la dispersión de neutrones es una herramienta útil para estudiar la estructura de los genomas virales dentro de las cápsides virales.
Los neutrones revelan secretos del autoensamblaje
El equipo de Lund Ahora está optimizando su enfoque con luz de neutrones para investigar los cambios de densidad en el ADN empaquetado en el virus del herpes humano tipo 1. "Este conocimiento será importante para comprender el mecanismo de expulsión del ADN, que a su vez puede controlar el curso de la infección", afirma Evilevitch. "Esto puede ser latente (latente) o lítico (activo y donde el virus se replica rápidamente)".
Hasta ahora, Evilevitch y sus colegas sólo han observado cambios en la densidad del ADN en cultivos celulares en el laboratorio. Dicen que en el futuro serán necesarios análisis que tengan en cuenta factores como la respuesta inmune y cómo afectan el curso de la infección.
En última instancia, los investigadores creen que los resultados de este estudio, que se detalla en PNAS, podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo el ADN sale de un virus y entra en una célula huésped, algo que podría ser importante para desarrollar técnicas que, de hecho, activen y desactiven los virus. A su vez, esto podría ayudar en el desarrollo de nuevos agentes antivirales.
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