Новое исследование раскрывает ранее неизвестный механизм, который определяет, будут ли вирусы, заражающие бактерии, быстро убивать своих хозяев или оставаться в латентном состоянии внутри клетки. Открытие, о котором сообщается в журнале eLife, также может относиться к вирусам, которые заражают людей и других животных, сказал исследователь.
«Я впервые обнаружил, что механика упаковки ДНК внутри вируса определяет течение инфекции», - сказал профессор патобиологии Университета Иллинойса Алекс Эвилевич, проводивший исследование.
После введения своей ДНК в клетку вирусы, как правило, следуют одному из двух основных путей, называемых «литическими» или «латентными» инфекциями. В литическом пути вирусная ДНК быстро захватывает собственные ресурсы клетки-хозяина, чтобы создать сотни своих копий. Затем новые вирусы убивают клетку и повторяют цикл в других клетках.
Однако Скрытые вирусные инфекции развиваются по другому сценарию: попав внутрь клетки, вирусная ДНК встраивается в геном хозяина. Когда клетка делится, вирусная ДНК также дублируется. Пока инфекция остается латентной, у хозяина мало признаков ее наличия.
Проблема латентных вирусных инфекций заключается в том, что во время стресса для хозяина вирус может внезапно стать литическим, захватив клетку и убив ее после безумного приступа размножения, сказал Эвилевич.
"Многие вирусные инфекции, которые мы переносим, могут оставаться латентными в течение очень долгого времени. Иногда они становятся литическими, и именно тогда у нас появляются симптомы", - сказал он.
К латентным вирусным инфекциям у людей относятся простой герпес, ветряная оспа, вирус Эпштейна-Барра, цитомегаловирус человека, аденовирус, саркома Капоши и ряд других.
«Очень важно знать, что регулирует переход от латентного состояния к литическому, чтобы мы могли остановить распространение этих инфекций», - сказал Эвилевич.
Многие исследования динамики вирусной инфекции были сосредоточены на структурных характеристиках белковых капсидов, которые защищают вирусный генетический материал и доставляют его к месту заражения. Вместо этого Эвилевич обратил внимание на стрессы и деформации молекул вирусной ДНК непосредственно перед тем, как их вводят хозяину.
Он использовал изотермическую титрационную калориметрию, которая может измерять дискретные изменения тепловой энергии в системе, чтобы отслеживать течение инфекции. В предыдущем исследовании его лабораторная группа обнаружила, что в процессе вирусной инфекции выделяется тепло. В новом исследовании Эвилевич подвергал бактерию-хозяина Escherichia coli воздействию тысяч вирусных частиц, а затем наблюдал за температурными взлетами и падениями, которые происходили по мере прогрессирования инфекции.
Он обнаружил, что инфекции происходили либо синхронно - когда сотни вирусов одновременно вводили свою ДНК в бактерию - либо случайным образом, когда инфекции происходили медленнее и нескоординированно. Более пристальный взгляд на генетический материал вируса до заражения показал, что ДНК, упакованная внутри вируса, имеет тенденцию быть более «жидкой» при синхронных инфекциях, но более жесткой при случайных инфекциях.
Синхронные инфекции тесно связаны с латентными инфекциями, которые сохраняют хозяина, в то время как более медленный, более случайный процесс заражения приводит к литическим событиям, которые убивают хозяина.
По мере повышения температуры ДНК вируса становилась больше похожей на жидкость, и инфекции с большей вероятностью становились синхронными. Эвилевич обнаружил, что увеличение внеклеточной концентрации ионов магния, связанное с клеточным метаболизмом и условиями роста, также способствует развитию синхронных инфекций.
Тепло сделало молекулы ДНК внутри капсида более гибкими, уменьшив трение скольжения между ними, сказал он. Добавление положительно заряженных ионов уменьшило отталкивание между отрицательно заряженными молекулами ДНК, а также сделало ДНК более текучей.
«ДНК становится более гибкой, она имеет более текучий характер», - сказал он. «В результате его, скорее всего, выбросит - как зубную пасту из тюбика. Но если он твердый, то застрянет внутри тюбика».
Новые данные «полезны для вирусологии», - сказал Эвилевич.
«Теперь мы понимаем, что механика ДНК, упакованной внутри вируса, напрямую влияет на направление инфекции в сторону литического или латентного пути», - сказал он. «Мы думаем, что это поможет нам научиться контролировать инфекции и предотвращать их превращение в литические. Это потенциально может привести к новым методам лечения для предотвращения распространения инфекции».