新模型解释了病毒细胞爆发的精确时间

莱斯大学科学家的新研究揭示了病毒如何通过精确控制新病毒的释放时间来确保其生存。这一发现为理解这些动态生物现象提供了一个新的理论框架

这项研究于7月18日发表在《生物物理杂志》上，还揭示了某些生物过程如何在依赖随机事件的情况下实现显著的精度

“我们的发现为从细菌到人类的生命关键机制提供了见解，”化学、化学和生物分子工程教授、该研究的合著者Anatoly Kolomeisky说

研究小组的一个重点是细胞裂解，即病毒在适当的时候使细菌细胞破裂以释放新病毒的过程。这种对病毒复制至关重要的精确时间，多年来一直困扰着科学家

研究小组假设，这种精确度是由两个随机过程之间的相互作用造成的：holin蛋白的积聚，或在程序化时间渗透宿主膜的小噬菌体编码的膜蛋白，以及细胞膜的破裂

研究人员提出，这些生物物理和生化过程之间随机确定的耦合会导致噪声消除，从而实现精确的计时

为了验证他们的假设，研究人员开发了一个数学模型来分析holin蛋白的动力学。他们将计算结果与正常病毒和突变病毒的实验数据进行了比较，研究了这些蛋白质是如何积累并引发细胞破裂的

他们的分析表明，通过最大限度地增加膜中holin蛋白的数量，同时保持狭窄的分布，可以实现精确的计时。这种平衡确保了细胞裂解发生在最佳时刻，尽管所涉及的过程具有潜在的随机性

Kolomeisky说：“以前的研究没有探索蛋白质积累和细胞破裂之间的这种特定相互作用，这使得该团队的发现特别重要。”

研究人员的理论预测与野生型和突变病毒的实验观察结果非常一致。他们发现，野生型病毒通过平衡膜中holin蛋白的进入和退出来实现精确的时间，而突变病毒则无法保持这种平衡

这项研究还强调了生物系统如何通过看似混乱的过程实现精确的结果，并为如何控制其他生物过程提供了更广泛的见解。通过了解这些时间机制，科学家们可以更多地了解基本的生命过程，并开发出对抗细菌感染的创新方法

该研究还强调了自然界可以实现的复杂平衡，即使受到随机过程的影响，也能确保重要过程以惊人的准确性发生，该论文的合著者、理论生物物理中心（CTBP）的博士后研究员Anupam Mondal说

Mondal说：“该团队的工作是更好地理解细胞裂解详细机制的一步，揭示了自然界的精确性往往来自随机性和调节性的相互作用。” More information: Anupam Mondal et al, Molecular mechanisms of precise timing in cell lysis, Biophysical Journal (2024). DOI: 10.1016/j.bpj.2024.07.008

Journal information: Biophysical Journal