I virus, piccoli parassiti che causano malattie che possono infettare tutti i tipi di forme di vita, sono stati ben studiati, ma molti misteri restano. Uno di questi misteri è come un virus sferico aggiri le barriere energetiche per formare gusci simmetrici.

Un gruppo di ricerca guidato dal fisico Roya Zandi presso l'Università della California, lungo il fiume, ha fatto progressi sta risolvendo questo mistero. Il team riferisce in un articolo pubblicato su ACS Nano che un gioco di energie a livello molecolare rende possibile la formazione di un guscio.

Comprendere i fattori che contribuiscono all'assemblaggio virale potrebbe consentire i tentativi biomedici di bloccare la replicazione e l'infezione virali. Una migliore comprensione di come si formano i gusci virali, i nanocontenitori della natura, è di vitale importanza per gli scienziati dei materiali e un passo cruciale nella progettazione di nanogusci ingegnerizzati che potrebbero fungere da veicoli per la somministrazione di farmaci a obiettivi specifici nel corpo.

Il team di Zandi ha esplorato il ruolo della concentrazione proteica e dell'energia elastica nell'auto-organizzazione delle proteine ​​sulla superficie curva del guscio per capire come un virus elude molte barriere energetiche.

"Comprendere l'effetto combinato dell'energia elastica, interazione genoma-proteina, e la concentrazione di proteine ​​nell'assemblaggio virale costituisce la svolta del nostro lavoro, "disse Zandi, professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia. "Il nostro studio mostra che se si forma un guscio disordinato a causa dell'elevata concentrazione di proteine ​​o di una forte interazione attraente, poi, man mano che il guscio si ingrandisce, il costo dell'energia elastica diventa così alto che diversi legami possono rompersi, con conseguente smontaggio e successivo rimontaggio di un guscio simmetrico."

Che cos'è un virus?

L'oggetto fisico più semplice in biologia, un virus è costituito da un guscio proteico chiamato capside, che protegge il suo genoma di acido nucleico, RNA o DNA. I virus possono essere pensati come contenitori mobili di RNA o DNA che inseriscono il loro materiale genetico nelle cellule viventi. Quindi prendono il controllo del macchinario riproduttivo delle cellule per riprodurre il proprio genoma e capside.

La formazione del capside è uno dei passaggi più cruciali nel processo di infezione virale. Il capside può essere di forma cilindrica o conica, ma più comunemente assume una struttura icosaedrica, come un pallone da calcio.

Un icosaedro è una struttura geometrica con 12 vertici, 20 facce, e 30 lati. Un pallone da calcio ufficiale è una specie di icosaedro chiamato icosaedro troncato; ha 32 pannelli tagliati a forma di 20 esagoni e 12 pentagoni, con i pentagoni separati l'uno dall'altro da esagoni.

L'assemblaggio virale non è ben compreso perché i virus sono molto piccoli, misurando in nanometri, un nanometro è un miliardesimo di metro. Anche il montaggio avviene molto velocemente, tipicamente in millisecondi, un millisecondo è un millesimo di secondo. Sono necessari lavoro teorico e simulazioni per capire come cresce un virus.

"Un guscio virale è altamente simmetrico, " disse Zandi. "Se un difetto pentagonale si forma nella posizione sbagliata, rompe la simmetria. Nonostante questa sensibilità, i gusci virali sono spesso assemblati in strutture simmetriche ben definite".

Nano veicoli

Zandi ha spiegato che a causa della mancanza di dati sperimentali, il processo di assemblaggio del virus non è ben compreso. Il nuovo lavoro ha scoperto che le proprietà elastiche delle proteine ​​del capside e l'interazione attraente tra di loro vanno di pari passo per formare configurazioni altamente simmetriche che sono energeticamente molto stabili.

"Mettendo a punto questi parametri, possiamo controllare la struttura finale e la stabilità dei capsidi virali, " ha detto. "Questi capsidi virali possono essere utilizzati come nano-contenitori per il trasporto di farmaci come cargo verso obiettivi specifici. Ciò che li rende molto promettenti per la somministrazione di farmaci e per la somministrazione di geni è che sono stabili, hanno un'elevata efficienza di assorbimento, e hanno una bassa tossicità."

Già, alcuni gruppi sperimentali stanno lavorando con aziende farmaceutiche per progettare farmaci che interferiscono o bloccano l'assemblaggio virale. Il suo laboratorio sta lavorando con collaboratori internazionali per progettare simulazioni per comprendere meglio l'assemblaggio dei virus.

"Comprendere i fattori che influenzano la stabilità delle strutture virali finali può rendere i processi di somministrazione dei farmaci più controllabili, " lei disse.