Výzkumníci pod vedením fyzika Markuse Deserna z Carnegie Mellon University a chemičky Christine Peter z University of Konstanz (Německo) vyvinuli počítačovou simulaci, která rozdrtí virové kapsidy. Tím, že umožňuje výzkumníkům vidět, jak se tuhé skořápky rozpadají, poskytuje simulace výpočetní okno pro sledování toho, jak se skládají viry a proteiny. Studie je zveřejněna v říjnovém vydání The European Physical Journal Special Topics.
„Koncept rozbití něčeho, abyste viděli, jak se to vyrábí, není nový. To je to, co se dělá v urychlovačích částic a v laboratořích materiálové vědy po celém světě – nemluvě o batolatech, která rozbijí své hračky, aby viděli, co je uvnitř,“řekl Deserno, profesor na katedře fyziky a člen Iniciativy pro biologickou fyziku. simulaci, díky které můžeme vytvořit virus, rozdrtit ho a zjistit, co se stane při velmi vysoké úrovni rozlišení."
Virové kapsidy, proteinové obaly, které zapouzdřují a transportují virový genom, jsou jedním z nejsilnějších přírodních nanokontejnerů. Skořápky vznikají, když se kopie kapsidových proteinů spontánně spojí a složí do kulaté, geometrické skořápky. Pochopení toho, jak se tyto proteiny spojují, aby vytvořily kapsidy, může výzkumníkům pomoci vyrobit podobné nanokontejnery pro různá použití, včetně cíleného dodávání léků. Navíc by simulace mohla zaplnit prázdnotu pro virology a umožnit jim studovat fáze sestavení viru, které nejsou schopni experimentálně vidět.
Studium samouspořádání virových kapsid je obtížné. Většina virů je příliš malá – asi 30 až 50 nanometrů – a kapsidové proteiny se spojují příliš rychle na to, aby bylo možné jejich sestavení vidět pomocí tradiční mikroskopie. Jako alternativu si Deserno a kolegové mysleli, že lepším způsobem, jak se dozvědět o sestavení kapsidy, by mohlo být zjistit, co se stane, když se již vytvořená kapsida rozpadne.
Za tímto účelem Deserno a kolegové vytvořili hrubozrnný model kapsidy viru Cowpea Chlorotic Mottle Virus (CCMV). V simulaci aplikovali síly na kapsidu a sledovali, jak na tyto síly reagovala. Jejich model je založen na silovém poli MARTINI, běžně používaném hrubozrnném modelu, s přidanou stabilizační sítí v rámci jednotlivých proteinů, která kompenzovala nedostatky modelu při stabilizaci geometrie skládání proteinu.
Kapsida CCMV se skládá ze 180 identických proteinů. Při sestavování proteiny nejprve tvoří páry, nazývané dimery, a tyto dimery se pak spojují dohromady na rozhraních. Zatímco proteiny jsou stejné, rozhraní se mohou lišit. Na některých místech kapsidy se setkává pět proteinů; u jiných šest. V simulaci výzkumníci zjistili, že když byla na kapsidu aplikována síla, kapsida by se začala nejprve lámat na hexametrických rozhraních, což naznačuje, že tyto kontakty protein-protein byly slabší než ty na pentametrických rozhraních. Naproti tomu pentametrické kontakty se nikdy nezlomily. Vzhledem k tomu, že se nejprve sestavují silnější spojení a ta slabší se spojují později, mohou vědci tyto informace použít k tomu, aby znovu vytvořili, jak se kapsida vytvořila.
V simulaci výzkumníci také našli pravděpodobné vysvětlení pro zvláštní strukturální rys nalezený v kapsidě CCMV. Ve středu hexametrického asociačního místa se ocasní konce šesti proteinů spojují a tvoří beta barel. Beta barely jsou stočené sekundární proteinové struktury. Vědci se domnívají, že působí tak, že poskytují další stabilizaci v pozdější fázi slabších hexametrických rozhraní.
