In februarie, pe masura ce noul coronavirus a strabatut China si a inchis orase intregi, un om de stiinta pe nume Sai Li si-a propus sa-si picteze portretul.
La acea vreme, cele mai bune poze pe care cineva reusise sa le faca erau imagini cu rezolutie mica, in care virusul arata ca o pata abia sesizabila.
Dr. Li, biolog in structura la Universitatea Tsinghua din Beijing, si-a unit fortele cu virusologii care cresceau virusul intr-un laborator de biosecuritate din orasul Hangzhou. Acesti cercetatori au umplut virusurile cu substante chimice pentru a le face inofensive si apoi le-au trimis doctorului Li.
Dr. Li si colegii sai au concentrat apoi lichidul incarcat de virus de la un litru pana la o singura picatura. Nu putea decat sa spere ca au facut totul corect, astfel incat saptamanile de munca pentru a produce acea picatura nu ar fi fost o risipa.
„In acel moment, nu stii ce este inauntru”, a spus dr. Li. „E doar lichid, nu?”
Zarind structura
Dr. Li a inghetat cu atentie picatura intr-o fractiune de secunda. Daca ar fi facut cea mai mica greseala, cristalele de gheata ar putea insira virusii, distrugandu-i.
In speranta celor mai bune, Dr. Li a plasat smidgenul de gheata intr-un microscop crio-electronic. Dispozitivul a tras grinzi de electroni asupra probei. Cand au sarit de pe atomii din interior, computerul doctorului Li a reconstruit ceea ce vazuse microscopul. Cand s-a format imaginea, a fost uimit.
„Am vazut un ecran plin de virusi”, si-a amintit dr. Li.
O imagine tomografie crio-electronica a virusurilor SARS-CoV-2, in gri, cu o reconstructie computerizata a unui virus. Sai Li, Scoala de Stiinte ale Vietii a Universitatii Tsinghua
Putea vedea mii de coronavirusuri impachetate in gheata ca niste jeleuri intr-un borcan. Erau frumos intacti, permitandu-i sa inspecteze detalii despre virusi care masurau mai putin de o milionime de inch.
„M-am gandit ca sunt primul tip din lume care a vazut virusul cu o rezolutie atat de buna”, si-a amintit dr. Li.
In urmatoarele saptamani, Dr. Li si colegii sai au analizat virusii. Ei au inspectat proteinele care i-au imbracat suprafata si s-au cufundat in miezul sau, unde firul de gene al virusului a fost infasurat cu proteine. Imaginile ii aminteau dr. Li de oua intr-un cuib.
O reconstructie computerizata suprapusa pe o imagine a mai multor virusuri SARS-CoV-2. Sai Li, Scoala de Stiinte ale Vietii a Universitatii Tsinghua
Datorita muncii oamenilor de stiinta precum Dr. Li, noul coronavirus, cunoscut sub numele de SARS-CoV-2, nu mai este un cifru. Ei au ajuns sa o cunoasca in detalii intime, atomice. Au descoperit modul in care foloseste unele dintre proteinele sale pentru a aluneca in celule si modul in care genele sale rasucite intim comanda biochimia noastra. Au observat cum unele proteine virale arunca chei in fabricile noastre celulare, in timp ce altele construiesc pepiniere pentru producerea de noi virusi. Si unii cercetatori folosesc supercomputerele pentru a crea virusi virtuali complet pe care spera sa le foloseasca pentru a intelege cum s-au raspandit virusii reali cu o usurinta atat de devastatoare.
„De data aceasta nu seamana cu nimic din oricare dintre noi, doar in ceea ce priveste bombardamentul de date”, a spus Rommie Amaro, biolog de calcul la Universitatea California din San Diego.
Cercetand Spike
La inceputul acestui an, Dr. Amaro si alti cercetatori si-au indreptat atentia asupra proteinelor, numite varfuri, care studiaza suprafata virusului. Proteinele spike au o treaba esentiala de jucat: se prind de celulele cailor respiratorii, astfel incat virusul sa poata aluneca inauntru. Dar a devenit curand clar ca numele este un nume gresit. Proteina spike nu este ascutita, ingusta sau rigida.
Fiecare proteina spike se fixeaza impreuna cu alte doua, formand o structura care are o forma asemanatoare unei lalele. O tulpina lunga ancoreaza proteinele de virus, iar varful lor arata ca o floare din trei parti.
Gerhard Hummer, un biofizician computational la Institutul de Biofizica Max Planck, si colegii sai au folosit metoda de microscopie inghetata pentru a face poze proteinelor spike incorporate in membrana virusului. Apoi au calculat modul in care atomii din proteine s-au impins si s-au tras unul pe celalalt. Rezultatul a fost un dans molecular: proteinele varfului se rotesc pe trei balamale.
O simulare a patru proteine spike, fiecare indoita pe trei balamale.Soren von Bulow, Mateusz Sikora si Gerhard Hummer, Institutul de Biofizica Max Planck
“Puteti vedea aceste flori fluturand cu tot felul de unghiuri de indoire”, a spus dr. Hummer. „Este destul de surprinzator sa ai o tulpina atat de lunga si subtire, cu atat de multa flexibilitate.”
Un scut de zahar
Dr. Hummer a speculat ca flexibilitatea varfului este importanta pentru succesul virusului. Maturandu-se, varful creste sansele de a intalni proteina pe suprafata celulelor pe care le foloseste pentru a le atasa.
Totusi, in timp ce se deplaseaza, varfurile pot fi atacate de anticorpi, soldatii puternici ai sistemului nostru imunitar. Pentru a se ascunde, ei creeaza un scut din zahar. Moleculele de zahar, in marina de jos, se invart in jurul proteinelor si le ascund de anticorpi.
O proteina spike, la stanga si un strat protector de zaharuri, la dreapta. Lorenzo Casalino si Zied Gaieb, Amaro Lab, UC San Diego.
Un carlig mic la capatul proteinei spike, in albastru deschis dedesubt, uneori se ridica deasupra scutului de zahar. Daca intalneste o anumita proteina pe suprafata celulelor noastre, declanseaza o serie de reactii care permit virusului sa fuzioneze cu o membrana celulara si sa-i injecteze genele.
Inchiderea unui receptor ACE2, in galben, permite coronavirusului sa patrunda in celulele umane. Lorenzo Casalino, Laboratorul Amaro, UC San Diego.
Bucle incurcate
Genele noului coronavirus sunt amplasate pe o catena moleculara numita ARN. Pe 10 ianuarie, cercetatorii chinezi si-au publicat secventa de 30.000 de scrisori. Acest text genetic stocheaza informatiile necesare pentru ca o celula sa produca proteinele virusului.
Dar genomul este mai mult decat o carte de bucate. Suvita se pliaza intr-o incurcatura diabolic complexa. Si aceasta incurcatura este cruciala pentru exploatarea celulelor noastre de catre virus. „Aveti mult mai multe informatii stocate in modul in care este modelata”, a spus Sylvi Rouskin, biolog structural la Whitehead Institute.
Dr. Rouskin a condus o echipa de oameni de stiinta care au cartografiat acea forma. Intr-un laborator de inalta securitate de la Universitatea din Boston, colegii ei au infectat celulele umane cu virusi si le-au dat timp sa produca mii de fire noi de ARN. Etichetand literele genetice de pe suvite cu substante chimice, Dr. Rouskin si colegii ei ar putea determina modul in care suvita s-a pliat in sine.
O mica parte din genomul coronavirusului, care arata cum se pliaza in bucle. Tammy CT Lan si colab., BioRxiv
In unele locuri a format doar bucle laterale scurte. In alte locuri, sute de litere ARN au iesit in cercuri mari, cu bucle care se desprind si mai multe bucle care se desprind din ele. Prin compararea a milioane de genomi virali, Dr. Rouskin si colegii ei au descoperit locuri in care virusul aluneca de la o forma la alta.
Un numar de cercetatori examineaza acum indeaproape unele dintre aceste regiuni pentru a afla ce fac. Studiile lor sugereaza ca aceste noduri permit virusului sa ne controleze ribozomii, micile fabrici celulare care pompeaza proteinele.
Dupa ce virusul patrunde intr-o celula umana, ribozomii nostri se ataseaza de firele sale de ARN si aluneca in jos ca o masina de roller coaster care ruleaza de-a lungul unei piste. Pe masura ce ribozomii trec peste literele genetice, ei construiesc proteine cu structuri corespunzatoare. Oamenii de stiinta suspecteaza ca buclele de ARN ar putea arunca masina cu role de pe pista si apoi sa o ghideze intr-un loc la mii de pozitii distanta.
Alte bucle forteaza ribozomul sa se retraga putin si apoi sa avanseze din nou. Acest mic sughit poate face ca virusul sa produca proteine complet diferite din aceeasi intindere de ARN.
Blocarea utilajelor
Proteinele virale care arunca din ribozomi nostri se extind peste celula pentru a indeplini diferite sarcini. Unul dintre ele, numit Nsp1, ajuta la preluarea controlului asupra masinilor noastre moleculare.
Joseph Puglisi, biolog structural la Stanford, si colegii sai au amestecat proteinele Nsp1 si ribozomii impreuna in eprubete. www.clasificadosrosario.com.ar
- libertatea
- opera
- e-bancamea
- btc to usd
- televizoare emag
- iphone
- curs euro bnr
- filmexxx
- pomeranian
- aspacardin
- timp online bistrita
- filme de craciun
- macbook
- cartofi la cuptor
- leu
- lucifer
- singapore
- jucarii copii
- w
- carrefour
Ei au descoperit ca proteinele, in roz de dedesubt, s-au strecurat ingrijit in canalele din interiorul ribozomilor unde ARN s-ar potrivi in mod normal.
Un ribozom cu ARN, in albastru si cu Nsp1, in roz.Christopher Lapointe, Universitatea Stanford School of Medicine. Modele de ribozomi de Angelita Simonetti si colab., Cell Reports si Matthias Thoms si colab., Science
Dr. Puglisi suspecteaza ca Nsp1 opreste celulele noastre sa produca proteine proprii – in special proteinele antivirale care ar putea distruge virusul. Dar acest lucru ridica intrebarea cu privire la modul in care virusul isi face propriile proteine.
O posibilitate este ca „cumva virusul este doar amplificat in capacitatea sa de a produce proteine”, a spus dr. Puglisi. Din cand in cand, Nsp1 cade din ribozomi si cumva virusul face o treaba mai buna de a profita de aceste scurte oportunitati. „Speram ca va fi ceva simplu”, a spus el. „Dar, ca de obicei in stiinta, nu a fost.”
Pete si picaturi
In timp ce Nsp1 manipuleaza ribozomii, alte proteine virale sunt ocupate cu producerea de noi virusi. O jumatate de duzina de proteine diferite se reunesc pentru a face noi copii ale ARN-ului virusului. Dar ceva remarcabil se intampla pe parcurs: Impreuna, proteinele si ARN-ul se transforma spontan intr-o picatura, asemanatoare cu o palpa intr-o lampa de lava.
Fizicienii stiu de mult ca moleculele dintr-un lichid formeaza spontan picaturi daca conditiile sunt corecte. „Aceasta este doar prepararea sosului de salata”, a spus Amy Gladfelter, biolog celular la Universitatea din Carolina de Nord.
O pereche de picaturi facute din proteine si ARN fuzioneaza impreuna. Christine Roden si Amy Gladfelter, Universitatea din Carolina de Nord la Chapel Hill
Dar numai in ultimii ani biologii au descoperit ca celulele noastre produc in mod regulat picaturi in scopuri proprii. Ele pot reuni anumite molecule in concentratii mari pentru a efectua reactii speciale, inchizand alte molecule care nu pot intra in picaturi.
Richard Young, biolog la Institutul Whitehead, si colegii sai au amestecat impreuna proteine SARS-CoV-2 care construiesc ARN nou impreuna cu molecule de ARN. Cand moleculele se asambleaza, ele formeaza in mod spontan picaturi. Virusul are probabil aceleasi beneficii ca si celula din aceasta strategie.
O imagine microscopica a picaturilor formate din proteine SARS-CoV-2 si ARN. Eliot Coffey si Richard Young, Institutul Whitehead pentru Cercetari Biomedice
Avand in vedere sofisticarea coronavirusului in atatea alte privinte, Dr. Young nu a fost surprins de descoperirea sa. „De ce nu ar exploata virusii o proprietate a materiei?” el a spus.
Porii si tuneluri
Coronavirusurile pot convinge celulele umane pentru a forma noi camere pentru a adaposti materialul lor genetic. Dar cand Montserrat Barcena, microscopista la Centrul Medical al Universitatii Leiden din Olanda, a inspectat aceste camere, ea a fost nedumerita: Se pare ca nu exista gauri in membrane, permitand niciun traseu pentru ca ARN sa intre sau sa iasa.
Recent, dr. Barcena si colegii ei au aruncat o privire mai atenta si au descoperit o cale de parcurs. Una dintre proteinele coronavirusului, numita Nsp3, se pliaza intr-un tunel, care apoi se conecteaza la membranele sale.
Noile fire de ARN coronavirus, in verde, se acumuleaza in interiorul camerelor create de virus. Camerele sunt impodobite cu mici proteine virale, in rosu, care pot fi cai de evacuare pentru ARN. Montserrat Barcena, Centrul Medical al Universitatii Leiden
„Este o cale de evacuare a coronavirusului”, a spus dr. Barcena. „Am avut aceasta enigma si acum avem un raspuns.”
Asamblarea de noi virusi
In cateva ore, o celula infectata poate produce mii de noi genomi de virus. Ribozomii celulei isi citesc genele, aruncand si mai multe proteine virale. In cele din urma, unele dintre aceste proteine si noile genomi se aduna pentru a produce noi virusi.
Aceasta nu este o sarcina usoara, deoarece firul de gene al coronavirusului este de o suta de ori mai lung decat virusul in sine.
Experimente recente sugereaza ca, inca o data, SARS-CoV-2 foloseste fizica lampii de lava in avantajul sau. Proteinele numite nucleocapside se lipesc pe pete de-a lungul catenei de ARN. Impreuna, moleculele se prabusesc rapid in picaturi.
Noi coronavirusuri, in roz, se formeaza in interiorul veziculelor celulare.Steffen Klein si colab., BioRxiv
Dr. Gladfelter a speculat ca aceasta strategie a impiedicat doua fire de gene sa se incurce intre ele. Drept urmare, fiecare virus nou se incheie cu un singur set de gene.
Aceste picaturi sunt inghitite in interiorul membranelor virale si proteinelor spike, iar noii virusi sunt gata sa scape de celula. Pentru a simula aceste virusuri pana la fiecare atom, dr. Amaro colecteaza imaginile emergente ale proteinelor SARS-CoV-2 si ARN. Ea si colegii sai construiesc apoi virusi virtuali pe supercalculatoare, fiecare constand dintr-o jumatate de miliard de atomi. Aceste masini pot folosi apoi legile fizicii pentru a simula dansul virusurilor la fiecare femtosecunda: cu alte cuvinte, o milionime dintr-o miliardime de secunda.
Dr. Amaro si colegii ei spera sa foloseasca virusurile simulate pentru a aborda una dintre cele mai controversate intrebari despre Covid-19: modul in care virusul se raspandeste de la o persoana la alta.
Cand persoanele infectate expira, vorbesc sau tusesc, elibereaza picaturi mici de apa incarcate cu virusi. Nu este clar cat timp SARS-CoV-2 poate supravietui in aceste picaturi. Dr. Amaro intentioneaza sa construiasca aceste picaturi, pana la moleculele lor individuale de apa, pe computerul ei. Apoi va adauga virusi si va urmari ce se intampla cu ei.
Un tur video al unui coronavirus simulat, bazat pe noi studii ale proteinelor sale de suprafata. Lorenzo Casalino si Abigail Dommer, Amaro Lab, UC San Diego
„Sunt destul de increzatoare ca, probabil, intr-un an, vom putea avea intreg virusul, inclusiv toti bitii din interior”, a spus ea.
Droguri si vaccinuri
Cu toate acestea, deja noile imagini ale SARS-CoV-2 au devenit esentiale pentru lupta impotriva pandemiei. Dezvoltatorii de vaccinuri studiaza structura virusului pentru a se asigura ca anticorpii produsi de vaccinuri se prind bine de virus. Dezvoltatorii de medicamente inventeaza molecule care perturba virusul prin alunecarea in colturile proteinelor si blocarea masinilor lor.
O molecula de medicament, in albastru, blocheaza varful varfului coronavirusului. Ian Haydon, Institutul pentru Proiectarea Proteinelor
Genomul virusului poate oferi alte tinte. Medicamentele se pot bloca pe bucle si incurcaturi pentru a preveni virusul de a ne controla ribozomii. „Este foarte important sa stiti care este forma, astfel incat sa puteti dezvolta chimia potrivita pentru a se lega de acea forma”, a spus dr. Rouskin.
Intre timp, Dr. Gladfelter vrea sa vada daca fizica picaturilor virale poate oferi o noua linie de atac impotriva SARS-CoV-2.
„Ati putea obtine un compus care sa le faca mai lipicioase, sa le faca mai jeleu”, a spus ea. „Exista, probabil, o multime de tocuri ale lui Ahile.”
Cercetare viitoare
In timp ce ultimele luni au furnizat un flux de date despre virus, unele studii au aratat clar ca va dura ani de zile pentru a da sens SARS-CoV-2.
Noam Stern-Ginossar si colegii ei de la Institutul Weizmann din Israel, de exemplu, au gasit dovezi ca virusul produce proteine pe care oamenii de stiinta inca nu le-au gasit.
Dr. Stern-Ginossar si colegii ei au studiat ARN-ul virusului in celulele infectate, calculand toti ribozomii care il citeau. Unii ribozomi s-au grupat de-a lungul genelor cunoscute. Dar altii citeau gene care nu fusesera gasite pana acum.
Ribozomii citesc uneori doar o sectiune din gena proteinei spike, de exemplu. Probabil ca fac un mini-spike, care ar putea foarte bine sa indeplineasca o treaba esentiala pentru virus. Un medicament care il dezactiveaza ar putea vindeca Covid-19.
Dar oamenii de stiinta nici nu pot incepe sa ghiceasca aceste posibilitati, deoarece nimeni nu a vazut inca mini-varful in salbaticie. Si acelasi lucru va fi valabil si pentru celelalte gene noi, a descoperit echipa doctorului Stern-Ginossar.
„Fiecare va avea nevoie de munca suplimentara pentru a-si da seama ce fac”, a spus ea. „Biologia necesita timp.”
Produs de Jonathan Corum.
Corectie: o versiune anterioara a acestei povesti a scris gresit prenumele unui om de stiinta. Ea este Montserrat Barcena, nu Monsterrat.
