Sains & Teknologi

Ilmuwan Berhasil Mengabadikan Video Pembentukan Virus

Pada awalnya, para ilmuwan telah berhasil menangkap video dari virus individu saat mereka terbentuk, menggambarkan perakitan virus. Hasil penelitian ini dapat membantu kita belajar lebih banyak tentang bagaimana kita dapat memerangi virus, dan bagaimana merekayasa partikel nano yang dapat berkumpul sendiri. Karya ini difokuskan pada virus beruntai tunggal sederhana yang terbuat dari RNA, yang merupakan jenis virus paling umum yang kita ketahui; virus-virus ini menyebabkan flu biasa, West Nile, gastroenteritis, dan polio, dan beberapa infeksi lainnya. Temuan ini telah dilaporkan dalam Prosiding National Academy of Sciences (PNAS).

“Biologi struktural telah mampu menyelesaikan struktur virus dengan resolusi luar biasa, hingga setiap atom dalam setiap protein,” kata Vinothan Manoharan, Profesor Keluarga Teknik Kimia Wagner dan Profesor Fisika di Fakultas Teknik Universitas Harvard John A. Paulson. dan Ilmu Pengetahuan Terapan. “Tapi kami masih belum tahu bagaimana struktur itu berkumpul sendiri. Teknik kami memberikan jendela pertama bagaimana virus menyusun dan mengungkapkan kinetika dan jalur secara detail kuantitatif.”

Virus RNA biasanya strukturnya sederhana. Tim Manoharan fokus pada satu yang dapat menginfeksi bakteri. Ini adalah untaian tunggal RNA yang berdiameter sekitar 30 nanometer, dan dapat menghasilkan 180 protein yang identik. Protein-protein ini dapat menyusun diri menjadi pentagon dan heksagon, membentuk kapsid – struktur pelindung yang membungkus virus RNA.

Sampai sekarang, belum ada yang memvisualisasikan pembentukan struktur. Virus memiliki komponen kecil dan sulit untuk diamati secara waktu nyata. Para ilmuwan beralih ke alat yang disebut mikroskop hamburan interferometrik; di dalamnya, cahaya mencerai-beraikan objek dan membuat titik gelap terhadap bidang yang terang. Struktur fisik virus tidak dapat dilihat secara langsung, tetapi perubahan ukurannya dapat divisualisasikan seiring waktu, seperti yang ditunjukkan dalam video.

Dalam karya ini, untaian virus melekat pada substrat sementara para ilmuwan memindahkan protein ke permukaan. Dengan mikroskop interferometrik, mereka dapat menyaksikan ketika bintik-bintik hitam muncul dan tumbuh lebih gelap hingga mencapai ukuran virus yang terbentuk sepenuhnya. Intensitas kegelapan dapat diukur, memungkinkan para ilmuwan untuk menghitung jumlah protein yang menempel pada untaian virus RNA dari waktu ke waktu.

“Satu hal yang kami perhatikan segera adalah intensitas semua titik mulai rendah dan kemudian meningkat hingga intensitas virus penuh,” kata Manoharan. “Penembakan itu terjadi pada waktu yang berbeda. Beberapa kapsul berkumpul dalam waktu kurang dari satu menit, ada yang mengambil dua atau tiga, dan beberapa mengambil lebih dari lima. Tapi begitu mereka mulai berkumpul, mereka tidak mundur. Mereka tumbuh dan tumbuh, dan kemudian mereka terbentuk.”

Hasilnya dibandingkan dengan dua simulasi lain dengan prediksi yang berbeda. Yang pertama dikesampingkan, tetapi jalur prediksi kedua setuju dengan pengamatan mereka; protein membentuk massa kritis yang disebut nukleus sebelum kapsid dapat terbentuk. Setelah nukleus dihasilkan, yang terjadi pada waktu yang berbeda dengan virus yang berbeda, pertumbuhan virus berlanjut sampai ukuran yang benar tercapai. Para ilmuwan juga memperhatikan bahwa jika lebih banyak protein yang bergerak di substrat, perakitan dapat menjadi serba salah.

“Virus yang berkumpul dengan cara ini harus menyeimbangkan pembentukan inti dengan pertumbuhan kapsid. Jika inti terbentuk terlalu cepat, kapsid lengkap tidak dapat tumbuh. Pengamatan itu mungkin memberi kita wawasan tentang bagaimana cara menggagalkan perakitan virus patogen. , “Manoharan menjelaskan.

Sekarang setelah jalur perakitan telah terungkap, para ilmuwan dapat mengeksplorasi lebih banyak pertanyaan dan belajar lebih banyak tentang bagaimana membuat model mekanisme. Karya ini juga bisa bermanfaat dalam desain bahan nano.

“Ini adalah contoh biologi kuantitatif yang baik, karena kami memiliki hasil eksperimen yang dapat digambarkan oleh model matematika,” kata Manoharan.

Pelajari lebih lanjut tentang virus dari video.


Sumber:  AAAS/Eurekalert! via Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied SciencesPNAS