De cele mai multe ori oamenii au tendința să confunde virusul HIV cu boala care este declanșată de infectarea cu acest virus, care poartă denumirea de SIDA (sindromul imunodeficienței umane dobândite). Boala este o afecțiune care constă în deteriorarea continuă a sistemului imunitar al organismului. Un aspect important al modului în care acționează virusul este că nu toți oamenii care sunt infectați cu HIV au neșansa de a trece prin episodul de declanșare a bolii.
Infectarea cu HIV este cel mai adesea provocată de interacțiunea cu o persoană seropozitivă. Desigur, infectarea nu este una facilă, nu riscăm nimic dacă ne apropiem pur și simplu de cineva care este infectat. Există trei căi principale prin intermediul cărora riscăm să ne infectăm. Una dintre cele mai cunoscute și frecvente este cea pe cale sexuală. Caz în care, potrivit Medlife, este vorba de secreții sau de mucoasă. Alte două căi frecvent întâlnite sunt pe cale sangvină, prin intermediul transfuziilor și cea prin calea transplacentară de la mama seropozitivă la copil.
Oamenii de știință au recreat de curând etapele inițiale ale infecției cu HIV într-o eprubetă, oferind o vedere incredibil de mărită a virusului în acțiune. Imaginile uimitoare arată o coajă de plăci geometrice în formă de con, numită capsidă, care se află în centrul virusului și conține materialul său genetic, cunoscut sub numele de ARN. Înainte de a se infiltra într-o celulă, capsida este înconjurată de un plic de molecule grase; acest anvelopă se fuzionează cu celula gazdă pentru a lăsa capsidă înăuntru, unde apoi transportă ARN-ul către nucleul celulei. Pe drum, ARN-ul se reproduce și, odată ajuns în nucleu, invadează ADN-ul gazdei.
Acordând o privire mai atentă asupra acestui proces de replicare, noul studiu subliniază că capsida în sine joacă un rol critic în infecție și că trebuie îndeplinite criterii specifice pentru ca virusul să își împletească genomul cu celula gazdă.
Imagini detaliate ale capsidei HIV luate cu microscopie crio-electronică (stânga) și modelare moleculară (dreapta) (Credit imagine: Owen Pornillos, Barbie Ganser-Pornillos)
Știind cum să recreăm pașii inițiali ai infecției cu HIV „înseamnă că avem mult mai multe instrumente pentru disecarea procesului de replicare”, a declarat autorul studiului, Wesley Sundquist, un distins profesor de biochimie la Universitatea din Utah Health. În special, studiul, publicat pe 8 octombrie în revista Science, descrie un sistem fără celule care poate fi utilizat pentru a studia modul în care HIV invadează genomul gazdei – un astfel de sistem ar putea „revoluționa experimentele HIV în multe laboratoare”, Leo James un lider de grup la Laboratorul MRC de Biologie Moleculară, care nu a fost implicat în studiu.
„Să realizezi toate acestea este un adevărat tur de forță”, a spus James. Dincolo de cercetările de bază, sistemul ar putea ajuta, de asemenea, la explicarea modului în care medicamentele experimentale care vizează capsida funcționează pentru a limita replicarea HIV, a spus Sundquist într-un comunicat.
Încercări de laborator, recreare în stadiul de eprubetă
Deși experimentele cu eprubete surprind aspectele infecției cu HIV în detaliu superb, ele nu pot recrea la fiecare pas al procesului, a remarcat Sundquist. Infecția începe de obicei atunci când membrana exterioară a virusului se fuzionează cu membrana unei celule gazdă, permițând capsidei și interiorul acesteia să se strecoare în interior. Dar, cu un sistem fără celule, autorii au trebuit să ocolească acest pas inițial. În schimb, au folosit un compus găsit în veninul de albine, numit melittin, pentru a „permeabiliza” membrana virală și a elibera capsidă ținută în interior.
Capsidul HIV are pori mici în el și, în mod normal, pe măsură ce o particulă de virus plutește prin citoplasma unei celule umane, preia blocurile celulare ale ADN-ului, numite trifosfați deoxinucleotidici, care sunt deja acolo, potrivit unui raport din 2017 din jurnal. Natură. Pe măsură ce se deplasează către nucleu, particula virusului folosește acele blocuri de construcție pentru a face copii ale firelor complete de ADN, datorită unei enzime speciale adăpostite în interiorul capsidei. Acesta este modul în care virusul își copiază materialul genetic pentru a fi introdus ulterior în genomul gazdă. Modul în care „știe” virusul când începe această așa-numită transcripție inversă este încă oarecum misterios, dar studiile sugerează că proprietățile biochimice ale celulei gazdă acționează ca indicii pentru a începe reacția.
Dar o eprubetă nu are în mod automat blocuri de construcție ADN în soluție, așa că pentru a începe transcrierea inversă, au adăugat autorii. „Această metodă există de ceva vreme, dar este dificil să obții reacția până la finalizare”, a remarcat James.
Dar autorii studiului au reușit ca transcrierea inversă să funcționeze fără probleme; pentru a face acest lucru, au aflat că capsida trebuie să rămână intactă pe tot parcursul procesului.
„Capsida trebuie să fie în mare parte intactă și trebuie să aibă stabilitatea sau flexibilitatea adecvată, pentru a susține transcrierea inversă”, ceea ce înseamnă că capsida trebuie legată suficient de strâns pentru a nu se destrăma în timpul transcrierii inverse, dar capabilă să se deschidă capsidul intră în nucleu, pentru a-și dezlănțui ADN-ul copiat, a spus Sundquist.
Din fericire, oamenii de știință au descoperit recent o modalitate de a menține capsida suficient de stabilă. Autorul studiului, Owen Pornillos, profesor asociat de fiziologie moleculară și fizică biologică la Universitatea din Virginia, și colegii săi au constatat că un compus numit IP6 se leagă de suprafața placată a capsulei, au raportat în 2018 în revista Nature. IP6 poartă o sarcină negativă, în timp ce fiecare țiglă poartă o sarcină pozitivă pe partea care indică spre centrul capsidei; deoarece contrariile atrag, atunci când IP6 se leagă de capsidă, ajută la tragerea plăcilor într-un aranjament mai strâns și mai stabil.
„Înainte de descoperirea IP6, cineva ar elimina plicul [viral] in vitro și totul s-ar destrăma și nu ar putea vedea nimic. IP6 este destul de bogat în celule, astfel încât în experimentele lor cu eprubete, autorii au adăugat concentrații similare ale compusului ca și cele care ar fi găsite în celule, a spus Sundquist. Acesta a fost într-adevăr trucul. Până nu am știut acest lucru, am lucrat cu capside care erau mult prea instabile”. A spus João Mamede, profesor asistent în cadrul Departamentului de agenți patogeni microbi și imunitate de la Universitatea Rush nu a fost implicat în studiu.
A vedea înseamnă a crede
Folosind modele computerizate de molecule și un microscop electronic, autorii au putut vedea literalmente că cele 240 de plăci care alcătuiesc capsida și-au menținut structura asemănătoare rețelei stabilă pe tot parcursul transcrierii inversate. Pe măsură ce firele de ADN s-au mărit, capetele lor au pătruns uneori prin mici goluri din țesătura rețelei, au remarcat autorii, iar uneori au putut fi văzute plăci singulare dislocându-se în timp ce restul capsidei a rămas intact.
Capsida ar putea avea nevoie să rămână stabilă pentru a menține ARN-ul și enzima transcriptivă aproape una de cealaltă, a declarat Christopher Aiken, profesor de patologie, microbiologie și imunologie la Universitatea Vanderbilt, care nu a fost implicat în studiu. Enzima tinde să cadă de pe ARN în timpul transcrierii, așa că „păstrând enzima conținută, poate lega din nou șablonul și poate continua sinteza ADN”, a declarat Aiken.
Odată cu transcrierea inversă completă, autorii au trecut apoi la pasul următor al infecției: integrarea, unde ADN-ul viral se infiltrează în genomul gazdei. Au introdus în eprubetele lor ADN-uri cunoscute sub numele de plasmide, pentru a servi drept proxy pentru ADN-ul dintr-un nucleu uman, dar integrarea nu ar începe fără un ingredient suplimentar. Doar „extracte de celule întregi”, un amestec de proteine și molecule extrase din celule, ar permite ADN-ului viral să pătrundă în plasmide. În viitor, echipa speră să identifice cu precizie ce ingrediente din extractele celulare declanșează integrarea, a spus Sundquist. Este probabil să fie mai mult de un lucru.
„O provocare este că, în experimentele cu eprubete, este întotdeauna dificil să știi dacă îți lipsește ceva. O limitare a studiului este că nu poate recrea perfect condițiile celulare. Orice sistem in vitro, oricât de puternic ar putea fi folosit doar pentru a testa componentele despre care știm și se poate adăuga în reacție”, a spus James.
În celulele reale, capsida trebuie să se deplaseze către nucleul celulei, unde se ține ADN-ul, și apoi să alunece prin portalurile cunoscute sub numele de pori nucleari. Pot exista factori necunoscuți care modifică capsida în timpul acestei călătorii, a observat Sundquist. Acestea fiind spuse, noul sistem fără celule ar putea ajuta la dezvăluirea identității acelor factori necunoscuți, a adăugat Mamede. Oamenii de știință pot face acum observații într-un mediu fără celule și apoi pot verifica dacă același comportament apare în celulele reale, a spus el.
În plus, sistemul ar putea fi util în dezvoltarea medicamentelor. „Puteți testa [medicamentele noi] mai ușor cu unul dintre aceste sisteme simplificate decât cu o celulă. În acest fel, puteți vedea mecanic ce face cu adevărat virusul.”A declarat Mamede
Compania farmaceutică Gilead Sciences are în prezent un nou medicament în studiile efectuate pe oameni care vizează în mod specific capsida HIV, potrivit ClinicalTrials.gov. Pe baza datelor timpurii, medicamentul pare să modifice capsida în diferite puncte de infecție, inclusiv în timpul transcrierii inversate. Sundquist a spus că studiul fără celule subliniază că capsida este o „componentă critică” a infecției cu HIV și că coruperea capsidei poate limita capacitatea virusului de a se înmulți.
