Forskare vid Lunds universitet har tillsammans med kollegor vid synkotronanläggningen NIST i USA, på atomnivå kartlagt vad som sker i en viruspartikel när temperaturen höjs.
– När temperaturen höjs, byter virusets genetiska material form samt densitet och blir mer vätskeliknande – vilket leder till att det snabbt injiceras i cellen, säger Alex Evilevitch, som lett studien. 

Virus har ingen egen ämnesomsättning eller förmåga till celldelning utan är helt beroende av en värdcell för att kunna multiplicera sig. I stället kidnappar viruset den infekterade cellens inre maskineri för att kunna producera nya viruspartiklar som sedan frigörs och sprider sig vidare och infekterar andra celler.

I de flesta fall omsluts virusets genetiska material, DNA, av ett skyddande proteinskal som kallas kapsid. En forskargrupp vid Lunds universitet arbetar med att förstå hur det går till när viruset skjuter ut sitt genetiska material från kapsiden och in i celler, och vad som orsakar att virusets DNA kan ta sig ut. Allting började med en studie som publicerades 2014 där forskarna såg att det verkar ske en plötslig förändring med virusets genetiska material när det utsätts för infektionstemperaturen, runt 37 grader.

– Ju mer vi höjde värmen, desto styvare blev virusets DNA. Och så plötsligt vid infektionstemperaturen hände något. Det var som att det inte fanns något DNA kvar i viruspartikeln – styvheten försvann, säger Alex Evilevitch, professor i cellbiologi vid Lunds universitet.

Har studerat fager – virus som angriper bakterier

Kan värme påverka spridningen av virusets DNA? Studien väckte stor uppmärksamhet i forskarvärlden, men att i detalj kartlägga vad som sker har varit en utmaning och tagit tid. Som modell har forskarna studerat vad som sker när man utsätter fagvirus – virus som angriper bakterier – för temperaturhöjningar.

– Att se hur DNA ser ut i en viruspartikel gör man inte i en handvändning. Deras genetiska material är ömtåligt, svåravbildat och dessutom är fagvirus väldigt små – cirka tio gånger mindre än en bakteriecell. Men med hjälp av synkotronforskningsanläggningen NIST i Maryland, USA, och tack vare ett speciellt anslag från Vetenskapsrådet kunde vi till slut med neutronljus avbilda strukturen på fagvirusets DNA och dess densitet inuti kapsiden och se hur dessa förändrades i olika temperaturer, förklarar Alex Evilevitch.

I den aktuella studien visar de att den omgivande temperaturen har avgörande betydelse när kapsiden öppnas och ”DNA brister ut” och tar sig in i cellen. Cellen infekteras så att fagvirus-partiklarna kan delas och spridas vidare till intilliggande bakterieceller.

– Vi har också sett att själva förändringen av strukturen på DNA är direkt kopplat till hur potent viruset är på att infektera värdcellen.

Grundprinciperna för antivirala läkemedel

Att forskarna vill förstå mer om hur virusets kapsid och DNA fungerar är dels för att förstå hur DNA och RNA kan packas ihop i så oerhört små volymer, dels hur det kan injiceras så snabbt in i cellen vid infektionstillfället.

– Detta ger oss större förståelse för hur snabbt DNA kan ta sig ut från viruset och in i cellen och kan ha betydelse för hur man kan slå av och på ett virus – alltså grundprincipen för utveckling av nya antivirala medel. Det kan också ha betydelse för hur man packar nukleinsyror för genterapisyfte, säger Alex Evilevitch.

Kan man då tolka studien som att högre kroppstemperatur ökar risken för infektionsspridning?

– Resultaten pekar i den riktningen. Strukturen på virusets genetiska materialet och dess mekaniska egenskaper förändrades redan när kroppstemperaturen höjs till 37 grader. Vi ser också att en temperaturökning påverkar hastigheten på virusspridningen. Detta har vi dock än så länge visat i cellkultur i vårt laboratorium och framtida studier krävs där man även behöver väga in andra faktorer som påverkar infektionsförloppet, som exempelvis immunsvaret.

Länk till vetenskaplig publikation: “Temperature-induced DNA density transition in phage λ capsid revealed with contrast-matching SANS”

Text: TOVE SMEDS

Artikeln är tidigare publicerad som nyhet från Lunds universitet