Международная команда ученых научилась управлять сборкой капсид — белковых оболочек вирусов. В своей работе ученые использовали комплексные структуры из ДНК, которые послужили каркасом для полимеризации вирусных белков. Возможность контролировать размер и форму вирусных оболочек сыграет большую роль в процессе разработки новых вакцин и систем таргетной доставки лекарств. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) содержит всю генетическую информацию об организме. Это полимер, состоящий из множества нуклеотидов — единичных строительных блоков, которые, соединяясь при помощи водородных связей, формируют привычную нам двойную спираль. Однако структура ДНК не ограничивается лишь этой формой. Макромолекула может сохранять стабильность, принимая различный облик в зависимости от сигналов и условий в клетке.
Эта особенность позволила ученым задуматься о разработке «ДНК-полимеров» — комплексных молекул разного вида и архитектуры, созданных на основе полинуклеотидных цепей. Потенциал ДНК как строительного материала для наноструктур обнаружил в 1982 году американский ученый Надриан Симан. Впоследствии, в 2006 году, Пол Ротемунд показал в своей научной работе, как при помощи молекулы ДНК можно создавать различные причудливые конструкции.
Принцип данного синтеза достаточно прост. Основная — одноцепочечная — ДНК может складываться в структуры различной формы за счет водородных связей между нуклеотидами на разных участках ДНК. Зафиксировать молекулу помогают специальные «ДНК-скрепки» — олигонуклеотиды, которые также за счет взаимосвязи между нуклеотидами присоединяются к определенным фрагментам цепи и закрепляют ДНК в заданной форме.
Такой способ сборки ДНК-структур был назван ДНК-оригами. Позднее ученые активно исследовали потенциал данного полимера. ДНК-оригами использовались для сборки ДНК-чипов, молекулярных машин и даже нанороботов.
В своей последней работе группа европейских и австралийских ученых смогла при помощи ДНК-оригами управлять синтезом вирусных оболочек in vitro.
Исследователи использовали белки вируса хлоротичной крапчатости коровьего гороха (Сowpea chlorotic mottle virus — CCMV). Процесс сборки внутренней оболочки — капсида — CCMV хорошо изучен и сильно зависим от внешних условий среды, например pH. Вирусная оболочка может принимать форму шестиугольников, пустых сфер или полых трубок.
Чтобы проконтролировать размер и форму вирусного капсида в рамках эксперимента, ученые использовали трехмерные ДНК-структуры, построенные методом ДНК-оригами. За счет электростатических взаимодействий между нуклеотидами полимера ДНК и аминокислотами вирусных белков ученые получили капсиды в форме длинных трубочек, вмещающих в себя ДНК-основу. Полученные конструкции были проанализированы методом криоэлектронной микроскопии.
«Результаты наших экспериментов показали, что, управляя вирусными белками, мы можем "запечатывать" молекулы ДНК или РНК внутри капсида. Это универсальный способ защиты нуклеиновых кислот от деградации внутриклеточными ферментами, например нуклеазами. Следовательно, наша система крайне привлекательна для разработки ДНК/РНК-вакцин или исследований в области таргетной доставки молекул к определенным участкам клетки», — подытожил глава проекта Фрэнк Сейнсбери из Университета Гриффита.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
