Una serie di misurazioni della diffusione dei neutroni ha scoperto la struttura del DNA virale con dettagli senza precedenti, gettando nuova luce sui cambiamenti che rendono il DNA più fluido a temperature vicine a quelle del corpo umano. Secondo i ricercatori dell'Università di Lund, in Svezia, che hanno effettuato le misurazioni, questi cambiamenti strutturali aiutano a spiegare la rapidità con cui i virus rilasciano DNA nelle cellule ospiti, facilitando così l'infezione.
A differenza dei batteri o dei funghi, i virus non possono sopravvivere senza un ospite. Una volta infettata una cellula, però, producono nuove particelle virali che poi infettano altre cellule. Per proteggere nel frattempo le informazioni genetiche del virus, il DNA virale è solitamente racchiuso all’interno di un guscio proteico noto come capside.
Nell'ultimo lavoro, caposquadra Alex Evilevich e colleghi si sono concentrati sui virus fagici, cioè quelli che attaccano i batteri. Utilizzando i neutroni provenienti dall'impianto di ricerca sul sincrotrone del Istituto nazionale degli standard e della tecnologia degli Stati Uniti (NIST) a Gaithersburg, nel Maryland, hanno osservato la struttura del DNA del virus e la sua densità all’interno del capside in funzione della temperatura.
"La tecnica che abbiamo utilizzato si chiama diffusione di neutroni a piccolo angolo (SANS), che non viene generalmente utilizzata per la ricerca microbiologica", afferma Evilevitch. “Esponendo i virus batterici fagici al fascio di neutroni, potremmo rivelare i dettagli strutturali del DNA confezionato viralmente con risoluzione atomica”.
Ruolo centrale per la cinetica di consegna
I ricercatori hanno intrapreso questo lavoro per dare seguito alla loro precedente scoperta secondo cui la struttura del materiale del DNA all'interno del capside subisce un improvviso cambiamento strutturale se esposto a una temperatura di 37 °C. Questa è la temperatura normale del corpo umano e implica che la struttura gioca un ruolo centrale nel modo in cui il virus trasporta il suo materiale genetico in una cellula – il primo passo verso un’infezione. In particolare, il DNA all’interno dei virus è impacchettato ad una densità molto elevata ed è centinaia di volte più lungo del diametro del capside. Anche così, durante l’infezione, il DNA viene rapidamente espulso dal capside attraverso un singolo poro.
Come ciò accada è un enigma, dice Evilevitch. "A causa dell'elevata densità di impaccamento del DNA nel capside e della separazione di pochi angstrom tra le superfici vicine del DNA caricate negativamente, c'è un forte attrito elettrostatico che ostacola l'espulsione del DNA", spiega. “Abbiamo quindi deciso di studiare in che modo la temperatura influisce sulla struttura del genoma virale, poiché è noto che a una temperatura corporea ottimale (37°C) i virus possono espellere rapidamente il loro DNA fluido”.
I ricercatori hanno deciso di utilizzare un approccio atipico per l'imaging dei neutroni perché il SANS consente la corrispondenza del contrasto, il che rende i capsidi proteici effettivamente invisibili al fascio di neutroni. Ciò ha permesso loro di concentrarsi invece sul contenuto del capside e quindi di portare alla luce i dettagli della forma e della densità del DNA.
Due fasi
“Abbiamo dimostrato, per la prima volta, che il DNA all’interno del capside di un virus coesiste in due fasi: una fase ad alta densità ordinata esagonale nella periferia del capside e una fase meno ordinata a bassa densità, simile a un fluido, nel nucleo del capside. il capside”, racconta Evilevitch Mondo della fisica. “Gli aumenti di temperatura innescano una transizione nel DNA in cui una porzione del DNA ordinato nella periferia si sposta verso la fase meno ordinata al centro, che consente l’inizio dell’espulsione del DNA dal virus in una cellula”.
Secondo Evilevitch, questi risultati mostrano che la temperatura gioca un ruolo significativo nel processo di infezione e che la diffusione dei neutroni è uno strumento utile per studiare la struttura dei genomi virali all’interno dei capsidi virali.
I neutroni rivelano i segreti dell'autoassemblaggio
La squadra di Lund sta ora ottimizzando il suo approccio con la luce neutronica per studiare i cambiamenti di densità nel DNA confezionato nel virus dell’herpes umano di tipo 1. "Questa conoscenza sarà importante per comprendere il meccanismo di espulsione del DNA, che a sua volta potrebbe controllare il decorso dell'infezione", afferma Evilevitch. “Questo può essere latente (dormiente) o litico (attivo e in cui il virus si replica rapidamente).”
Finora Evilevitch e colleghi hanno osservato solo cambiamenti di densità del DNA nelle colture cellulari in laboratorio. In futuro saranno necessarie analisi che tengano conto di fattori come la risposta immunitaria e il modo in cui influenzano il decorso dell’infezione.
In definitiva, i ricercatori credono che i risultati di questo studio, che sono dettagliati in PNAS, potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio il modo in cui il DNA esce da un virus ed entra in una cellula ospite, qualcosa che potrebbe essere importante per lo sviluppo di tecniche per, di fatto, accendere e spegnere i virus. A sua volta, ciò potrebbe aiutare nello sviluppo di nuovi agenti antivirali.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/viruses-change-structure-at-the-temperature-of-the-human-body-to-better-infect-us/
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