I ricercatori hanno intrapreso un nuovo lavoro per dare seguito alla loro precedente scoperta che la struttura del materiale di DNA del virus subisce un improvviso cambiamento strutturale quando esposto a una temperatura di 37 °C. Questa è la temperatura normale del corpo umano e implica che la struttura gioca un ruolo centrale nel modo in cui il virus trasporta il suo materiale genetico in una cellula – il primo passo in un’infezione.

 

Una serie di misurazioni di scattering di neutroni ha scoperto la struttura del DNA virale con un dettaglio senza precedenti, gettando nuova luce sui cambiamenti che rendono il DNA più fluido a temperature vicine a quelle del corpo umano.

Secondo i ricercatori dell’Università di Lund, in Svezia, che hanno eseguito le misurazioni, questi cambiamenti strutturali aiutano a spiegare la rapidità con cui i virus rilasciano il DNA nelle cellule ospiti, facilitando così l’infezione.

A differenza dei batteri o dei funghi, i virus non possono sopravvivere senza un ospite.

Una volta infettata una cellula, però, producono nuove particelle virali che poi infettano altre cellule.

Per proteggere le informazioni genetiche del virus nel frattempo, il DNA virale è solitamente racchiuso all’interno di un guscio proteico noto come capside.

Nell’ultimo lavoro, il team leader Alex Evilevitch e colleghi si sono concentrati sui virus fagici, cioè quelli che attaccano i batteri.

Utilizzando i neutroni della struttura di ricerca sul sincrotrone presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti a Gaithersburg, nel Maryland, hanno ripreso la struttura del DNA del virus e la sua densità all’interno del capside in funzione della temperatura.

“La tecnica che abbiamo impiegato è chiamata scattering di neutroni a piccolo angolo (SANS), che non viene in genere utilizzata per la ricerca microbiologica”, afferma Evilevitch.

“Esponendo i virus batterici fagici al fascio di neutroni, possiamo rivelare i dettagli strutturali del DNA impacchettato viralmente con risoluzione atomica”.

I ricercatori hanno intrapreso questo lavoro per dare seguito alla loro precedente scoperta che la struttura del materiale di DNA all’interno del capside subisce un improvviso cambiamento strutturale quando esposto a una temperatura di 37 °C.

Questa è la temperatura normale del corpo umano e implica che la struttura gioca un ruolo centrale nel modo in cui il virus trasporta il suo materiale genetico in una cellula – il primo passo in un’infezione.

In particolare, il DNA all’interno dei virus è impacchettato ad una densità molto elevata ed è centinaia di volte più lungo del diametro del capside.

Anche così, durante l’infezione, il DNA viene rapidamente espulso dal capside attraverso un singolo poro.

Come questo accada è un enigma, dice Evilevitch. «A causa dell’elevata densità di impacchettamento del DNA nel capside e della separazione di pochi angstrom tra le superfici vicine del DNA caricate negativamente, c’è un forte attrito elettrostatico che ostacola l’espulsione del DNA», spiega.

“Abbiamo quindi deciso di studiare come la temperatura influisce sulla struttura del genoma virale, poiché è noto che a una temperatura corporea ottimale (37°C) i virus possono espellere rapidamente il loro DNA simile a un fluido”.

I ricercatori hanno deciso di utilizzare un approccio atipico per l’imaging neutronico perché SANS consente la corrispondenza del contrasto, che rende i capsidi proteici effettivamente invisibili al fascio di neutroni.

Ciò ha permesso loro di concentrarsi invece sul contenuto del capside e quindi di portare alla luce i dettagli della forma e della densità del DNA.

“Abbiamo dimostrato, per la prima volta, che il DNA all’interno di un capside virale coesiste in due fasi: una fase esagonale ordinata ad alta densità nella periferia del capside e una fase a bassa densità meno ordinata, simile a un fluido, nel nucleo del capside”.

“L’aumento della temperatura innesca una transizione nel DNA in cui una parte del DNA ordinato nella periferia si sposta verso la fase meno ordinata al centro, che consente l’inizio dell’espulsione del DNA dal virus in una cellula”.

Secondo Evilevitch, questi risultati mostrano che la temperatura gioca un ruolo significativo nel processo di infezione e che lo scattering di neutroni è uno strumento utile per studiare la struttura dei genomi virali all’interno dei capsidi virali.

Il team di Lund sta ora ottimizzando il suo approccio con la luce neutronica per studiare i cambiamenti di densità nel DNA impacchettato nel virus dell’herpes umano di tipo 1.

“Questa conoscenza sarà importante per comprendere il meccanismo di espulsione del DNA, che a sua volta può controllare il corso dell’infezione”, afferma Evilevitch. “Questo può essere latente (dormiente) o litico (attivo e dove il virus si replica rapidamente)”.

Finora, Evilevitch e colleghi hanno osservato in laboratorio solo cambiamenti di densità del DNA nelle colture cellulari. In futuro saranno necessarie analisi che tengano conto di fattori come la risposta immunitaria e il modo in cui influenzano il decorso dell’infezione.

In definitiva, i ricercatori ritengono che i risultati di questo studio, che sono dettagliati in PNAS, potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio come il DNA esce da un virus ed entra in una cellula ospite, qualcosa che potrebbe essere importante per lo sviluppo di tecniche per, in effetti, accendere e spegnere i virus. A sua volta, questo potrebbe aiutare nello sviluppo di nuovi agenti antivirali.

Immagine: Alex Evilevitch and Ting Liu