Virus
Estudio de las propiedades mecánicas y auto-ensamblaje para virus con cápsides esféricas. Modelos, simulaciones y comparación con experimentos.
Relevance of capsid structure in the buckling and maturation of spherical viruses
Aznar, M., Luque, A., & Reguera, D. (2012). Relevance of capsid structure in the buckling and maturation of spherical viruses. Physical biology, 9(3), 036003.
Resumen
La forma y las propiedades mecánicas de las cápsidas virales son importante en varios procesos biológicos durante el ciclo de vida del virus . En particular, para volverse infecciosos, muchos virus requieren una etapa de maduración en la que la cápside sufre una transición de pandeo, desde una procapside esférica inicial hasta una capside facetada icosaédrica final. Aquí estudiamos, usando un modelo físico mínimo, cómo la forma de la cápside y la transición de pandeo dependen del número de triangulación T y la clase P de la estructura del virus. Encontramos que, las cápsides con P = 1 tienen más probabilidades de producir formas poliédricas que minimizan su energía y estrés acumulado, mientras que los virus con P= 3 prefieren permanecerse esféricos. Para las cápsides grandes, todas las capsides son más estables adoptando una forma icosaédrica, de acuerdo con la teoría elástica continua. Además, los virus esféricos muestran una transición de pandeo a capas poliédricas en expansión, en consonancia con la maduración de los virus. El caparazón icosaédrico resultante es mecánicamente más rígido, tolera expansiones más grandes y soporta presiones internas más altas antes de fallar, lo que podría explicar por qué algunos virus dsDNA, que dependen de la presurización de su material genético para facilitar la infección, experimentan una transición de pandeo.
Direct Measurement of Phage phi29 Stiffness Provides Evidence of Internal Pressure
Hernando‐Pérez, M., Miranda, R., Aznar, M., Carrascosa, J. L., Schaap, I. A., Reguera, D., & de Pablo, P. J. (2012). Direct measurement of phage phi29 stiffness provides evidence of internal pressure. Small, 8(15), 2366-2370.
Resumen
Usando experimentos de nanoindentación AFM, se muestra que las cápsides del bacteofago phi29 llenas de ADN son más rígidas que cuando están vacías.
La presencia de contraiones suavizan los virus completos de manera reversible, lo que indica que la presión se origina en el ADN confinado.
Un análisis de elementos finitos de los experimentos proporciona una estimación de la presión de ~ 40 atm dentro de la cápside, que es similar a las predicciones teóricas.
Physical Ingredients Controlling Stability and Structural Selection of Empty Viral Capsids
Aznar, M., & Reguera, D. (2016). Physical ingredients controlling stability and structural selection of empty viral capsids. The Journal of Physical Chemistry B, 120(26), 6147-6159.
Resumen
Uno de los pasos cruciales en el ciclo de replicación viral es el autoensamblaje de su cubierta proteica. Típicamente, cada virus nativo adopta una arquitectura única, pero las proteínas de recubrimiento de muchos virus tienen la capacidad de autoensamblarse in vitro en diferentes estructuras al cambiar las condiciones de ensamblaje. Sin embargo, los mecanismos que determinan cuál de las posibles formas y estructuras de la cápsida es seleccionada por un virus aún no se conocen bien. Presentamos un modelo de grano grueso para analizar y comprender los mecanismos físicos que controlan la selección de tamaño y estructura en el ensamblaje de cápsidas virales vacías. Usando este modelo y simulaciones de Monte Carlo, hemos caracterizado el diagrama de fase y la estabilidad de T= 1,3,4,7 y cáscaras de cubo chato. Además, hemos estudiado la tolerancia de diferentes capas a los cambios en los parámetros físicos relacionados con las condiciones ambientales, identificando posibles estrategias para inducir un mal ensamblaje o falla. Finalmente, discutimos los factores que seleccionan la forma de una cápside como esférica, facetada, alargada o decapsidada. Nuestro modelo arroja luz importante sobre los ingredientes que controlan el ensamblaje y la estabilidad de los depósitos virales. Este conocimiento es esencial para obtener cápsides con un tamaño y una estructura bien definidos que podrían usarse para aplicaciones prometedoras en medicina o bionanotecnología.
Viral Nanomechanics With a Virtual Atomic Force Microscope
Aznar, M., Roca-Bonet, S., & Reguera, D. (2018). Viral nanomechanics with a virtual atomic force microscope. Journal of Physics: Condensed Matter, 30(26), 264001.
Resumen
La función principal de la cápside es proteger el genoma viral contra las agresiones externas, facilitando su encapsulación y entrega de forma eficiente. Como consecuencia, las cápsidas virales han desarrollado asombrosas propiedades mecánicas que son cruciales para la función viral. Estas notables propiedades han comenzado a revelarse en experimentos de nanoindentación en virus, están abriendo la puerta a prometedoras aplicaciones biotecnológicas y nanotecnológicas. Sin embargo, la interpretación de los experimentos de nanoindentación a menudo es difícil, ya que requiere el apoyo de análisis teóricos y de simulación.
Aquí presentamos un 'AFM virtual' (VAFM), una simulación Brownian Dynamics de un modelo de virus de grano grueso destinado a imitar la configuración estándar de los experimentos de nanoindentación de microscopía de fuerza atómica (AFM). El VAFM se utilizará para analizar la respuesta mecánica y la ruptura de los virus dependen de diferentes parámetros que controlan las interacciones efectivas entre las unidades estructurales de la cápside. En particular, discutiremos la influencia de la adsorción, el radio de la punta y la rigidez y la forma de la carcasa en su respuesta mecánica. Estas simulaciones proporcionan información valiosa que no es accesible en experimentos.