病毒繁殖的细节揭示了物理

病毒的繁殖周期需要自组装,成熟的病毒粒子,感染后,宿主细胞遗传物质的释放。基于物理新技术让科学家研究这个循环的动力,最终可能导致新的治疗方法。Wouter鲁斯,在担任物理病毒学家,格罗宁根大学的物理学家和两位资深同事一起,写了一篇评论文章中对这些新技术,这是物理1月12日发表在《自然评论。

“物理已经使用了很长一段时间来研究病毒,”鲁斯说。物理定律支配的生殖周期的重要事件。近期基于物理技术的进步使人们有可能研究自组装和其他措施单一病毒颗粒和生殖周期的次秒级时间分辨率。这些新技术使我们能够看到的动态病毒,”鲁斯补充道。

能源

2010年,他第一次发表了一篇评论文章的病毒学与他的两个同事的物理方面。那时,几乎所有的研究病毒是相对静态的,例如一个病毒粒子施加压力如何回应。”当时,研究动态过程,如自组装,进行批量,没有放大单个粒子的选项。“这改变了过去几年,因此,我们认为是时候回顾。“摘要”,物理学的病毒动力学”,是由Robijn Bruinsma从加州大学洛杉矶分校(美国)和吉斯Wuite VU阿姆斯特丹(荷兰)。

病毒劫持细胞,并迫使他们做出蛋白质构建块新的病毒颗粒和复制他们的遗传物质(RNA或DNA)。这导致细胞汤充满病毒的部分,自组装产生的颗粒封装的RNA或DNA。“不需要外部能源这一过程。甚至在体外,大多数病毒就会很快的自组装。这个过程是传统上研究散装材料,平均出大量的病毒颗粒的行为。我们不知道的方差在单个粒子的组装。

次秒级扫描

在过去的几年中,技术开发研究这些单个粒子。其中之一是快速原子力显微镜(AFM)。原子力显微镜扫描表面类和原子一般大小的提示,因此能够映射拓扑。”最近,AFM扫描速度的急剧增加,现在我们可以进行次秒级的表面扫描测量使用高速AFM小于1微米的平方,”鲁斯说,他使用AFM。这让我们看到病毒亚单位组装在一个表面上。这是一个非常动态的过程,构件连接和释放。

单分子荧光也用于研究病毒,例如附件病毒蛋白质的DNA。使用光学镊子,我们持有两个小珠子DNA分子的两端。当病毒蛋白质与DNA结合,这将线圈拉近两个珠子。这是用荧光标记的珠子。”另外,蛋白质与荧光标记时,可以观察到附着在病毒DNA或其他蛋白质。第三个技术是使用光学显微镜测量被病毒粒子散射光的干涉。这些模式显示装配过程中粒子的结构。

坚强起来

在病毒周期的其他步骤也可以学习。自组装后,粒子需要加大承受条件在宿主细胞外,”鲁斯说。其他的修改也发生,准备粒子感染其他细胞。这个成熟过程的动力是重要的对于我们了解病毒是如何工作的。后感染新的细胞,病毒粒子分解释放其遗传物质。

新技术正在揭示病毒的物理动力学。它允许科学家如鲁斯和他的同事们研究遗传物质是如何整合和物理原则指导这个过程。大多数抗病毒药物破坏感染的第一步,如绑定病毒颗粒的宿主细胞。使用这种新的动态信息,我们可以开发药物阻止自组装或其他病毒的生殖周期的重要步骤。

纳米技术

了解病毒粒子的物理学研究中使用也很重要,例如在纳米技术作为构建块或作为疫苗中抗原的载体。的几个主要COVID-19疫苗使用腺病毒提供SARS-CoV-2峰值蛋白质的基因细胞,然后表达这种基因,因此产生免疫反应。“了解腺病毒在一起,分解可以帮助创建更为稳定的疫苗。”

参考
Bruinsma R et al。物理的病毒动力学。Nat phy牧师(2021)。https://doi.org/10.1038 / s42254 - 020 - 00267 - 1

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