AI & computing › AI-gestuurde wetenschappelijke ontdekkingen
Wetenschappers ontdekken moleculaire poort waarmee pokkenvirus cellen kaapt
Onderzoekers hebben met behulp van AI en geavanceerde microscopie de exacte bouw blootgelegd van een piepklein poortje in het pokkenvirus. Deze 'portaalcomplex' genoemde structuur is essentieel voor de eerste stap van een infectie en vormt daarmee een veelbelovend doelwit voor nieuwe medicijnen tegen ziektes als mpox.
Pokkenvirussen behoren tot de grootste en meest complexe virussen die er zijn. De familie omvat gevreesde ziekteverwekkers zoals het pokkenvirus (variola) en het virus dat mpox veroorzaakt. Juist omdat mpox de afgelopen jaren wereldwijd opdook, groeide de behoefte aan beter begrip van hoe deze virussen precies werken. Een internationaal onderzoeksteam publiceerde nu in Nature een gedetailleerde blauwdruk van een cruciaal onderdeel: een moleculaire poort in de buitenwand van het virus.
Een poortje in de viruswand
Voor hun onderzoek gebruikten de wetenschappers het vacciniavirus, de ongevaarlijke verwant die ooit werd gebruikt voor het pokkenvaccin en nu dient als standaardmodel voor de hele virusfamilie. Met AI-gestuurde beeldanalyse ontdekten ze dat de harde, biconcave kern van het virus bezaaid is met kleine poortjes: gemiddeld bijna twintig per virusdeeltje. Elke poort is ongeveer twintig nanometer lang, oftewel twintigduizend keer dunner dan een millimeter, en steekt net boven het oppervlak van de virale kern uit.
Dit portaalcomplex blijkt van levensbelang voor het virus. Zodra het virus een cel is binnengedrongen, moet het eerst boodschapper-RNA (mRNA) naar buiten sluizen om de afweer van de gastheercel uit te schakelen. Pas daarna kan het zijn eigen DNA vrijgeven om zich te vermenigvuldigen. Zonder een werkende poort komt die keten van gebeurtenissen niet op gang.
AI ontrafelt de bouwstenen
Om te achterhalen welke eiwitten de poort precies vormen, combineerden de onderzoekers cryo-elektronentomografie met het AI-model AlphaFold2. Deze techniek maakt driedimensionale foto's van bevroren, onaangetaste virusdeeltjes, terwijl de AI voorspelt hoe individuele eiwitten zijn opgevouwen. Door duizenden voorspelde eiwitvormen digitaal in de microscoopbeelden te passen, konden de onderzoekers drie sleuteleiwitten aanwijzen: E6, E8 en L3. E6 vormt de centrale buis van de poort, E8 zit als een ring aan de buitenkant en L3 bekleedt de binnenkant. Ook zagen ze hoe een vierde eiwit, het zogeheten D5-helicase-enzym dat het DNA uiteindelijk loskoppelt, zich aan de buitenrand van de poort vastklikt.
Aangrijpingspunt voor medicijnen
Omdat alle drie de kerneiwitten van de poort bij vrijwel elk pokkenvirus voorkomen, zien de onderzoekers het complex als een aantrekkelijk doelwit voor nieuwe antivirale middelen. Een medicijn dat de poort blokkeert, zou in theorie kunnen voorkomen dat het virus zijn erfelijk materiaal ooit kan afleveren in een cel, nog voordat de infectie goed en wel begint. Er bestaan momenteel weinig specifieke behandelingen tegen pokkenvirussen, dus deze structuur biedt onderzoekers een concreet startpunt om daar verandering in te brengen.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze ontdekking geeft chemici en artsen een precies aangrijpingspunt om medicijnen te ontwerpen tegen pokkenvirussen zoals mpox, waarvoor nu nauwelijks gerichte behandelingen bestaan. Het laat ook zien hoe de combinatie van AI-structuurvoorspelling en microscopie steeds vaker doorbraken in de biologie mogelijk maakt.
- Pokkenvirus
- Familie van grote, complexe virussen met dubbelstrengs DNA, waaronder de verwekkers van pokken en mpox.
- Vacciniavirus
- Ongevaarlijke verwant van het pokkenvirus, ooit gebruikt in het pokkenvaccin en nu het standaardmodel in laboratoriumonderzoek naar deze virusfamilie.
- Portaalcomplex
- Een poortvormige structuur in de wand van de virale kern waardoor het virus mRNA en later DNA naar de gastheercel vrijgeeft.
- Cryo-elektronentomografie
- Beeldvormingstechniek waarbij bevroren biologische structuren met een elektronenmicroscoop vanuit meerdere hoeken worden gefotografeerd om een driedimensionaal beeld te maken.
- mRNA
- Boodschapper-RNA: een molecuul dat de instructies uit DNA overbrengt naar de eiwitfabriek van de cel.
- Helicase
- Een enzym dat de twee strengen van een DNA-molecuul van elkaar loskoppelt, nodig om het genetisch materiaal vrij te maken.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
