Ein Forscher der Aston University hat die allererste Computerrekonstruktion eines Virus erstellt, einschließlich seines vollständigen nativen Genoms.
Obwohl andere Forscher ähnliche Rekonstruktionen erstellt haben, ist dies die erste, die die genaue chemische und 3D-Struktur eines lebenden Virus repliziert.
Der Durchbruch könnte den Weg für die Erforschung einer Alternative zu Antibiotika ebnen und die Bedrohung durch antibakterielle Resistenzen verringern.
Die Forschung „Rekonstruktion und Validierung des gesamten Virusmodells mit vollständigem Genom aus gemischter Kryo-EM-Dichte“ von Dr. Dmitry Nerukh von der Fakultät für Mathematik am College of Engineering and Physical Sciences der Aston University wird in der Zeitschrift veröffentlicht Faraday-Diskussionen.
Die Forschung wurde unter Verwendung vorhandener Daten von Virusstrukturen durchgeführt, die mittels Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) gemessen wurden, und einer Computermodellierung, die trotz der Verwendung von Supercomputern in Großbritannien und Japan fast drei Jahre dauerte.
Der Durchbruch wird Biologen den Weg ebnen, biologische Prozesse zu untersuchen, die derzeit nicht vollständig untersucht werden können, weil das Genom im Virusmodell fehlt.
Dazu gehört auch herauszufinden, wie ein Bakteriophage, eine Art Virus, der Bakterien infiziert, ein bestimmtes krankheitsverursachendes Bakterium abtötet.
Im Moment ist nicht bekannt, wie dies geschieht, aber diese neue Methode zur Erstellung genauerer Modelle wird weitere Forschungen zur Verwendung von Bakteriophagen zur Abtötung bestimmter lebensbedrohlicher Bakterien eröffnen.
Dies könnte zu einer gezielteren Behandlung von Krankheiten führen, die derzeit mit Antibiotika behandelt werden, und damit dazu beitragen, der zunehmenden Bedrohung des Menschen durch Antibiotikaresistenzen entgegenzuwirken.
Dr. Nerukh sagte: „Bis jetzt war niemand sonst in der Lage, ein natives Genommodell eines ganzen Virus auf solch detaillierter (atomistischer) Ebene zu erstellen.“
„Die Fähigkeit, das Genom innerhalb eines Virus genauer zu untersuchen, ist unglaublich wichtig. Ohne das Genom war es unmöglich, genau zu wissen, wie ein Bakteriophage ein Bakterium infiziert.“
„Diese Entwicklung wird es Virologen nun ermöglichen, Fragen zu beantworten, die sie zuvor nicht beantworten konnten.“
„Dies könnte zu gezielten Behandlungen führen, um für den Menschen gefährliche Bakterien abzutöten und das weltweite Problem antibiotikaresistenter Bakterien zu verringern, das mit der Zeit immer ernster wird.“
Der Modellierungsansatz des Teams hat viele andere potenzielle Anwendungen. Eine davon ist die Erstellung von Computerrekonstruktionen zur Unterstützung der Kryo-Elektronenmikroskopie – einer Technik zur Untersuchung von Lebensformen, die auf eine extreme Temperatur abgekühlt sind.
Mehr Informationen:
Vladimir S. Farafonov et al, Rekonstruktion und Validierung des gesamten Virusmodells mit vollständigem Genom aus Kryo-EM-Dichte mit gemischter Auflösung, Faraday-Diskussionen (2022). DOI: 10.1039/D2FD00053A