Gesundheit

Biomechanik wie der Ebola-virus legt seiner Wirtszelle

Es wurde kürzlich berichtet, dass die Zahl der Ebola-Fälle in der Demokratischen Republik Kongo übertraf die 1.000, so dass es die zweite schlimmsten Ausbruch in der Geschichte nach dem Ausbruch 2014 in West-Afrika, in denen 29.000 Menschen wurden infiziert und mehr als 11.000 starb. Dieser neueste Meilenstein ist eine stark Erinnerung an die dringende Notwendigkeit der Entwicklung von effektiven Präventions-und Behandlungsmittel für diese oft tödliche Krankheit.

Diejenigen, die infiziert mit dem Ebola-virus erleben schwere Krankheit, einschließlich hämorrhagische Fieber, die führen kann zu inneren Blutungen. Nach Angaben der US Centers for Disease Control and Prevention (CDC), gibt es derzeit keine spezifische Behandlung für Ebola.

– Taste, um die Entwicklung von Behandlungen für die Krankheit ist das Verständnis der Mechanismen der Infektion-Prozess. Wissenschaftler wissen, dass zur Eingabe einer menschlichen Zelle, die Ebola-nutzt einen natürlichen Prozess namens macropinocytosis, durch die die Zelle „aufräumt“ Ihre Umgebung durch Internalisierung der Toten Zelltrümmer, die es umgibt. Proteine auf der Zelle Oberfläche dienen als Rezeptoren, so dass die Immunzellen erkennen die Toten Zelltrümmer und verinnerlichen es. Das virus interagiert mit diesen Proteinen, die sogenannten T-cell immunoglobulin and mucin domain (TIM) Proteine und Verwendungen, von Ihnen zu entführen und seinen Weg in die Zelle. Einmal drinnen, die Ebola-virus-Membran-sicherungen zu den endosomen gebildet hat um und entlässt seinen genetischen Inhalt in die Zelle.

„Die virale RNA-weitere entführt die Zelle Mechanismus, um Proteine zu bilden und zu replizieren sich im inneren. Dann Knospe aus der Membran zu bilden, ein neues virus, während die gesunde Wirtszelle stirbt“, sagt Frank Zhang, außerordentlicher professor von Biotechnik und der Maschinenbau an der Lehigh University.

„Während der Ebola-host-cell-Anlage wurde gezeigt, dass abhängig von der molekularen Biomechanik der Interaktion zwischen Rezeptoren auf der Oberfläche der Zelle und dem äußeren Mantel des virus, das quantitative Verständnis eine wichtige Orientierungshilfe bei der Entwicklung von Therapien, die noch entwickelt werden“, fügt Anand Jagota, Gründer und Vorsitzender der Lehigh Department of Bioengineering und Professor of Chemical and Biomolecular Engineering.

Zhang und Jagota haben sich zusammengetan, um zu versuchen, um ein besseres Verständnis der Biomechanik von Ebola-virus-host cell adhesion. Das Projekt Paaren Jagota expertise in computational molecular adhesion mechanik mit Zhang den Schwerpunkt mechanosensing, oder wie Zellen Sinne und reagieren auf mechanische Reize. Das duo, die Zusammenarbeit mit Kollegen Sven Moller-Tank und Wendy Maury von der Universität von Iowa entwickelten ein einfaches Modell, das charakterisiert die Biomechanik des Ebola-virus-host cell adhesion?Erkenntnisse, dass kann neue und hilfreiche Informationen auf dem Weg zur Entwicklung eine wirksame Ebola-Behandlung. Sie veröffentlichten Ihre Ergebnisse in Wissenschaftlichen Berichten in einem Artikel mit dem Titel: „Biomechanische Charakterisierung von TIM-protein-vermittelte Ebola-virus – host cell adhesion.“

„Wir verwendeten einzelmolekül-Kraft-Spektroskopie zur Quantifizierung der spezifischen Wechselwirkung Kräfte zwischen den kleinen TIM-Proteine der Wirtszelle und Ebola-virus-ähnlichen Partikeln“, sagt Zhang.

Neben der Beleuchtung der biomechanischen Parameter, die wichtig für die Ebola-Anlage zu einer Wirtszelle, die das team auch experimentell gezeigt, dass TIM-Ebola-virus-Interaktionen sind mechanisch vergleichbar adhesion molecule (z.B. selektin)?ligand-Interaktionen. Durch ein einfaches mechanisches Modell, Sie weiter zu zeigen, wie molekulare Bindung von Parametern bestimmen, ob diese ausreichend sind für die virale Adhäsion.

Der Zweck des Modells ist zu zeigen, wie einzelmolekül-Messungen in Kombination mit anderen physikalischen Eigenschaften des Systems, wie Dichte der Liganden-rezeptor-Paare und die Membran-Steifigkeit, um vorherzusagen, ob und inwieweit eine virale Partikel haften an der Zellmembran. Die team-Modelle Anhang Gefahren durch Adhäsion zwischen den kleinen TIM-Proteine und Phosphatidylserin auf der Oberfläche des virus (glaubte zu vermitteln, die virus-host cell attachment) und Widerstand durch die Membran zu biegen.

„Das Modell der Einfachheit hat uns erlaubt, unterstreichen die Bedeutung der zwei dimensionslose Parametergruppen und Ihre potentielle Fähigkeit zu blockieren Haftung“, sagte Jagota.

Zhang verwendet einzelmolekül-Kraft-Spektroskopie zu überwachen, zu Bearbeiten und Messen von mechanischen Kräften. Zum Beispiel, in der Studie, Zhang würde, bringen ein virus-ähnliches Teilchen auf eine Zelle mit Ihrer TIM-rezeptor exprimiert, zu beobachten, Ihre Interaktion, und ziehen Sie Sie auseinander, um zu bestimmen, die mechanische Stärke der Wechselwirkung, oder wie viel Kraft ist erforderlich, ziehen Sie Sie auseinander.

Jagota verwendet mathematische Modelle um zu verstehen, die Interaktion zwischen Ebola und die Zelle, welche die Eigenschaften repräsentieren, die Ebola-virus-seine Steifigkeit, seine Form — und welche Eigenschaften repräsentieren die Zelle-Komponenten, präsentiert auf seiner Oberfläche — in dieser Interaktion.

„Die Hoffnung ist, dass diese quantitative Kenntnisse über die Biomechanik der Haftung kann verwendet werden, um vorherzusagen Bedingungen für die Ebola-Anlage“, sagt Jagota. „Langfristig, das Ziel ist, dass diese Informationen dazu beitragen, neue pharmakologische targets und die Hilfe in die Entwicklung der dringend benötigte antivirale Therapeutika zur Vorbeugung und Behandlung von Ebola.“