В течение семи лет в качестве аспиранта Университета штата Монтана Ребекка Хохштейн путешествовала пешком по отдаленным районам Йеллоустонского национального парка.
Осторожно избегая медведей, следы которых она видела на тропе, она взяла образцы из горячего источника с температурой 176 градусов на южной окраине долины Хейден. Затем она вернулась в МГУ, где обработала образцы, проанализировала свои выводы и, в конце концов, сосредоточила свои докторские исследования на вирусе в форме лимона, секреты которого она продолжает раскрывать.
Ребекка Хохштейн, защитившая докторскую диссертацию на кафедре микробиологии и иммунологии МГУ в 2015 году, является ведущим автором исследования, объясняющего, как лимонообразный вирус собирается сам и как вирус выбрасывает ДНК, которую он несет, в клетки-хозяева.. Фотография предоставлена Тиной Лусеканн.
Ее последняя статья, опубликованная в PNAS, официальном журнале Национальной академии наук, объясняет совершенно новый способ действия вирусов при построении частиц и то, как вирусы могут менять форму, взаимодействуя с клетками-хозяевами. В связи с потенциальными применениями в медицине и биотехнологии в статье особое внимание уделяется вирусу хвостатого веретена Acidianus, или сокращенно вирусу Acidianus. В документе объясняется, как природа собирает вирус и как вирус выбрасывает ДНК.
«На самом деле существует только три распространенных формы вирусов (сферическая, цилиндрическая и лимоновидная), - сказал соавтор Мартин Лоуренс, профессор кафедры химии и биохимии МГУ в Колледже литературы и науки. «Мы много лет понимали принципы построения цилиндрических и сферических вирусов, но впервые по-настоящему поняли, как устроен третий класс вирусов.
«Теперь мы понимаем, как собирается этот третий тип вирусной оболочки, и динамический процесс, который он использует для переноса, а затем, в конечном итоге, для выброса ДНК, которую он несет», - сказал Лоуренс. «Это понимание потенциально может быть адаптировано для технологических целей.
Если бы мы могли загрузить эти вирусные оболочки другим грузом, скажем, лекарством, и нацелить его на определенное место в теле, например, на опухоль, то лекарство могло бы быть доставлено именно в это конкретное место, сделать лекарство более эффективным или уменьшить побочные эффекты», - сказал Лоуренс.
Соавторы Хохштейн заявили, что ее исследование имеет важное значение, поскольку оно способствует базовому пониманию и имеет потенциал для широкого применения. Это также показывает, что может произойти, когда ученые получат доступ к одному из самых сложных микроскопов в мире. Такие микроскопы произвели революцию в криоэлектронной микроскопии, за что разработчики технологии получили Нобелевскую премию по химии 2017 года.
Хохштейн и ее сотрудники из МГУ, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Института биохимии им. Макса Планка в Германии узнали больше о структуре вируса ацидиана, используя комбинацию криоэлектронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. лучевая кристаллография.
Рентгеновская кристаллография направляет рентгеновские лучи на кристаллизованные белки для определения биомолекулярных структур. Криоэлектронная микроскопия стреляет электронами в белки, которые были заморожены в растворе, обеспечивая изображения такого высокого разрешения, что ученые могут создавать модели вплоть до атомного уровня. По словам Лоуренса, всего пять лет назад криоэлектронный микроскоп в проекте Хохштейна был самым сложным в мире. Инструмент стоимостью около 7 миллионов долларов находится в Институте Макса Планка, где Лоуренс находился в творческом отпуске с 2013 по 2014 год.
Соавтор Марк Янг, профессор кафедры наук о растениях и патологии растений МГУ в Сельскохозяйственном колледже, сказал, что вирусологи и ученые, интересующиеся нанотехнологиями, были рады узнать о новом способе, которым природа научилась создавать вирусы. частица вируса.
Янг добавил, что он большой сторонник фундаментальной науки, основанной на открытиях, и сказал, что исследование Хохштейна является прекрасным примером этого. Он сказал, что ее выводы могут когда-нибудь найти важное применение.
«Подробное понимание этого вируса, выделенного из горячего источника с кипящей кислотой в Йеллоустоне, позволяет создать потенциально новый наноконтейнер на основе вируса, который может работать при высоких температурах и кислотных условиях, что представляет интерес для биотехнологических компаний», - сказал Янг. сказал. «Это связано с тем, что это расширяет условия, в которых могут работать наноклетки на основе вирусов. Уже было показано, что эти типы наноклеток стабильны в желудочно-кишечном тракте животных, что открывает возможность для их разработки в качестве интеллектуальных систем доставки лекарств.."
Лоуренс сказал, что исследовательская группа, среди прочего, смогла обнаружить, как вирус Acidianus совершает «замечательный переход» из вируса в форме лимона в длинные тонкие цилиндры. Объясняя как, он сравнил его структуру с кирпичами, соединенными веревками.
«Кирпичи на самом деле соединены друг с другом длинными спиралями, почти как спиральная веревка, и от четырех до шести таких спиральных веревок затем обвиваются друг вокруг друга, образуя контейнер в форме лимона», - сказал Лоуренс.
Чтобы превратить вирусы в форме лимона в цилиндры, веревки должны скользить друг относительно друга, сказал Лоуренс.
«Мы думаем, что этот переход используется для впрыскивания ДНК вируса в клетку, которую вирус заражает», - сказал Лоуренс. «Это отвечает на вопрос, как ДНК покидает вирус. По аналогии, как можно получить сок из лимона? Вы его выжимаете. В этом случае веревки в скорлупе выдавливают ДНК внутрь, вытесняя ее наружу».
Лоуренс похвалила Хохштейн за годы работы в Йеллоустонском национальном парке и ее участие во всех остальных фазах исследования. По словам Лоуренса, ацидиан не растет в лаборатории, поэтому Алис-Спрингс в Йеллоустонском парке Crater Hills стал ее лабораторией.
Хохштейн, первый автор статьи PNAS, защитила докторскую диссертацию на кафедре микробиологии и иммунологии МГУ в 2015 году. В настоящее время она является постдокторантом в Университете городов-побратимов Миннесоты, где исследует микробиом морского червя Capitella. телета.
Хохштейн переключила свое внимание с вируса в форме лимона, но сказала, что взволнована своей первой публикацией в PNAS. Ее предыдущие выводы о вирусе Acidianus были опубликованы в 2015 и 2016 годах в Journal of Virology.
«Было интересно увидеть, как все это собрано в одну большую историю в большом журнале», - сказал Хохштейн. «Я потратил много времени и сил на этот вирус. Приятно видеть, что другие люди, помимо меня, считают его интересным и важным».