Siyu Li (à gauche) est une étudiante diplômée du laboratoire de Roya Zandi, professeur de physique à l'UC Riverside. On les voit ici tenant diverses structures icosaédriques. Crédit :I. Pittalwala, UC Riverside.
Un virus, l'objet physique le plus simple de la biologie, se compose d'une coquille de protéine appelée la capside, qui protège son génome d'acide nucléique - ARN ou ADN. La capside peut être de forme cylindrique ou conique, mais plus communément il suppose une structure icosaédrique, comme un ballon de foot.
La formation de capsides est l'une des étapes les plus cruciales du processus d'infection virale. Si le virus est petit, la capside se forme spontanément. Virus sphériques plus gros, cependant, comme le virus de l'herpès simplex ou le virus de la bursite infectieuse, besoin de l'aide de "protéines d'échafaudage produites naturellement, " qui servent de modèle guidant la formation de la capside. La façon dont ces grandes coquilles virales s'assemblent en structures hautement symétriques n'est pas bien comprise.
Une équipe de physiciens et un virologue, dirigé par un scientifique de l'Université de Californie, Bord de rivière, a maintenant publié un article de recherche dans le Actes de l'Académie nationale des sciences expliquant comment les grandes enveloppes virales sont formées. Leurs travaux peuvent également être utilisés pour expliquer comment les grands cristaux sphériques se forment dans la nature.
Cette compréhension peut aider les chercheurs à interrompre la formation de virus, contenir la propagation des maladies virales.
S'appuyant sur une théorie appelée théorie de l'élasticité continue, les chercheurs ont étudié la croissance de grandes capsides sphériques. Ils ont montré que le modèle guide la formation des sous-unités protéiques de la capside - les éléments constitutifs individuels de la coquille - d'une manière sans erreur et donne des résultats, finalement, dans un très symétrique, structure icosaédrique stable.
"Au fur et à mesure que la structure sphérique grandit, nous voyons des puits de potentiel profonds - ou des affinités - à des emplacements spécifiés mathématiquement qui deviennent plus tard les sommets de la structure icosaédrique, " dit Roya Zandi, professeur au Département de physique et d'astronomie de l'UCR, qui a dirigé le projet de recherche. "En l'absence de ce modèle fourni par les protéines d'échafaudage, les sous-unités protéiques s'assemblent souvent en plus petites, structures moins stables.
L'étude comprend des simulations informatiques et des mathématiques complexes, en particulier, topologie, qui est l'étude mathématique des propriétés d'une figure géométrique ou d'un solide qui ne sont pas modifiées par l'étirement ou la flexion. Il explique à un niveau fondamental quel rôle les propriétés mécaniques des blocs de construction et des protéines d'échafaudage jouent dans la formation des capsides. Pour que les grandes capsides adoptent des structures icosaédriques stables, les sous-unités protéiques doivent avoir des propriétés physiques spécifiques. Plus loin, une interaction entre les sous-unités protéiques et une matrice est nécessaire, les chercheurs postulent.
Un icosaèdre est une structure géométrique à 12 sommets, 20 visages, et 30 côtés. Un ballon de football officiel est une sorte d'icosaèdre, appelé icosaèdre tronqué; il comporte 32 panneaux découpés en forme de 20 hexagones et de 12 pentagones. Il a 60 sommets et 90 arêtes. Les pentagones sont séparés les uns des autres par des hexagones. Toutes les structures icosaédriques, quelle que soit la taille, doit avoir seulement 12 pentagones.
Zandi a expliqué un icosaèdre en invoquant le problème de Thomson, qui stipule que les charges ponctuelles placées sur la surface d'une sphère unité minimiseront l'énergie totale du système. Les solutions au problème placent chaque charge ponctuelle de manière à ce que ses voisins les plus proches soient aussi éloignés que possible.
