Comment les centaines de pièces individuelles qui composent les virus s'assemblent-elles en formes capables de propager la maladie d'une cellule à l'autre ?

Résoudre le mystère de l'auto-assemblage peut ouvrir la voie à des avancées techniques telles que des molécules ou des robots qui s'assemblent d'eux-mêmes. Cela pourrait également contribuer à un conditionnement plus efficace, à une livraison automatisée et à une conception ciblée des médicaments dans notre lutte contre les virus qui causent le rhume, la diarrhée, le cancer du foie et la poliomyélite.

"Si nous comprenons les règles physiques de l'assemblage des virus, nous pouvons essayer de leur faire former des structures incorrectes pour empêcher leur propagation", a déclaré Rees Garmann, chimiste à l'Université d'État de San Diego et auteur principal d'un nouvel article qui remplit un pièce du puzzle.

Garmann, ainsi que deux étudiants diplômés du SDSU et collaborateurs à Harvard et à UCLA, ont conclu que deux virus à ARN éloignés - l'un qui infecte les bactéries et l'autre qui infecte les plantes - exécutent cette chorégraphie chimique de manière étonnamment similaire.

Dans les deux virus, et potentiellement dans d'autres, les composants protéiques se structurent parfaitement en pentagones et hexagones qui forment une coque icosaédrique symétrique, l'une des formes les plus répandues parmi tous les virus, grâce à un échafaudage fourni par un brin d'ARN bouclé et plié. /P>

Semblable à la façon dont un flocon de neige nécessite quelques molécules d'eau glaciale pour entourer une particule de poussière avant de se cristalliser, la sphère de protéines semblable à un gymnase de jungle d'un virus ne fusionne rapidement qu'après que quelques protéines se fixent lâchement à l'ARN.

"Sans les interactions entre les protéines et l'ARN que mes étudiants, Fernando Vasquez et Daniel Villareal, étudiaient, il faudrait très longtemps - des semaines, des mois, peut-être jamais - pour que ce virus s'assemble", a déclaré Garmann.

Pourtant, l'ensemble du processus d'assemblage, que Garmann et ses collaborateurs ont capturé dans des vidéos détaillées à l'aide d'un microscope innovant iSCAT (diffusion interférométrique) qui enregistre les virus individuels, ne prend que quelques minutes.

"La technique iSCAT a ouvert une nouvelle fenêtre sur l'auto-assemblage des virus", a déclaré Vinothan N. Manoharan, co-auteur de l'étude et professeur de génie chimique de la famille Wagner et professeur de physique à la John A. Paulson School of Engineering and Sciences appliquées. "Ce n'est qu'en observant la formation de virus individuels que nous avons pu déterminer qu'ils ne s'assemblent pas tous en même temps. C'était essentiel pour comprendre le mécanisme d'auto-assemblage que partagent les deux types de virus."

Garmann affirme que leurs expériences montrent la voie pour résoudre le prochain grand mystère de la façon dont les virus garantissent l'exactitude et la fonctionnalité à toutes les étapes de la chaîne de montage.

En savoir plus sur la façon dont les virus s'assemblent est lié au paradoxe physique des années 1950 de la façon dont les protéines se replient dans leurs formes appropriées beaucoup plus rapidement que si elles s'appuyaient uniquement sur des rencontres fortuites - un processus estimé à prendre plus de temps que les milliards d'années d'existence de l'univers.

Une affaire clôturée, d'autres ouvertes

Bien que les virus de cette étude et le virus qui cause le COVID-19 aient tous deux de l'ARN, les chercheurs affirment qu'il serait prématuré d'étendre ces découvertes au plus gros et étrange virus SARS-CoV-2.

"L'espoir de notre recherche est d'en savoir plus sur certaines interactions physiques fondamentales qui se produisent dans ces systèmes modèles", a déclaré Vasquez, doctorant en chimie. "Maybe with more data and time, they can be applied to studying a new virus."

"Self-assembly—designing components that know how to get together—is totally different from how we build ordinary things," Garmann said. "As engineers, we have a lot to learn from viruses." + Explorer plus loin

First video of viruses assembling released