Учёные раскрыли механизм упаковки генома вирусов в капсиды

Исследователи изменили геном вируса MS2, чтобы наблюдать различные варианты упаковки. Красная и чёрная частица слева представляет правильно сформированный капсид, тогда как капсиды справа демонстрируют ошибки, вызванные изменениями в их РНК. Серый фон — крио-микрография, показывающая сотни фагов. Автор: Университет штата Мичиган

Исследователи из Университета Сан-Диего и Университета штата Мичиган пролили новый свет на то, как вирусы тщательно упаковывают свой генетический материал. Это открытие может помочь в разработке противовирусных препаратов и методов генной терапии.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Science, раскрывают, как комбинация молекулярных свойств позволяет вирусам избирательно собирать свою РНК в белковые оболочки (капсиды), игнорируя конкурирующий геном клетки-хозяина. Капсиды, подобно молекулярной броне, защищают генетический материал вируса и помогают ему проникать в клетки.

Понимание того, как вирусы упаковывают свою РНК с высокой точностью (достигая более 99% эффективности), может помочь учёным создавать синтетические капсиды для научных и медицинских целей.

«Синтетические капсиды можно использовать для создания противовирусных препаратов, воздействующих на упаковку РНК, что важно для медицины, сельского хозяйства и ветеринарии», — отметила Кристин Парент, директор Центра крио-электронной микроскопии MSU.

Исследование стало результатом сотрудничества учёных из лаборатории Гарманна в Университете Сан-Диего, изучающей молекулярные механизмы вирусной репликации, инфекции и эволюции.

«Некоторые РНК-вирусы состоят менее чем из 200 молекул, но способны к впечатляющим достижениям, таким как репликация в астрономических масштабах и создание точных наноструктур», — добавил Рис Гарманн, доцент кафедры химии и биохимии SDSU.

Вирусы в невероятных количествах

Чтобы проиллюстрировать огромное количество вирусов на планете, Парент приводит студентам пример: две пригоршни воды из озера Мичиган содержат больше вирусов, чем людей на Земле.

Среди них наиболее распространены бактериофаги — вирусы, заражающие бактерии. В исследовании изучался фаг MS2, атакующий кишечную палочку (E. coli).

Вирусы используют молекулярные механизмы клеток для репликации. Когда MS2 прикрепляется к бактерии, он внедряет свой генетический материал, заставляя клетку-хозяина собирать вирусные копии.

В этом процессе вирусные белки формируют капсид вокруг РНК, создавая структуру, напоминающую футбольный мяч. После разрушения клетки-хозяина новое поколение фагов высвобождается.

Секреты РНК

В отличие от двойной спирали ДНК, РНК одноцепочечная и может образовывать сложные структуры — петли, выступы и шпильки. Ранее считалось, что особая структура TR stem-loop служит сигналом упаковки для MS2.

Чтобы выяснить другие факторы, влияющие на процесс, учёные модифицировали геном MS2, создавая РНК с уникальными свойствами. В результате они наблюдали капсиды неправильной формы и размера.

Оказалось, что белки капсида MS2 сами по себе способны избирательно упаковывать вирусную РНК, а не только TR stem-loop. Длина, последовательность и другие структуры РНК также играют ключевую роль.

Это открытие пересматривает представления о механизмах упаковки вирусного генома и открывает новые возможности для генной терапии, вакцин и РНК-препаратов.

Дополнительная информация: Amineh Rastandeh et al, Measuring the selective packaging of RNA molecules by viral coat proteins in cells, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2505190122

Источник: Университет штата Мичиган