Durante siete años como estudiante de posgrado en la Universidad Estatal de Montana, Rebecca Hochstein caminó por el campo del Parque Nacional de Yellowstone.
Con cuidado de evitar los osos cuyas huellas vio en el camino, recolectó muestras de una fuente termal de 176 grados en el extremo sur del valle de Hayden. Luego regresó a MSU, donde procesó las muestras, analizó sus hallazgos y eventualmenteenfocó su investigación doctoral en un virus con forma de limón cuyos secretos continúa revelando.
Rebecca Hochstein, quien obtuvo su doctorado en el Departamento de Microbiología e Inmunología de MSU en 2015, es autora principal de un estudio que explica cómo se ensambla un virus con forma de limón y cómo el virus expulsa el ADN que transporta a las células huésped. Foto contribuidapor Tina Loesekann.
Su artículo más reciente, este publicado en PNAS , el diario oficial de la Academia Nacional de Ciencias - explica una forma totalmente nueva en que los virus operan en la construcción de partículas y cómo los virus pueden cambiar de forma para interactuar con sus células huésped. Con posibles aplicaciones en medicina y biotecnología, el documento se centra específicamente enel virus del huso de cola Acidianus, o el virus Acidianus para abreviar. El artículo explica cómo la naturaleza ensambla el virus y cómo el virus expulsa el ADN.
"Realmente solo hay tres formas comunes para los virus esférico, cilíndrico y en forma de limón", dijo el coautor Martin Lawrence, profesor en el Departamento de Química y Bioquímica de MSU en la Facultad de Letras y Ciencia.entendimos durante muchos años los principios para la construcción de virus cilíndricos y esféricos, pero esta es la primera vez que realmente entendemos cómo se forma la tercera clase de virus.
"Ahora entendemos cómo se ensambla este tercer tipo de caparazón de virus y el proceso dinámico que utiliza para transportar y, finalmente, expulsar el ADN que transporta", dijo Lawrence. "Esta comprensión podría adaptarse para usos tecnológicos".
"Si pudiéramos cargar estas cáscaras de virus con una carga diferente, digamos un medicamento, y dirigirlo a un lugar particular del cuerpo, como un tumor, podría enviar el medicamento a esa ubicación específica, produciendo el medicamentomás efectivo o que reduce los efectos secundarios ", dijo Lawrence.
Los colaboradores de Hochstein dijeron que su investigación es importante porque contribuye a la comprensión básica y tiene el potencial para aplicaciones amplias. También muestra lo que puede suceder cuando los científicos tienen acceso a uno de los microscopios más sofisticados del mundo. Estos microscopios han provocado una revolución en el crio-microscopía electrónica, por la cual los desarrolladores de la tecnología ganaron el Premio Nobel de Química 2017.
Hochstein y sus colaboradores de MSU, la Universidad de California, Los Ángeles y el Instituto de Bioquímica Max Planck en Alemania aprendieron más sobre la estructura del virus Acidianus utilizando una combinación de microscopía crioelectrónica y cristalografía de rayos X.
la cristalografía de rayos X dispara rayos X a proteínas cristalizadas para determinar las estructuras biomoleculares. La microscopía crioelectrónica dispara electrones a proteínas que se han congelado en solución, proporcionando imágenes de tan alta resolución que los científicos pueden crear modelos hasta el nivel atómico.El microscopio crioelectrónico en el proyecto de Hochstein fue el más sofisticado del mundo hace solo cinco años, dijo Lawrence. El instrumento por un valor aproximado de $ 7 millones se encuentra en el Instituto Max Planck, donde Lawrence estaba sabático de 2013-14.
El coautor Mark Young, profesor del Departamento de Ciencias de las Plantas y Fitopatología de la MSU en la Facultad de Agricultura, dijo que los virólogos y científicos interesados en la nanotecnología estaban entusiasmados por conocer una nueva forma en que la naturaleza ha desarrollado virus para construir una partícula de virus.
Young agregó que es un gran defensor de la ciencia fundamental basada en el descubrimiento y dijo que la investigación de Hochstein es un gran ejemplo de eso. Dijo que sus hallazgos podrían algún día tener aplicaciones importantes.
"La comprensión detallada de este virus aislado de una fuente termal de ácido hirviendo en Yellowstone proporciona un nanocontenedor potencialmente nuevo basado en virus que puede operar a altas temperaturas y condiciones ácidas que es de interés para las compañías de biotecnología", dijo Young ".Esto se debe a que extiende las condiciones bajo las cuales pueden operar las nano jaulas basadas en virus. Ya se ha demostrado que este tipo de nano jaulas es estable en el seguimiento GI de los animales, abriendo la posibilidad de su desarrollo como sistemas inteligentes de administración de medicamentos."
Lawrence dijo que el equipo de investigación, entre otras cosas, pudo descubrir cómo el virus Acidianus hace una "transición notable" de un virus con forma de limón a cilindros largos y delgados. Explicando cómo, comparó su estructura con ladrillos conectados por cuerdas.
"Los ladrillos están realmente conectados entre sí en largas espirales, casi como una cuerda en espiral, y de cuatro a seis de estas cuerdas en espiral se envuelven entre sí para hacer el recipiente con forma de limón", dijo Lawrence.
Para convertir los virus en forma de limón en cilindros, las cuerdas deben deslizarse una contra la otra, dijo Lawrence.
"Creemos que esta transición se usa para arrojar el ADN del virus a la célula que el virus está infectando", dijo Lawrence. "Esto responde a la pregunta de cómo el ADN deja el virus. Por analogía, cómo se obtiene el jugo¿de un limón? Lo exprimes. En este caso, las cuerdas en la cáscara exprimen el ADN dentro, forzándolo a salir ".
Lawrence elogió a Hochstein por sus años trabajando en el Parque Nacional de Yellowstone y su participación en cualquier otra fase de la investigación. Acidianus no crece en el laboratorio, por lo que Alice Springs en Crater Hills de Yellowstone Park se convirtió en su laboratorio, dijo Lawrence.
Hochstein, primer autor de la PNAS artículo, obtuvo su doctorado en el Departamento de Microbiología e Inmunología de MSU en 2015. Ahora es investigadora postdoctoral en las Ciudades Gemelas de la Universidad de Minnesota, donde investiga el microbioma del gusano marino Capitella teleta.
Hochstein ha cambiado su enfoque del virus en forma de limón, pero dijo que está entusiasmada con su primera publicación en PNAS . Sus hallazgos anteriores sobre el virus Acidianus se publicaron en 2015 y 2016 en el Journal of Virology.
"Fue emocionante ver todo esto junto como una gran historia en un gran diario", dijo Hochstein. "Dediqué mucho tiempo y esfuerzo a este virus. Es agradable ver que otras personas además de mí piensan que esinteresante e importante "
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Montana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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