Νέα μελέτη ρίχνει φως στους μυστηριώδεις γιγαντιαίους ιούς

Σε διάφορες μυστηριώδεις τοποθεσίες του κόσμου, όπως στη Σιβηρία και σε διάφορες τοποθεσίες στην Ανταρτική, ιδιαίτερα σε περιοχές που καλύπτονται από πάγο ανακαλύφθηκαν γιγαντιαίοι ιοί. Μια νέα μελέτη που πραγματοποιήθηκε από ομάδα επιστημόνων του Michigan State University, ρίχνει φως σε αυτά τα αινιγματικά γιγαντιαία μικρόβια και στις βασικές πτυχές της διαδικασίας με την οποία μολύνουν τα κύτταρα, αποκαλύπτοντας τις βασικές πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τις λοιμώξεις που προκαλούν.

Τι είναι οι γιγαντιαίοι ιοί;

Οι γιγαντιαίοι ιοί έχουν μέγεθος μεγαλύτερο από 300 νανόμετρα και μπορούν να επιβιώσουν για πολλές χιλιετίες. Συγκριτικά, για να γίνει πιο κατανοητό το μέγεθος τους, ο ρινοϊός, που είναι υπεύθυνος για το κοινό κρυολόγημα, έχει μέγεθος περίπου 30 νανόμετρα. Η πολυπλοκότητα τους, είναι επίσης τεράστια. Αυτοί οι ιοί, σύμφωνα με τον κύριο συγγραφέα της μελέτης, Kristin Parent, καθηγητή Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας στο MSU, ανακαλύφθηκαν πρόσφατα στη Σιβηρία και ενώ ζουν πάνω από 30.000 χρόνια στα παγωμένα υπόγεια στρώματα, διατηρούν την ικανότητα τους να μολύνουν τους ανθρώπους.

Τα εξωτερικά κελύφη των ιών αυτών, είναι ανθεκτικά και αντέχουν σε πολύ δύσκολα περιβάλλοντα, προστατεύοντας το ιικό γονιδίωμα που βρίσκεται στο εσωτερικό τους. Τα κελύφη των ειδών που αναλύθηκαν σε αυτήν τη μελέτη – μιμητικός ιός, ιός της Ανταρκτικής, ιός Samba και ιός Tupan – έχουν σχήμα εικοσάπλευρης μήτρας.

Αυτά τα είδη έχουν έναν μοναδικό μηχανισμό για την απελευθέρωση του ιικού γονιδιώματος τους. Μια σφραγίδα σε σχήμα αστερία κάθεται πάνω σε μία από τις κορυφές του εξωτερικού κελύφους. Αυτή η κορυφή είναι γνωστή ως «stargate». Κατά τη διάρκεια της μόλυνσης, οι «αστερίες» ανοίγουν για να απελευθερώσουν το ιικό γονιδίωμα.

Σε ποια αποτελέσματα κατέληξε η μελέτη και για ποιο λόγο θεωρούνται σημαντικά;

Κατά τη διάρκεια της μελέτης, χρειάστηκαν να αντιμετωπιστούν πολλά εμπόδια. Αρχικά, σύμφωνα με τον Parent, οι γιγαντιαίοι ιοί είναι δύσκολο να απεικονιστούν, λόγω του μεγέθους τους και προηγούμενες μελέτες βασίστηκαν στην εύρεση ενός ιού στο ένα εκατομμύριο που να βρίσκεται στη σωστή κατάσταση λοίμωξης. Για να επιλύσει αυτό το ζήτημα, ο μεταπτυχιακός φοιτητής Jason Schrad, ανέπτυξε μια νέα μέθοδο που μιμείται τα στάδια της μόλυνσης. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιώντας το νέο μικροσκόπιο, το Cryo-Electron Microscopy και το Scanning Electron Microscope, η ομάδα υπέβαλε διάφορα είδη ιών σε μια σειρά από σκληρές χημικές και περιβαλλοντικές θεραπείες, που έχουν σχεδιαστεί για να προσομοιώσουν τις καταστάσεις που μπορεί να αντιμετωπίσει ένας ιός κατά τη διαδικασία της μόλυνσης. «Το Cryo-EM μας επιτρέπει να μελετάμε ιούς και πρωτεϊνικές δομές σε ατομικό επίπεδο και να τους συλλαμβάνουμε όταν βρίσκονται σε κατάσταση λοίμωξης», δήλωσε ο Parent.

Τα αποτελέσματα της έρευνας, αποκάλυψαν τρεις περιβαλλοντικές συνθήκες, οι οποίες ευνόησαν το άνοιγμα των αστεριών και την απελευθέρωση του ιικού γονιδιώματος: χαμηλό pH, υψηλή θερμοκρασία και υψηλή ποσότητα αλατιού.

Με βάση αυτά τα νέα δεδομένα, η ομάδα σχεδίασε ένα μοντέλο το οποίο μιμείται αποτελεσματικά και αξιόπιστα τα στάδια της μόλυνσης, ώστε να μελετηθούν περεταίρω οι ιοί. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο “αστερίας” πάνω από την πύλη stargate, ξετυλίγεται αργά, ενώ παραμένει προσκολλημένος στο κέλυφος. Με την ικανότητα αναδημιουργίας των σταδίων της μόλυνσης, οι  ερευνητές κατάφεραν να μελετήσουν και τις πρωτεΐνες που απελευθερώθηκαν από τον ιό κατά το πρώτο στάδιο της μόλυνσης και διαπίστωσαν ότι οι συγκεκριμένες πρωτεΐνες δημιουργούν διάφορες βιολογικές διαδικασίες που απαιτούνται για να μολύνουν και να καταλάβουν τις ιογενείς δυνατότητες ενός κυττάρου, ώστε να δημιουργήσουν αντίγραφα του εαυτού τους και να οδηγήσουν τελικά σε λοίμωξη. Τα αποτελέσματα αυτά συμβάλλουν στο καθορισμό των ρόλων αυτών των πρωτεϊνών, που μέχρι στιγμής είναι άγνωστοι.

Το γεγονός ότι οι διαφορετικοί τύποι των γιγαντιαίων ιών που μελετήθηκαν ανταποκρίθηκαν παρόμοια in vitro, (οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα έξω από έναν ζωντανό οργανισμό) οδηγεί τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι αφού όλοι αυτοί οι ιοί έχουν κοινά χαρακτηριστικά, πιθανώς θα έχουν και παρόμοιες πρωτεΐνες, πράγμα που μελλοντικά μπορεί να δώσει απαντήσεις στο πώς ακριβώς δρουν αυτές οι πρωτεΐνες και με ποιο τρόπο δημιουργούν τη λοίμωξη από τον γιγαντιαίο ιό.