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Inside a cell, a virus hides in plain sight. For Zika and chikungunya, two mosquito-borne viruses whose genetic material is RNA, scientists have largely been left in the dark about what happens after infection, because few tools can follow the virus as it moves through a living cell. At Penn State, a team led by Joyce Jose, associate professor of biochemistry and molecular biology, has now filmed the viral RNA of both viruses moving inside live infected cells in the laboratory.
All'interno di una cellula, un virus si nasconde in bella vista. Per Zika e chikungunya, due virus trasmessi dalle zanzare il cui materiale genetico è costituito da RNA, gli scienziati sono rimasti in gran parte all'oscuro di ciò che accade dopo l'infezione, perché pochi strumenti permettono di seguire il virus mentre si sposta all'interno di una cellula viva. Alla Penn State, un team guidato da Joyce Jose, professoressa associata di biochimica e biologia molecolare, ha ora filmato l'RNA virale di entrambi i virus mentre si muove all'interno di cellule infette vive in laboratorio.
The key is a tag called Mango-II, a short sequence of DNA or RNA inserted directly into the virus's genome. It folds into shapes on the single-stranded viral RNA and binds to a stain that glows bright green under the microscope. When the virus enters its double-stranded replication stage, the glow goes dark. Placing the tag was the hard part: the genome is so compact that almost all of it is essential, and the usual insertion site would stop the virus from replicating. The team put the tag in the protein-coding region instead, something that had not been done before to visualize viral RNA. According to the team, the tag does not affect the virus's life cycle.
La chiave è un marcatore chiamato Mango-II, una breve sequenza di DNA o RNA inserita direttamente nel genoma del virus. Si ripiega in forme sull'RNA virale a singolo filamento e si lega a una sostanza colorante che brilla di verde intenso al microscopio. Quando il virus entra nella fase di replicazione a doppio filamento, il bagliore si spegne. Inserire il marcatore è stata la parte più difficile: il genoma è così compatto che quasi tutto è essenziale, e il punto di inserzione abituale avrebbe impedito al virus di replicarsi. Il team ha quindi collocato il marcatore nella regione che codifica per le proteine, una soluzione mai adottata prima per visualizzare l'RNA virale. Secondo il team, il marcatore non interferisce con il ciclo vitale del virus.
The two viruses moved differently. Zika's RNA is anchored to the endoplasmic reticulum, the cell's main manufacturing and transport network, whereas chikungunya's RNA travels more widely and more rapidly along the plasma membrane. Jose compares the older tools to a photograph: electron microscopy captures fixed images and loses the moment-to-moment interactions. Live imaging, she says, is "the difference between a photograph and a video." The team says the movement patterns matched what earlier published studies had described.
I due virus si sono mossi in modo diverso. L'RNA di Zika è ancorato al reticolo endoplasmatico, la principale rete di produzione e trasporto della cellula, mentre l'RNA di chikungunya viaggia più ampiamente e più rapidamente lungo la membrana plasmatica. Jose paragona gli strumenti precedenti a una fotografia: la microscopia elettronica cattura immagini fisse e perde le interazioni momento per momento. L'imaging in tempo reale, afferma, è «la differenza tra una fotografia e un video». Il team sostiene che i modelli di movimento corrispondono a quanto descritto da studi precedenti pubblicati.
The same tag also served as a fishing line. Once the researchers extracted the tagged viral RNA from infected cells, they identified, after comparing against two controls, more than 200 host proteins that interacted with Zika virus with high confidence, and a smaller set for chikungunya. 132 host factors are shared by the two viruses. These are the cell proteins the viruses rely on to survive, and each one is a possible point where a drug could interrupt the infection.
Lo stesso marcatore ha funzionato anche come una lenza da pesca. Una volta estratto l'RNA virale marcato dalle cellule infette, i ricercatori hanno individuato, dopo il confronto con due controlli, più di 200 proteine dell'ospite che hanno interagito con il virus Zika con elevata affidabilità, e un insieme più ridotto per chikungunya. 132 fattori dell'ospite sono condivisi dai due virus. Si tratta delle proteine cellulari di cui i virus hanno bisogno per sopravvivere, e ciascuna rappresenta un possibile punto d'intervento per un farmaco che interrompa l'infezione.
For patients, the gain is indirect and far off. Jose notes there are currently no good antiviral treatments for either infection. The study does not announce a drug or a date, and its experiments were run in commercially available human cells in the lab. What it gives antiviral researchers is a map of who, what, where and when the virus uses the host cell, drawn from a method that leaves the infection intact. Jose says it could be applied to dengue, hepatitis C and rhinovirus. The team, by her account, spent eight to nine years building toward this live imaging.
Per i pazienti, il beneficio è indiretto e lontano nel tempo. Jose fa notare che al momento non esistono buoni trattamenti antivirali per nessuna delle due infezioni. Lo studio non annuncia un farmaco né una data, e i suoi esperimenti sono stati condotti in laboratorio su cellule umane disponibili in commercio. Ciò che offre ai ricercatori che lavorano sugli antivirali è una mappa di chi, cosa, dove e quando il virus utilizza la cellula ospite, ricavata da un metodo che lascia intatta l'infezione. Jose afferma che potrebbe essere applicato a dengue, epatite C e rinovirus. Il team, secondo il suo racconto, ha impiegato da otto a nove anni per arrivare a questo imaging in tempo reale.