محققان به رهبری مارکوس دسرنو، فیزیکدان دانشگاه کارنگی ملون و کریستین پیتر، شیمیدان دانشگاه کنستانز (آلمان) شبیه سازی کامپیوتری ساخته اند که کپسیدهای ویروسی را خرد می کند. این شبیه‌سازی با اجازه دادن به محققان برای دیدن چگونگی جدا شدن پوسته‌های سخت، پنجره‌ای محاسباتی برای مشاهده نحوه تجمع ویروس‌ها و پروتئین‌ها فراهم می‌کند. این مطالعه در شماره اکتبر مجله اروپایی Physical Journal Special Topics منتشر شده است.
"مفهوم شکستن چیزی برای دیدن نحوه ساخت آن چیز جدیدی نیست.دسرنو، پروفسور دپارتمان فیزیک و عضو ابتکار فیزیک بیولوژیکی دپارتمان، گفت: «این همان کاری است که در شتاب‌دهنده‌های ذرات و آزمایشگاه‌های علم مواد در سرتاسر جهان انجام می‌شود - به غیر از کودکان نوپا که اسباب‌بازی‌های خود را می‌شکنند تا ببینند داخل آن چیست.» یک شبیه‌سازی که می‌توانیم ویروس را بسازیم، آن را خرد کنیم و ببینیم چه اتفاقی می‌افتد با وضوح بسیار بالا."
کپسیدهای ویروسی، پوسته های پروتئینی که ژنوم ویروس را در خود محصور می کنند و انتقال می دهند، یکی از قوی ترین نانو ظروف طبیعت هستند. این پوسته‌ها زمانی ساخته می‌شوند که کپی‌هایی از پروتئین‌های کپسید به‌طور خودبه‌خودی کنار هم قرار می‌گیرند و به صورت یک پوسته هندسی گرد جمع می‌شوند. درک چگونگی ترکیب این پروتئین ها برای تشکیل کپسیدها ممکن است به محققان کمک کند تا نانو ظروف مشابهی برای مصارف مختلف، از جمله تحویل هدفمند دارو بسازند. علاوه بر این، شبیه‌سازی می‌تواند جای خالی ویروس‌شناسان را پر کند و به آنها اجازه می‌دهد تا مراحل تجمع ویروس را که نمی‌توانند به‌طور تجربی ببینند، مطالعه کنند.
مطالعه خودآرایی کپسیدهای ویروسی دشوار است. بیشتر ویروس‌ها خیلی کوچک هستند - حدود 30 تا 50 نانومتر - و پروتئین‌های کپسید خیلی سریع کنار هم قرار می‌گیرند و نمی‌توانند با میکروسکوپ سنتی ترکیب شوند. به عنوان یک جایگزین، دسرنو و همکارانش فکر کردند که یک راه بهتر برای یادگیری در مورد مونتاژ کپسید ممکن است این باشد که ببینند وقتی کپسید از قبل تشکیل شده از هم جدا می شود چه اتفاقی می افتد.
برای انجام این کار، دسرنو و همکارانش یک مدل دانه درشت از کپسید ویروس کلروتیک لوبیا چشم بلبلی (CCMV) ایجاد کردند. در شبیه سازی، آنها نیروها را به کپسید اعمال کردند و نحوه واکنش آن به این نیروها را مشاهده کردند. مدل آنها بر اساس میدان نیروی MARTINI است، یک مدل دانه درشت که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، با یک شبکه تثبیت کننده اضافه شده در پروتئین های جداگانه که کاستی های مدل را در تثبیت هندسه تاشوی پروتئین جبران می کند.
کپسید CCMV از 180 پروتئین یکسان تشکیل شده است. در مونتاژ، پروتئین ها ابتدا جفت هایی را تشکیل می دهند که دایمر نامیده می شوند و آن دایمرها سپس در سطح مشترک به یکدیگر می پیوندند.در حالی که پروتئین ها یکسان هستند، رابط ها می توانند متفاوت باشند. در برخی از نقاط روی کپسید، پنج پروتئین به هم می رسند. در دیگران، شش. در شبیه‌سازی، محققان دریافتند که وقتی نیرو به کپسید وارد می‌شود، کپسید ابتدا در رابط‌های هگزامتریک شروع به شکستن می‌کند، که نشان می‌دهد آن تماس‌های پروتئین-پروتئین ضعیف‌تر از رابط‌های پنتامتری هستند. در مقابل، کنتاکت های پنتامتریک هرگز شکسته نشدند. از آنجایی که اتصالات قوی‌تر ابتدا و اتصالات ضعیف‌تر بعداً جمع‌آوری می‌شوند، محققان می‌توانند از این اطلاعات برای شروع بازسازی نحوه تشکیل کپسید استفاده کنند.
در شبیه سازی، محققان همچنین توضیحی محتمل برای ویژگی ساختاری عجیبی که در کپسید CCMV یافت شده است، پیدا کردند. در مرکز محل ارتباط هگزامتریک، انتهای دم شش پروتئین به هم می رسند و یک بشکه بتا را تشکیل می دهند. بشکه های بتا ساختارهای پروتئینی ثانویه مارپیچ هستند. محققان بر این باورند که آنها برای ایجاد ثبات بیشتر در مراحل پایانی به رابط‌های هگزامتریک ضعیف‌تر عمل می‌کنند.
