EO

De dynamiek van virusreproductie in beeld (video)

18 januari 2021 om 14:10 uur

De dynamiek van zelfassemblage van een virale eiwitstructuur. De witte zeshoek markeert de positie waarin een hexameer ontstaat aan de rand van een groeiende structuur die zich geleidelijk vormt uit virale eiwitbouwstenen. Foto's Wouter Roos, RUG

Virussen vermenigvuldigen zich via een proces dat bestaat uit zelfassemblage, rijping van virusdeeltjes en na infectie het vrijlaten van genetisch materiaal in een gastheercel. Nieuw technieken uit de natuurkunde helpen wetenschappers om de dynamiek van deze stappen te bestuderen. Dit kan leiden tot nieuwe behandelingen. Samen met twee collega’s heeft RUG-natuurkundige en ‘fysisch viroloog’ Wouter Roos een overzichtsartikel geschreven dat deze nieuwe technieken belicht.


Het artikel is verschenen in Nature Reviews Physics.

 

"Natuurkunde is al veel langer in gebruik voor onderzoek aan virussen", zegt Roos. "De wetten van de natuurkunde sturen belangrijke gebeurtenissen in de voortplantingscyclus." Recente ontwikkelingen in natuurkundige technieken maken het mogelijk om zelfassemblage en andere stappen in die cyclus te bestuderen in individuele virusdeeltjes en met een tijdsresolutie van minder dan een seconde. "Die nieuwe technieken laten ons de dynamiek van virussen zien."


In 2010 publiceerdee Roos en twee collega's al een overzicht van de natuurkundige aspecten van de virologie. "In die tijd was al het onderzoek naar virussen nog voornamelijk statisch, bijvoorbeeld door te kijken wat er gebeurt wanneer je druk uitoefent op een virusdeeltje." Er was wel onderzoek naar dynamische processen zoals zelfassemblage, maar dat gebeurde bij grote aantallen virusdeeltjes tegelijk, zonder de mogelijkheid op een enkel deeltje in te zoomen. "Dat is de laatste jaren veranderd en daarom werd het tijd voor een nieuw overzicht."

 

Virussen kapen cellen en dwingen ze om eiwitten te maken die als bouwstenen dienen voor nieuwe virusdeeltjes en om hun genetisch materiaal (RNA of DNA) te kopiëren. Het resultaat is een soep vol onderdelen van het virus, die via zelfassemblage nieuwe deeltjes vormen waarin het RNA of DNA zit opgeborgen. "Er is geen externe energie nodig voor dit proces. En zelfs in een reageerbuis kunnen de meeste virussen zichzelf snel opbouwen." Tot voor kort werd dit proces alleen bestudeerd in grote aantallen tegelijk. "We hadden dus geen idee wat de verschillen zijn in de assemblage van individuele virusdeeltjes."

 

Snelle scans

De afgelopen paar jaar zijn er technieken ontwikkeld om die individuele deeltjes te bestuderen in ‘real time'. Een daarvan is de Atomaire Kracht Microscopie (Atomic Force Microscopy, AFM). Zo'n microscoop scant een oppervlak via een dunne voeler met een punt die enkele atomen groot is. "De snelheid waarmee dat kan is de laatste jaren sterk toegenomen, zodat we nu snelle scans in minder dan een seconde kunnen uitvoeren van oppervlakken tot ongeveer een vierkante micrometer", zegt Roos, die zelf zo'n hogesnelheid AFM gebruikt. "Hiermee kunnen we zien hoe de onderdelen van virussen bij elkaar komen op een oppervlak. Dat is een zeer dynamisch proces, waarbij bouwstenen zich hechten en weer loslaten."

 

Een andere techniek is het gebruik van fluorescerende moleculen, waarmee bijvoorbeeld de binding van viruseiwit aan DNA is te volgen. "Je kunt met een optische pincet twee kleine bolletjes vasthouden die aan beide uiteinden van het DNA zitten. Als een viruseiwit bindt, zal het DNA zich wat oprollen waardoor de bolletjes dichter bij elkaar komen. Dat kun je volgen via een fluorescerend molecuul op die bolletjes." Ook is het mogelijk om eiwitten te voorzien van een fluorescerende groep waardoor zichtbaar wordt hoe ze zich binden aan virus-DNA of andere eiwitten. Een derde techniek is het gebruik van een optische microscoop waarmee de interferentie van licht dat door virusdeeltjes wordt verstrooid is te meten. De patronen die dit veroorzaakt zeggen iets over de structuur van de deeltjes tijdens de assemblage.

 

Rijping

Andere stappen in de viruscyclus zijn ook te bestuderen. "Wanneer ze in elkaar zitten, moeten de deeltjes sterk genoeg worden om de omstandigheden buiten de cel te kunnen weerstaan", zegt Roos. Ook andere aanpassingen vinden plaats, die de deeltjes bijvoorbeeld voorbereiden op het infecteren van nieuwe cellen. De dynamiek van deze rijping zijn belangrijk voor ons begrip van hoe de virussen werken. "En nadat ze een nieuwe cel hebben geïnfecteerd moeten ze weer uit elkaar vallen om hun genetisch materiaal af te geven."

 

Al deze nieuwe technieken onthullen de fysische dynamiek van virussen. Hiermee kunnen wetenschappers bestuderen hoe de deeltjes genetisch materiaal opnemen en welke fysische processen daarbij een rol spelen. De meeste antivirale geneesmiddelen zijn gericht op het blokkeren van de eerste stappen in de infectie, zoals het binden van virusdeeltjes aan een cel. Met de nieuwe dynamische informatie is het mogelijk geneesmiddelen te ontwikkelen die de zelfassemblage verstoren, of andere belangrijke stappen in de reproductiecyclus van virussen. Enkele van de Covid-19 vaccins gebruiken adenovirussen om een gen van het Sars-CoV-2 virus af te leveren in cellen, die het dan omzetten in een eiwit waartegen een afweerreactie wordt opgewekt. "Als we beter begrijpen hoe dat adenovirus in- en uit elkaar gaat zouden we bijvoorbeeld stabielere vaccins kunnen maken."

 

 

Gerelateerd nieuws

België telt vier nieuwe Fabrieken van de Toekomst

België telt vier nieuwe Fabrieken van de Toekomst

Cargill (Izegem), Danone (Rotselaar), Delhez Tôlerie (Thimister-Clermont) en L’Oréal (Libramont) zijn de nieuwe Factories of the Future. In zeven jaar is de selecte kopgroep van meest toekomstgerichte…

Imec toont 's werelds eerste Sub-5mW, IEEE 802.15.4z Ultra-Wideband Transmitter Chip

Imec toont 's werelds eerste sub-5mW, IEEE 802.15.4z ultra-wideband transmitter chip

Op de International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) presenteerde imec de eerste IEEE 802.15.4z impulse-radio ultrabreedband (IR-UWB) zenderchip, waarmee een evenwicht werd gevonden tussen UWB's nauwkeurige…

Hittebeheersing in fusiereactoren

Hittebeheersing in fusiereactoren

Midden in een fusiereactor is het onwaarschijnlijk heet. Waterstof dat uit dit binnenste ontsnapt, moet op weg naar de wand worden afgekoeld, anders smelt de reactorwand. Differ-onderzoekers ontwikkelden met het EPFL…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

9 maart 2021

Webinar: 10 keer klaar voor Industrie 4.0

Productiebedrijven met kleine series worden geholpen om data uit hun machines te halen en slim te...

10 maart 2021

Webinar: 5G and the Future of Business

A peek into the 5G revolution and what this technology brings to our lives.

23 maart 2021, online

Industrial Ethernet

Kennisdagen over de actuele ontwikkelingen op het gebied van industriële communicatie.

Meer agendapunten »