Un nuevo modelo describe el momento preciso de la explosión de células virales

Una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad Rice está arrojando luz sobre cómo los virus aseguran su supervivencia sincronizando con precisión la liberación de nuevos virus. El descubrimiento ofrece un nuevo marco teórico para comprender estos fenómenos biológicos dinámicos.

Investigación, publicada Revista biofísica El 18 de julio revela cómo algunos procesos biológicos pueden lograr una precisión notable a pesar de depender de eventos aleatorios.

«Nuestros hallazgos proporcionan información sobre los mecanismos críticos para la vida, desde las bacterias hasta los humanos», dijo Anatoly Kolomisky, profesor de química, ingeniería química y biomolecular y coautor del estudio.

La lisis celular fue el proceso que provocó que los virus abrieran células bacterianas en el momento adecuado para liberar nuevos virus. Este momento preciso requerido para la replicación viral ha desconcertado a los científicos durante años.

El equipo de investigación planteó la hipótesis de que esta precisión resulta de una interacción entre dos procesos aleatorios: la formación de proteínas holinas, o pequeñas proteínas de membrana codificadas por fagos que atraviesan la membrana del huésped en momentos programados, y la ruptura de la membrana celular.

Los investigadores propusieron que un acoplamiento determinado aleatoriamente entre estos procesos biofísicos y bioquímicos conduce a la cancelación del ruido, lo que permite una sincronización precisa.

Para probar su hipótesis, los investigadores desarrollaron un modelo matemático para analizar la dinámica de las proteínas holina. Compararon sus cálculos con datos experimentales de virus normales y mutantes para examinar cómo estas proteínas se agregan y desencadenan la explosión de células.

Su análisis reveló que se logra una sincronización precisa aumentando la cantidad de proteínas holina en la membrana manteniendo una distribución estrecha. Este equilibrio garantiza que la lisis celular se produzca en el momento adecuado a pesar de la aleatoriedad subyacente de los procesos implicados.

«Los estudios anteriores no han explorado esta interacción específica entre la estructura de las proteínas y la explosión celular, lo que hace que los hallazgos del equipo sean particularmente importantes», dijo Kolomisky.

Las predicciones teóricas de los investigadores se alinearon estrechamente con las observaciones experimentales de virus mutantes y de tipo salvaje. Descubrieron que los virus de tipo salvaje logran una sincronización precisa al equilibrar la entrada y salida de las proteínas holina en la membrana, pero los virus mutantes no logran mantener este equilibrio.

La investigación destaca cómo los sistemas biológicos pueden lograr resultados precisos a través de procesos caóticos y proporciona conocimientos más amplios sobre cómo se pueden regular otros procesos biológicos. Al comprender estos mecanismos de sincronización, los científicos pueden aprender más sobre los procesos vitales fundamentales y desarrollar enfoques novedosos para combatir las infecciones bacterianas.

La investigación subraya que se puede lograr un equilibrio complejo que garantice que procesos importantes ocurran con notable precisión incluso cuando están influenciados por procesos aleatorios, dijo Anupam Mondal, coautor del artículo y becario postdoctoral en el Centro de Biofísica Teórica (CTBP).

«El trabajo del equipo es un paso adelante para comprender mejor los mecanismos detallados de la división celular, y revela que la precisión de la naturaleza a menudo surge de la interacción de la aleatoriedad y la regulación», dijo Mondal.