ไวรัสยักษ์พ่นดีเอ็นเอของพวกเขาผ่าน ‘stargate’ และตอนนี้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าอะไรเป็นสาเหตุของพวกมัน

ไวรัสยักษ์ซึ่งมีขนาดประมาณ 10 เท่าของไวรัสหวัดทั่วไปแทรกซึมเข้าไปในเซลล์และฉีดดีเอ็นเอของพวกเขาผ่านทางพอร์ทัลพิเศษที่เรียกว่า “stargate” ตอนนี้ภาพใหม่ที่มีรายละเอียดได้เปิดเผยว่าเงื่อนไขใดกระตุ้นให้ stargate นี้เปิดและทำให้ไวรัสติดเชื้อ

ไวรัสยักษ์หรืออย่างอื่นขาดเครื่องมือที่จำเป็นในการทำสำเนา DNA ของพวกเขา จุลินทรีย์นั้นเป็นเพียงแค่ขดลวดของสารพันธุกรรมที่ซ่อนอยู่ภายในซองซึ่งเรียกว่า capsid เพื่อความอยู่รอดไวรัสจะต้องแอบเข้าไปในเซลล์โฮสต์ทำการจี้เครื่องจักรภายในและตั้งโรงงานไวรัสที่เรียกว่าผลิตไวรัสใหม่ ไวรัสยักษ์มีพอร์ทัลพิเศษสำหรับงานนี้: stargate

มีรูปร่างเหมือนปลาดาวที่มีห้าขาเกทอยู่บนพื้นผิวของไวรัสและยังคงปิดผนึกในช่วงวงจรชีวิตของมัน แต่เมื่อเข้าไปในเซลล์เจ้าบ้านขาแต่ละอันของ “unzips” ซึ่งทำให้สารพันธุกรรมของไวรัส สามารถผ่านเข้าไปในหลุมที่เกิดขึ้นได้ Kristin Parent ผู้เขียนอาวุโสศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีและชีววิทยาโมเลกุลที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมิชิแกนกล่าว การศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันที่ 8 พฤษภาคมใน Journal Cellแสดงให้เห็นว่า Stargate นั้นเปิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเค็มและอุณหภูมิสูง

ที่เกี่ยวข้อง: การ แพร่กระจายของไวรัส: 6 การค้นพบใหม่เกี่ยวกับไวรัส

เมื่อ stargate เปิดออกโปรตีนตัวอื่น ๆ ก็แอบออกมาพร้อมกับ DNA ของไวรัสพ่อแม่ก็บอกกับวิทยาศาสตร์สด “ เราสามารถระบุได้ว่า [โปรตีน] ใดที่ออกมาจาก capsid จริง ๆ ในระหว่างการเปิดงาน” เธอกล่าว ผู้ปกครองและทีมของเธอวางแผนที่จะสำรวจว่าโปรตีนเหล่านี้ทำงานอย่างไรและมีบทบาทอย่างไรใน การติดเชื้อไวรัสยักษ์ เพื่อทำความเข้าใจกับจุลินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่และลึกลับเหล่านี้
ใหญ่และลึกลับ

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบไวรัสยักษ์ค่อนข้างเร็ว การศึกษาครั้งแรกที่อธิบายถึงพวกเขาถูกตีพิมพ์ในปี 2003 นิตยสารวิทยาศาสตร์ รายงาน

ในรายงานดังกล่าวจุลินทรีย์จำนวนมหาศาลถูกแยกออกจากตัวอย่างน้ำที่เก็บรวบรวมในต้นปี 1990 ก่อนที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถตรวจสอบรหัสพันธุกรรมของไวรัสได้อย่างใกล้ชิด ในช่วงเวลาของการสะสมนักวิจัยสันนิษฐานว่าจุลินทรีย์จะต้องเป็นแบคทีเรียเนื่องจากมีขนาดใหญ่ ไวรัสยักษ์วัดมากกว่า 0.00001 นิ้ว (300 นาโนเมตร) มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางหรือประมาณ 10 ครั้งมีขนาดใหญ่กว่า rhinovirus เฉลี่ยของคุณซึ่งอาจทำให้เกิดไข้หวัด ตามคำสั่ง

เข้าใจผิดว่าเป็นแบคทีเรียตัวใหญ่ไวรัสยักษ์ถูกค้นพบเมื่อสิบปีก่อน [นักวิทยาศาสตร์] รู้ว่าพวกเขามองอะไรอยู่ “ผู้ปกครองกล่าว เมื่อเทคโนโลยีพร้อมใช้งานนักวิจัยขุดตัวอย่างขึ้นและพบว่าจุลินทรีย์ขนาดใหญ่ขาด ribosomal RNA ซึ่งเป็นโมเลกุลสำคัญที่ช่วยให้แบคทีเรียสร้างโปรตีนของตัวเอง ซึ่งไวรัสไม่สามารถทำเองได้

นับตั้งแต่การค้นพบครั้งแรกของพวกเขาไวรัสยักษ์ได้รับการฟื้นฟูจากการละลายของ permafrost ในไซบีเรียความลึกของมหาสมุทรแอนตาร์กติกและทะเลสาบโซดาที่มีความเป็นด่างสูงรวมถึงสภาพแวดล้อมที่แปลกใหม่น้อยลง ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศสซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษา ไวรัสส่วนใหญ่พบว่าติดเชื้ออะมีบาและแพลงก์ตอนพืช แต่การศึกษาในห้องปฏิบัติการชี้ให้เห็นว่าพวกเขาสามารถติดเชื้อเซลล์สัตว์รวมถึงหนูและเซลล์ของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม “ยังไม่มีการเชื่อมโยงโดยตรงระหว่าง GVs และโรคของมนุษย์” ผู้เขียนกล่าว

ที่เกี่ยวข้อง: ไวรัสที่อันตรายถึงที่สุดทั้ง 12 ตัวบนโลก

“ คุณสามารถพบพวกมันได้ในทุกสภาพแวดล้อม” Abergel กล่าว เป็นไปได้มากว่าไวรัสนั้นถูกมองข้ามไปหลายสิบปีเพราะนักวิทยาศาสตร์กรองอนุภาคขนาดใหญ่จากตัวอย่างน้ำเมื่อค้นหาไวรัสขนาดเล็ก Abergel กล่าว นอกจากเป็นไวรัสตัวใหญ่แล้วยังมีคุณสมบัติพิเศษมากมายที่ทำให้พวกมันแตกต่างจากไวรัสตัวเล็ก ๆ ที่เห็นมาก่อน

ตัวอย่างเช่นผู้ปกครองและผู้เขียนร่วมของเธอศึกษาไวรัสยักษ์หลายตัวที่ดูเหมือนลูกเต๋า 20 หน้ารวมถึง mimivirus, Antarctica virus, Samba virus และ Tupanvirus โครงสร้างและเปลือกนอกของไวรัสเหล่านี้ “มีความซับซ้อนอย่างที่ไม่เคยเห็นมาก่อนใน virosphere” JônatasAbrahãoรองศาสตราจารย์ด้านไวรัสวิทยาที่ Universidade Federal de Minas Gerais ในบราซิลบอกกับ Live Science ทางอีเมล Abargãoกล่าวว่า Stargate ที่พบบนพื้นผิวของไวรัสเหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งดึงดูดนักวิทยาศาสตร์ “เนื่องจากความงามและความสมมาตร” และความจริงที่ว่าไม่มีไวรัสขนาดเล็กที่มีโครงสร้างดังกล่าว

แต่จนถึงตอนนี้ “วิธีการเปิดประตูก็เป็นเรื่องลึกลับ” เขากล่าวเสริม
เปิดประตูเกท

ก่อนที่จะเปิด stargate ไวรัสยักษ์จะ “gobbled โดยเซลล์” ในกระบวนการที่เรียกว่า phagocytosis ผู้ปกครองกล่าว ในขณะที่ไวรัสตัวเล็ก ๆ เช่น ไข้หวัดใหญ่ จะหลอมรวมเยื่อหุ้มไขมันของพวกเขากับเซลล์ที่พวกเขากำลังติดเชื้อไวรัสยักษ์เข้าสู่เซลล์โดยการกลืนทั้งเปลือกนอกแข็งและทั้งหมด

เมื่อเข้าไปข้างในแล้วไวรัสยักษ์จะเปิด stargates และปล่อย “เมล็ดพันธุ์” Abergel กล่าว “นี่คือโครงสร้างทั้งหมดที่ดาวน์โหลดมาจากพลาสมิด” หรือแหวนวงกลมของดีเอ็นเอของไวรัสเข้าไปในพลาสซึมหรือวิธีการแก้ปัญหาน้ำของโปรตีนและเกลือที่อยู่รอบ ๆ อวัยวะใน เซลล์ยูคาริโอ กระบวนการนี้เริ่มต้นการติดเชื้ออย่างรวดเร็วเธอกล่าว

ในการศึกษาก่อนหน้านี้นักวิจัยจับตัวอย่างของกระบวนการนี้โดยการตัดเซลล์ที่ติดเชื้อออกเป็นส่วนที่บางและศึกษาสิ่งที่สามารถพบได้ภายในผู้ปกครองกล่าวว่า แต่หากไม่มีใครจับภาพสแนปชอตของการเปิดช่องว่าง “หนึ่งในหนึ่งล้าน” เทคนิคการเชือดและยิงทำให้ยากที่จะแยกแยะการติดเชื้อในระยะต่อไปได้

เพื่อเอาชนะอุปสรรคนี้ Parent and Jason Schrad นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในห้องปฏิบัติการของเธอได้วางแผนกลยุทธ์ในการกระตุ้นการติดเชื้อไวรัสยักษ์นอกเซลล์และภาพในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการ

หลังจากแยกเชื้อไวรัสแล้วทีมงานจะทำการเก็บตัวอย่างแต่ละตัวอย่างเพื่อทำการรักษาทางเคมีและสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกันเพื่อเลียนแบบเงื่อนไขที่อาจทำให้เกิดการติดเชื้อภายในเซลล์จริง ตัวอย่างเช่นหลังจากถูกกลืนโดยเซลล์ไวรัสจะนั่งในฟองเมมเบรนที่มีพันธะเรียกว่าแวคิวโอลซึ่งมีแนวโน้มว่าจะเป็นกรดมาก (pH ต่ำ) จากนั้นทีมวางไวรัสที่ได้รับการรักษาภายใต้กล้องจุลทรรศน์ cryo-electron microscopy (EM) ซึ่งส่งลำแสงของอนุภาคที่มีประจุลบผ่านตัวอย่างเพื่อจับภาพที่มีความละเอียดระดับอะตอม พวกเขายังสแกนตัวอย่างด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนเพื่อถ่ายภาพรายละเอียดของพื้นผิวของไวรัส

ทีมพบว่าสามเงื่อนไขที่เชื่อถือได้ทำให้เกทเป็น unzip: pH ต่ำความเข้มข้นเกลือสูงและอุณหภูมิสูงสูงสุด 212 องศาฟาเรนไฮต์ (100 องศาเซลเซียส)

ค่า pH ต่ำหรือเกลือสูงในการแยก “แตก” เปิดเกท แต่ไม่ได้เปิดโครงสร้างอย่างสมบูรณ์ผู้เขียนตั้งข้อสังเกต การเพิ่มความร้อนสูงทำให้พอร์ทัลเปิดมากขึ้น แต่ไม่น่าเป็นไปได้ที่อุณหภูมิการเดือดจะพบได้ในเซลล์จริงพ่อแม่กล่าว มีความเป็นไปได้สูงที่อุณหภูมิสูงจะเลียนแบบผลกระทบของสิ่งอื่นที่เกิดขึ้น “ในบริบทของโฮสต์” เช่นการปรากฏตัวของเอนไซม์ที่เฉพาะเจาะจงเธอกล่าว

ที่เกี่ยวข้อง: การถ่าย ภาพไมโครโฟโต้ที่งดงาม: 50 สิ่งมหัศจรรย์เล็ก ๆ

ภายใต้เงื่อนไขหลายประการไวรัสยักษ์ต่อต้านการเปิด stargates ของพวกเขา “และทันทีที่คุณมีคีย์ที่เหมาะสมพวกมันก็จะเปิดออกได้ดีมาก” คล้ายกับการแตกของเมล็ดที่เปิดได้ยากในการตอบสนองต่อน้ำ Abergel กล่าว ในงานก่อนหน้านี้ในห้องปฏิบัติการของเธอ Abergel ทำนายว่าค่า pH ต่ำและความเข้มข้นของเกลือสูงอาจทำให้เกทเปิดได้ “เป็นเรื่องที่ดีมากที่ได้เห็นแบบจำลองที่แสดงการทดลอง” เธอกล่าวถึงการศึกษาเซลล์
ยังคงมีความลึกลับที่ต้องไขเพิ่มเติม

หลังจากเกลี้ยกล่อม stargate ที่จะเปิดทีมไปศึกษาสิ่งที่โปรตีนเล็ดออกจากไวรัสพร้อมกับสารพันธุกรรมของมัน โดยเน้นที่ Samba virus และ Tupanvirus โดยเฉพาะพวกเขาใช้เทคนิคที่เรียกว่า mass spectrometry เพื่ออนุมานโครงสร้างของโปรตีนต่าง ๆ

“ รูปทรงของโปรตีนของไวรัสและวิธีการทำงานของพวกมันนั้นมักจะถูกอนุรักษ์ไว้ใน [ไวรัส] ที่เกี่ยวข้องอย่างห่างไกล” ผู้ปกครองกล่าว ในการศึกษาในอนาคตผู้เขียนมีเป้าหมายเพื่อตรวจสอบว่าโปรตีนไวรัสยักษ์เหล่านี้ทำงานอย่างไรโดย “[สับ] ลำดับโปรตีนขึ้นเป็นชิ้นเล็ก ๆ ” และเปรียบเทียบโครงสร้างของโปรตีนเหล่านี้กับโปรตีนอื่น ๆ

“โปรตีนที่ถูกปล่อยออกมาระหว่าง [ไวรัสยักษ์] ที่ไม่เคลือบผิวนั้นน่าจะเกี่ยวข้องกับขั้นตอนเริ่มต้นของการติดเชื้อรวมถึงการหยุดตอบสนองของโฮสต์และโรงงานประกอบไวรัส” Abrahãoกล่าว อย่างไรก็ตามโปรตีนจากไวรัสจำนวนมากยังไม่เป็นที่รู้จักและยังมีการตรวจสอบหน้าที่ของโปรตีนเหล่านี้อยู่

ไวรัส 20 ด้านที่รวมอยู่ในการศึกษานี้เป็นเพียงไวรัสยักษ์ชั้นหนึ่ง แต่วิธีการวิจัยเดียวกันนี้สามารถใช้ในการศึกษาสายพันธุ์อื่น ๆ ได้หลายสายพันธุ์ “ด้วยจีโนมและอนุภาคที่ไม่เคยอธิบายมาก่อน” Abrahãoกล่าว ไวรัสยักษ์มียีนและโปรตีนที่ “ไม่คล้ายคลึงกับสิ่งใดในโลกเซลลูลาร์” หรือแม้แต่ไวรัสอื่น ๆ Abergel กล่าว การศึกษาในอนาคตสามารถเปิดเผยได้ว่าไวรัสเหล่านี้มีวิวัฒนาการครั้งแรกเมื่อใดและอย่างไร และทำไมพวกเขาถึงแตกต่างกันอย่างมากจากรูปแบบชีวิตที่คุ้นเคย