Forscher und Forscherinnen haben beobachtet, wie Viren durch synthetische Nanoporen hindurchtreten, die den Kernporen ähneln, den Eingangstoren, durch die sie Zellkerne infizieren. Wenn die Konzentration ausreichend ist, bilden sich Verstopfungen, die die Translokation einschränken. Diese Verstopfungen liefern Informationen über die Wechselwirkungen zwischen den Viren und der Oberfläche des Zellkerns.
Viren haben bemerkenswerte physikalische Eigenschaften und komplexe Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung. Normalerweise stellt man sich den Transport dieser Krankheitserreger durch die Atmung infizierter Personen vor, indem Tröpfchen beim Ausatmen freigesetzt werden, ein Konzept, das durch zahlreiche Arbeiten während des Aufkommens von Covid-19 populär wurde.
Der Weg der Viren zum Infektionsort ist jedoch komplex und äußerst vielfältig. Um in die Zellen zu gelangen und sie zu infizieren, müssen Viren einen Weg in manchmal sehr beengten Umgebungen finden. Während des kritischen Moments des Eindringens in den Zellkern müssen einige Viren die "Tore" überwinden, die die Kernporen an der Oberfläche des Zellkerns bilden – ein Phänomen von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Viruserkranktheit.
Diese kritische Phase wurde nun von Teams des Physiklabors (
LPENSL, CNRS / ENS de Lyon), des Instituts für Infektionsforschung in Montpellier (
IRIM, CNRS / Universität Montpellier), des Pariser Instituts für Molekulare Chemie (
IPCM, CNRS / Sorbonne Universität), des Internationalen Zentrums für Infektionsforschung (
CIRI, CNRS / ENS de Lyon / INSERM / Universität Claude Bernard),
GULLIVER (CNRS / ESPCI Paris - PSL) und Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes (
ITODYS, CNRS / Universität Paris Cité) untersucht, indem sie einen
in vitro Ansatz verwendeten, der den Transport von Viren im Zellkern nachahmt. Dazu untersuchten sie das Durchdringen von Viren durch synthetische Nanometeröffnungen, die allgemein als Nanoporen bezeichnet werden, und beobachteten dies mit ultraempfindlicher optischer Detektion.
Überraschenderweise stellten die Forscher und Forscherinnen fest, dass Viren dazu neigen, miteinander zu interagieren, wenn sie gezwungen werden, in diese Poren einzutreten, und dass sich bei ausreichender Dichte leicht ein Stau bildet, der hauptsächlich auf die Adhäsion der Viren untereinander und an die Pore zurückzuführen ist. Mithilfe eines physikalischen Modells nutzten die Wissenschaftler diese Tatsache zu ihrem Vorteil, indem sie zeigten, dass man dieses Verstopfungsphänomen nutzen kann, um die Wechselwirkungen der Viren untereinander und mit der Pore zu quantifizieren.
Virenstau in einer synthetischen Nanopore.
A) Künstlerische Darstellung der Bildung eines Virusstaus am Eingang der Nanopore.
B) Messung der Durchtrittsfrequenz durch ein Netzwerk synthetischer Nanoporen in Abhängigkeit vom angewandten Druck, der die Viren durchdrücken soll. Die signifikante Verringerung der Durchtrittsfrequenz bei steigender Virenkonzentration ist das charakteristische Zeichen für die Bildung eines Staus innerhalb der Pore. Die Punkte stellen die experimentellen Messungen dar, und die durchgehenden Linien repräsentieren die Vorhersagen des für diese Studie entwickelten physikalischen Modells.
© Vincent Démery, Fabien Montel & Léa Chazot-Franguiadakis.
Diese Arbeiten schlagen somit eine neue Methode vor, um die Wechselwirkungen von Viren mit ihrer Umwelt zu verstehen und zu charakterisieren. Beispielsweise kann der Einfluss von Medikamenten auf den Transport von Viren in den Zellkern durch solche Experimente getestet werden. Man kann auch überlegen, diese Technik zu nutzen, um die Aggregation von Nanopartikeln mithilfe einer Nanopore zu steuern. Diese Ergebnisse wurden in der Zeitschrift
Nature Communications veröffentlicht.
Referenzen:
Soft jamming of viral particles in nanopores,
Nature Communications, veröffentlicht am 23. Juli 2024.
Doi:
10.1038/s41467-024-50059-9 (open access)
Quelle: CNRS INP