Physics of Viral Infectivity: Energetics of Genome Ejection

Detta är en avhandling från Department of Chemistry, Lund University

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Virala infektioner är och har varit ett stort hälsoproblem för mänskligheten. Många av de sjukdomar som förorsakas av virus är obotliga och spridningen är oftast snabb (ett exempel är HIV). Förutom att direkt förorsaka olika sjukdomstillstånd har virus också påvisats vara orsak till olika former av cancer. Under de senaste åren har dock forskare försökt att börja använda virus för att bekämpa virussjukdomar och andra obotliga genetisk betingade sjukdomar. Strategin har varit att använda virus för att leverera ”friskt” icke viralt DNA in till de sjuka cellerna och därmed bota dessa. Denna metod fick namnet genterapi. Trots att de första försöken gjordes redan för 15 år sedan så fungerar inte metoden ännu idag. En av anledningarna till att man inte har lyckats att förstå och kontrollera beteendet hos olika virus är att väldigt få eller nästan inga studier har gjorts där man undersöker de fysikalisk-kemiska aspekterna kring virusets reproduktion. Eftersom virologer och strukturbiologer redan skaffat en hel del kunskap om virus struktur och dess biokemiska funktioner är tiden nu mogen för att även undersöka de fundamentala fysikalisk-kemiska egenskaperna hos virus för att få kontroll över dessa och därmed bättre kunna försvara oss mot olika virusangrepp. Virus är bland de enklaste biologiska objekt i vår omgivning. Vanligen består de av en behållare av proteinmolekyler, en så kallad viruskapsel, som omsluter virusets DNA (eller RNA). Därmed utgör virus en relativt enkel fysikalisk modell som kan beskrivas med dagens analytiska och numeriska teorier från fysiken. Liksom i andra organismer är det virusets DNA molekyl som bär den information som behövs för att reproducera viruset. När viruspartikeln sätts ihop i en infekterad cell, så måste dess genommolekyl (arvsmassa), som kan vara upp till 15 mikrometer lång, tryckas ihop i en viruskapsel med en volym som är 150 gånger mindre i diameter. Vi har kunnat visa att det ihoptryckta DNA i detta bakteriella virus måste utöva ett mycket högt tryck inuti kapseln. Vi har kunnat bestämma detta tryck som visade sig vara så högt som 50 atmosfärer i visa virus, vilket motsvarar trycket på 500 m djup i havet. Detta experiment är den första mätningen av tryck och kraft i virus, vilket ger en förklaring till drivkraften för injektion av DNA från bakteriella virus under infektionen av en bakteriecell. Baserat på dessa framgångsrika experiment, och med stöd av teori, har vi genomfört en bred studie av virus där energi, tryck och kraft hos viralt DNA inne i en viruskapsel har bestämts som funktion av DNAs längd, det osmotiska trycket samt salthalt i den omgivande lösningen. Våra studier har även omfattat en kalorimetrisk undersökning av energin associerad med utsprutningen av DNA från en viruskapsel. Sammanfattningsvis ger detta forskningsarbete en bred beskrivning av den fysikaliska mekanismen som styr virus infektionen och ger en möjlighet att kunna kontrollera och även stoppa den. Dessutom kommer studierna att öppna porten till strategier för att omvandla virus till läkemedelsbärare som kan användas för att bota hittills obotliga sjukdomstillstånd.

  KLICKA HÄR FÖR ATT SE AVHANDLINGEN I FULLTEXT. (PDF-format)