一連の中性子散乱測定により、ウイルス DNA の構造がかつてないほど詳細に解明され、人体に近い温度で DNA がより流体状になる変化に新たな光が当てられました。測定を行ったスウェーデンのルンド大学の研究者らによると、これらの構造変化は、ウイルスがDNAを宿主細胞に放出し、感染を促進する速度の説明に役立つという。
細菌や真菌とは異なり、ウイルスは宿主なしでは生存できません。ただし、細胞に感染すると、新しいウイルス粒子が生成され、それが他の細胞に感染します。その間ウイルスの遺伝情報を保護するために、ウイルス DNA は通常、カプシドとして知られるタンパク質の殻の中に閉じ込められています。
最新作ではチームリーダー アレックス・イビルビッチ そして同僚らは、ファージウイルス、つまり細菌を攻撃するウイルスに焦点を当てた。の放射光研究施設からの中性子を使用 米国国立標準技術研究所(NIST) メリーランド州ゲイサーズバーグでは、ウイルス DNA の構造とキャプシド内の密度を温度の関数として画像化しました。
「私たちが採用した技術は小角中性子散乱 (SANS) と呼ばれるものですが、通常は微生物研究には使用されません」とイビルヴィッチ氏は言います。 「ファージ細菌ウイルスを中性子線に曝露することで、ウイルスがパッケージングされたDNAの構造の詳細を原子レベルの分解能で明らかにすることができます。」
送達動態における中心的な役割
研究者らは、キャプシド内の DNA 物質の構造が 37 °C の温度にさらされると突然の構造変化を受けるという以前の発見を追跡するためにこの研究に着手しました。これは人体の通常の温度であり、感染の最初のステップであるウイルスがその遺伝物質を細胞に運ぶ方法において、構造が中心的な役割を果たすことを意味します。注目すべき点は、ウイルス内の DNA が非常に高密度でパッケージ化されており、その長さはカプシドの直径の数百倍です。それでも、感染中、DNA は単一の細孔を通ってカプシドから急速に排出されます。
これがどのようにして起こるのかは謎だ、とイヴィレヴィッチは言う。 「キャプシド内の DNA の実装密度が高く、隣接する負に帯電した DNA 表面間の距離がわずか数オングストロームであるため、強力な静電気摩擦が DNA の排出を妨げます」と彼は説明します。 「そこで私たちは、温度がウイルスゲノムの構造にどのような影響を与えるかを調査することにしました。最適な体温(37℃)ではウイルスが液体状のDNAを急速に放出できることが知られているからです。」
SANS ではコントラストマッチングが可能であり、タンパク質キャプシドが中性子ビームに対して効果的に見えなくなるため、研究者らは中性子イメージングに非典型的なアプローチを使用することにしました。これにより、代わりにキャプシドの内容に焦点を当て、DNA の形状と密度の詳細を明らかにすることができました。
XNUMXつのフェーズ
「私たちは、ウイルスキャプシド内の DNA が 2 つの相で共存していることを初めて実証しました。キャプシドの周囲にある六角形に秩序のある高密度相と、ウイルスの中心部にある低密度で秩序のない流体状の相です。カプシドだ」とイビルビッチは語る 物理学の世界。 「温度の上昇はDNAの転移を引き起こし、周縁部の秩序あるDNAの一部が中心部の秩序の低い相に移動し、これによりウイルスから細胞内へのDNAの排出が開始されます。」
Evilevich氏によると、これらの発見は、温度が感染プロセスにおいて重要な役割を果たしており、中性子散乱がウイルスカプシド内のウイルスゲノムの構造を研究するのに有用なツールであることを示しているという。
中性子が自己集合の秘密を明らかにする
ルンドチーム は現在、1 型ヒトヘルペスウイルスにパッケージされた DNA の密度変化を調査するために、中性子光を利用したアプローチを最適化しています。 「この知識は、DNA排出メカニズムを理解するために重要であり、ひいては感染の経過を制御する可能性があります」とイヴィレヴィッチ氏は言う。 「これは潜伏性(休止状態)または溶解性(活動性で、ウイルスが急速に複製する)のいずれかになります。」
これまでのところ、Evilevichらは実験室の細胞培養におけるDNA密度の変化のみを観察している。将来的には、免疫反応やそれが感染の経過にどのような影響を与えるかなどの要因を考慮した分析が必要になるだろう、と研究者らは述べている。
最終的に、研究者らはこの研究の結果を信じています。 PNASこれは、DNAがどのようにウイルスから出て宿主細胞に入るのかを科学者がより深く理解するのに役立つ可能性がある。これは、事実上ウイルスのオンとオフを切り替える技術を開発する上で重要になる可能性がある。さらに、これは新しい抗ウイルス剤の開発に役立つ可能性があります。
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- 情報源: https://physicsworld.com/a/viruses-change-structure-at-the-temperature-of-the-human-body-to-better-infect-us/
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