일련의 중성자 산란 측정을 통해 바이러스 DNA의 구조가 전례 없이 자세하게 밝혀졌으며, 인체 온도에 가까운 온도에서 DNA가 더욱 유동적으로 변하는 변화에 대한 새로운 시각이 밝혀졌습니다. 측정을 수행한 스웨덴 룬드 대학의 연구원에 따르면 이러한 구조적 변화는 바이러스가 DNA를 숙주 세포로 방출하여 감염을 촉진하는 속도를 설명하는 데 도움이 됩니다.
박테리아나 곰팡이와 달리 바이러스는 숙주 없이는 생존할 수 없습니다. 하지만 일단 세포를 감염시키면 새로운 바이러스 입자가 생성되어 다른 세포를 감염시킵니다. 그 사이에 바이러스의 유전 정보를 보호하기 위해 바이러스 DNA는 일반적으로 캡시드로 알려진 단백질 껍질 내에 들어있습니다.
최근 작품에서는 팀장 알렉스 이블비치 그리고 동료들은 파지 바이러스, 즉 박테리아를 공격하는 바이러스에 중점을 두었습니다. 싱크로트론 연구 시설의 중성자를 사용 미국 국립 표준 기술 연구소(NIST) 메릴랜드 주 게이더스버그에서 그들은 바이러스 DNA의 구조와 캡시드 내부의 밀도를 온도의 함수로 이미지화했습니다.
"우리가 사용한 기술은 SANS(소각 중성자 산란)라고 불리며 일반적으로 미생물학 연구에는 사용되지 않습니다."라고 Evilevitch는 말합니다. "파지 박테리아 바이러스를 중성자 빔에 노출시킴으로써 우리는 바이러스로 포장된 DNA의 구조적 세부 사항을 원자 분해능으로 밝힐 수 있었습니다."
전달 동역학의 중심 역할
연구자들은 캡시드 내부의 DNA 물질 구조가 37°C의 온도에 노출되면 갑작스러운 구조적 변화를 겪는다는 이전 발견을 추적하기 위해 이 연구를 수행했습니다. 이는 인체의 정상 온도이며, 이는 바이러스가 감염의 첫 번째 단계인 유전 물질을 세포에 전달하는 방식에서 구조가 중심 역할을 한다는 것을 의미합니다. 특히 바이러스 내의 DNA는 매우 높은 밀도로 포장되어 있으며 캡시드 직경보다 수백 배 더 길다. 그럼에도 불구하고 감염 중에 DNA는 단일 구멍을 통해 캡시드에서 빠르게 배출됩니다.
이것이 어떻게 일어나는지는 수수께끼라고 Evilevitch는 말합니다. “캡시드에 있는 DNA의 밀도가 높고 음전하를 띤 인접한 DNA 표면 사이의 분리가 불과 몇 옹스트롬에 불과하기 때문에 강력한 정전기 마찰이 DNA 방출을 방해합니다.”라고 그는 설명합니다. "따라서 우리는 최적의 체온(37°C)에서 바이러스가 액체와 같은 DNA를 빠르게 방출할 수 있다는 것이 알려져 있기 때문에 온도가 바이러스 게놈의 구조에 어떤 영향을 미치는지 조사하기로 결정했습니다."
연구진은 SANS가 대비 일치를 허용하여 단백질 캡시드가 중성자 빔에 효과적으로 보이지 않도록 하기 때문에 중성자 이미징에 비정형 접근 방식을 사용하기로 결정했습니다. 이를 통해 그들은 캡시드의 내용물에 집중할 수 있었고 DNA의 모양과 밀도에 대한 세부 사항을 밝혀낼 수 있었습니다.
두 단계
“우리는 처음으로 바이러스 캡시드 내부의 DNA가 캡시드 주변의 육각형으로 정렬된 고밀도 단계와 코어의 저밀도 덜 정렬된 유체 같은 단계, 두 단계로 공존한다는 것을 입증했습니다. 캡시드입니다.” Evilevitch가 말합니다. 물리 세계. "온도가 증가하면 주변에 있는 정렬된 DNA의 일부가 중앙의 덜 정렬된 단계로 이동하는 DNA의 전이가 촉발되며, 이로 인해 바이러스에서 세포로의 DNA 방출이 시작됩니다."
Evilevitch에 따르면 이러한 발견은 온도가 감염 과정에서 중요한 역할을 하며 중성자 산란이 바이러스 캡시드 내부의 바이러스 게놈 구조를 연구하는 데 유용한 도구임을 보여줍니다.
중성자는 자기 조립의 비밀을 밝힙니다
룬드 팀 현재 1형 인간 헤르페스 바이러스에 포장된 DNA의 밀도 변화를 조사하기 위해 중성자 빛을 이용한 접근 방식을 최적화하고 있습니다. "이 지식은 감염 과정을 제어할 수 있는 DNA 방출 메커니즘을 이해하는 데 중요합니다."라고 Evilevitch는 말합니다. "이것은 잠복(휴면)이거나 용해(활성, 바이러스가 빠르게 복제되는 곳)일 수 있습니다."
지금까지 Evilevitch와 동료들은 실험실에서 세포 배양의 DNA 밀도 변화만 관찰했습니다. 앞으로는 면역 반응과 같은 요인이 감염 과정에 어떤 영향을 미치는지 고려한 분석이 필요할 것이라고 그들은 말합니다.
궁극적으로 연구자들은 이 연구의 결과를 믿습니다. PNAS, 과학자들이 DNA가 어떻게 바이러스를 빠져나가 숙주 세포로 들어가는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 실제로 바이러스를 켜고 끄는 기술을 개발하는 데 중요할 수 있습니다. 결과적으로 이는 새로운 항바이러스제 개발에 도움이 될 수 있습니다.
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