Les virus - de petits parasites pathogènes qui peuvent infecter tous les types de formes de vie - ont été bien étudiés, mais de nombreux mystères persistent. L'un de ces mystères est de savoir comment un virus sphérique contourne les barrières énergétiques pour former des coquilles symétriques.

Une équipe de recherche dirigée par la physicienne Roya Zandi à l'Université de Californie, Bord de rivière, a fait des progrès est de résoudre ce mystère. L'équipe rapporte dans un article publié dans ACS Nano qu'un jeu d'énergies au niveau moléculaire rend possible la formation d'une coquille.

Comprendre les facteurs qui contribuent à l'assemblage viral pourrait permettre aux tentatives biomédicales de bloquer la réplication virale et l'infection. Une meilleure compréhension de la façon dont les coques virales - les nano-conteneurs de la nature - se forment sont d'une importance vitale pour les scientifiques des matériaux et une étape cruciale dans la conception de nano-coques techniques qui pourraient servir de véhicules pour administrer des médicaments à des cibles spécifiques dans le corps.

L'équipe de Zandi a exploré le rôle de la concentration en protéines et de l'énergie élastique dans l'auto-organisation des protéines sur la surface incurvée de la coquille pour comprendre comment un virus contourne de nombreuses barrières énergétiques.

"Comprendre l'effet combiné de l'énergie élastique, interaction génome-protéine, et la concentration en protéines dans l'assemblage viral constitue la percée de nos travaux, " dit Zandi, professeur au Département de physique et d'astronomie. "Notre étude montre que si une coquille en désordre se forme en raison de la concentration élevée en protéines ou d'une forte interaction attractive, alors, à mesure que la coquille grandit, le coût de l'énergie élastique devient si élevé que plusieurs liaisons peuvent se rompre, entraînant le démontage et le remontage ultérieur d'une coque symétrique."

Qu'est-ce qu'un virus ?

L'objet physique le plus simple en biologie, un virus est constitué d'une enveloppe protéique appelée capside, qui protège son génome d'acide nucléique - ARN ou ADN. Les virus peuvent être considérés comme des conteneurs mobiles d'ARN ou d'ADN qui insèrent leur matériel génétique dans des cellules vivantes. Ils prennent ensuite en charge la machinerie reproductive des cellules pour reproduire leur propre génome et capside.

La formation de capsides est l'une des étapes les plus cruciales du processus d'infection virale. La capside peut être de forme cylindrique ou conique, mais plus communément il suppose une structure icosaédrique, comme un ballon de foot.

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 12 pentagones, avec les pentagones séparés les uns des autres par des hexagones.

L'assemblage viral n'est pas bien compris car les virus sont très petits, mesure en nanomètres, un nanomètre étant un milliardième de mètre. Le montage se fait également très rapidement, généralement en millisecondes, une milliseconde étant un millième de seconde. Des travaux théoriques et des simulations sont nécessaires pour comprendre comment un virus se développe.

"Une coquille virale est hautement symétrique, " dit Zandi. " Si un défaut pentagonal se forme au mauvais endroit, il brise la symétrie. Malgré cette sensibilité, les enveloppes virales sont souvent assemblées en structures symétriques bien définies."

Nano véhicules

Zandi a expliqué qu'en raison d'un manque de données expérimentales, le processus d'assemblage du virus n'est pas bien compris. Les nouveaux travaux ont révélé que les propriétés élastiques des protéines de capside et l'interaction attractive entre elles vont de pair pour former des configurations hautement symétriques qui sont énergétiquement très stables.

"En ajustant ces paramètres, nous pouvons contrôler la structure finale et la stabilité des capsides virales, ", a-t-elle déclaré. "Ces capsides virales peuvent être utilisées comme nano-conteneurs pour transporter des médicaments en tant que cargaison vers des cibles spécifiques. Ce qui les rend très prometteurs pour l'administration de médicaments et l'administration de gènes, c'est qu'ils sont stables, avoir une efficacité d'absorption élevée, et ont une faible toxicité."

Déjà, certains groupes expérimentaux travaillent avec des sociétés pharmaceutiques pour concevoir des médicaments qui interfèrent ou bloquent l'assemblage viral. Son laboratoire travaille avec des collaborateurs internationaux pour concevoir des simulations afin de mieux comprendre l'assemblage des virus.

"La compréhension des facteurs qui affectent la stabilité des structures virales finales peut rendre les processus d'administration de médicaments plus contrôlables, " elle a dit.