Os vírus – pequenos parasitas causadores de doenças que podem infectar todos os tipos de formas de vida – foram bem estudados, mas muitos mistérios permanecem. Um desses mistérios é como um vírus esférico contorna barreiras energéticas para formar conchas simétricas.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo físico Roya Zandi, da Universidade da Califórnia, em Riverside, fez progressos para solucionar esse mistério. A equipe relata em um artigo publicado no ACS Nano que uma interação de energias no nível molecular torna possível a formação de uma concha.
A compreensão dos fatores que contribuem para a montagem viral pode permitir tentativas biomédicas de bloquear a replicação e infecção virais. Uma melhor compreensão de como as conchas virais – nano-contêineres da natureza – se formam de vital importância para os cientistas dos materiais e uma etapa crucial no projeto de nano-conchas projetadas que poderiam servir como veículos para a entrega de medicamentos a alvos específicos no corpo.
A equipe de Zandi explorou o papel da concentração de proteínas e da energia elástica na auto-organização de proteínas na superfície curva da concha para entender como um vírus contorna muitas barreiras energéticas.
“Compreender o efeito combinado de energia elástica, interação genoma-proteína e concentração de proteínas na montagem viral constitui a inovação do nosso trabalho”, disse Zandi, professor do Departamento de Física e Astronomia. “Nosso estudo mostra que, se uma casca bagunçada se forma por causa da alta concentração de proteína ou forte interação atraente, então, à medida que a casca cresce, o custo da energia elástica se torna tão alto que várias ligações podem se quebrar, resultando na desmontagem e subsequente remontagem de uma concha simétrica”.
O que é um vírus?
O objeto físico mais simples da biologia, um vírus consiste em uma casca de proteína chamada capsídeo, que protege seu genoma de ácido nucleico – RNA ou DNA. Os vírus podem ser vistos como recipientes móveis de RNA ou DNA que inserem seu material genético nas células vivas. Eles então assumem o maquinário reprodutivo das células para reproduzir seu próprio genoma e capsídeo.
A formação do capsídeo é uma das etapas mais cruciais no processo de infecção viral. O capsídeo pode ter forma cilíndrica ou cônica, mas mais comumente assume uma estrutura icosaédrica, como uma bola de futebol.
Um icosaedro é uma estrutura geométrica com 12 vértices, 20 faces e 30 lados. Uma bola oficial de futebol é um tipo de icosaedro, chamado icosaedro truncado; possui 32 painéis cortados na forma de 20 hexágonos e 12 pentágonos, com os pentágonos separados um do outro por hexágonos.
A montagem viral não é bem compreendida porque os vírus são muito pequenos, medindo em nanômetros, sendo um nanômetro um bilionésimo de metro. A montagem também acontece muito rapidamente, normalmente em milissegundos, um milissegundo sendo um milésimo de segundo. Trabalho teórico e simulações são necessários para entender como um vírus cresce.
“Uma concha viral é altamente simétrica”, disse Zandi. “Se um defeito pentagonal se forma no local errado, ele quebra a simetria. Apesar dessa sensibilidade, as conchas virais são frequentemente reunidas em estruturas simétricas bem definidas”.
Nano veículos
Zandi explicou que, devido à falta de dados experimentais, o processo de montagem do vírus não é bem conhecido. O novo trabalho descobriu as propriedades elásticas das proteínas do capsídeo e a interação atraente entre elas andam de mãos dadas para formar configurações altamente simétricas que são energeticamente muito estáveis.
“Ao ajustar esses parâmetros, podemos controlar a estrutura final e a estabilidade dos capsídeos virais”, disse ela. “Esses capsídeos virais podem ser usados como nano-contêineres para transportar drogas como carga para alvos específicos. O que os torna altamente promissores para fins de entrega de medicamentos e entrega de genes é que eles são estáveis, têm alta eficiência de captação e baixa toxicidade”.
Alguns grupos experimentais já estão trabalhando com empresas farmacêuticas para projetar medicamentos que interferem ou bloqueiam a montagem viral. Seu laboratório está trabalhando com colaboradores internacionais para projetar simulações para entender melhor a montagem de vírus.
“Compreender os fatores que afetam a estabilidade das estruturas virais finais pode tornar os processos de entrega de medicamentos mais controláveis”, disse ela.
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