Al dia

Recerca

Un model físic descriu les estructures que poden adquirir les càpsides dels virus

Els virus protegeixen el seu material genètic mitjançant un embolcall de proteïnes anomenat càpsida. Recentment, els investigadors de la UB David Reguera i Antoni Luque, del Departament de Física Fonamental, han establert, en dos treballs publicats a les revistes ‘Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America’ (PNAS) i ‘Biophysical Journal’, les regles de selecció que defineixen l’estructura de les càpsides de virus esfèrics i allargats.

17 de juny de 2010

Galeria d’estructures allargades que es proposen
en el model físic per a les diferents mides del virus
del mosaic de l’alfals.

La principal conclusió dels treballs és que les càpsides virals només poden adoptar un conjunt discret de radis, longituds i nombre de proteïnes, la qual cosa permet enumerar i caracteritzar quines són les estructures possibles. “Aquest model constitueix un pas important per entendre el procés d’assemblatge dels virus i obre la possibilitat de controlar aquest mecanisme per a aplicacions biotecnològiques, com ara en teràpia gènica, i nanotecnològiques, per exemple, en la creació de motlles nanomètrics amb mides molt precises per al disseny de nanoestructures”, apunta el professor David Reguera.

La formació de la càpsida dels virus és un procés d’autoacoblament que es regeix per un principi físic universal: la minimització de l'energia. Tenint en compte aquest fet, s’ha dut a terme un estudi que identifica quines són les estructures potencialment òptimes de les càpsides virals, és a dir, aquelles que minimitzen l’energia. Tal com assenyala Reguera, “hem trobat que la geometria ben definida observada en diversos virus esfèrics i allargats és conseqüència de la minimització de l’energia lliure en la interacció entre les diferents unitats estructurals que formen la càpsida”.

Des dels anys 60, se sap que els virus esfèrics adopten una estructura ben definida amb simetria icosaèdrica i construïda per agrupacions de sis i cinc proteïnes (hexàmers i pentàmers, respectivament), d'una forma similar a la d’una pilota de futbol. En el cas dels virus elongats, però, l'estructura no era totalment coneguda. Els resultats d'aquest nou estudi suggereixen que les càpsides dels virus allargats estan formades, en general, per un cos tubular central tancat als extrems per casquets icosaèdrics centrats en un dels seus tres eixos de simetria. Aquestes estructures són similars a la dels ful·lerens i els nanotubs de carboni i tenen l’avantatge que són altament estables i resistents.

Mitjançant un model físic senzill, en el qual també ha participat la investigadora Roya Zandi, de la Universitat de Califòrnia, s’ha trobat que l’energia local és mínima per a càpsides allargades formades per un nombre determinat i discretitzat de proteïnes distribuïdes en un cos cilíndric format per hexàmers i tancat amb casquets icosaèdrics centrats en els eixos de simetria d’ordre 5, 3 i 2. Així, aquest treball justifica l’existència d’aquest tipus d’estructures víriques, i juntament amb el model geomètric complementari, permet reproduir l’arquitectura dels virus esfèrics i bacil·liformes, tots dos in vivo i in vitro, així com fer prediccions. Els models s’han aplicat satisfactòriament a diversos virus coneguts, i han confirmat, per exemple, les especulacions d’estudis anteriors sobre l’estructura del virus del mosaic de l’alfals. Aquest virus adopta diferents longituds en funció de la quantitat de material genètic encapsulat, i tenint en compte que les diferents mides compleixen les regles establertes en el model, se n’ha pogut determinar definitivament l'estructura.

Articles de referència:
Antoni Luque, David Reguera, The Structure of Elongated Viral Capsids, doi:10.1016/j.bpj.2010.02.051.

Antoni Luque, Roya Zandi, David Reguera, Optimal architectures of elongated viruses, doi: 10.1073/pnas.0915122107.

Més informació

Tòpics de l'article