莱斯大学科学家的最新研究揭示了病毒如何通过精确定时释放新病毒来确保其生存。这一发现为理解这些动态生物现象提供了一个新的理论框架。

新模型解释病毒细胞破裂的精确时间

该研究于 7 月 18 日发表在《生物物理学杂志》上，还揭示了某些生物过程如何尽管依赖随机事件却能实现非凡的精确度。

“我们的发现为从细菌到人类的生命所必需的机制提供了见解，”化学、化学和生物分子工程教授、该研究的共同作者阿纳托利·科洛梅斯基 (Anatoly Kolomeisky) 说。

研究小组的重点是细胞裂解，即病毒导致细菌细胞在恰当的时刻爆裂并释放新病毒的过程。这种精确的时间安排对于病毒复制至关重要，多年来一直困扰着科学家。

研究小组推测，这种精确度是由两个随机过程相互作用产生的：穴蛋白(或由噬菌体编码的小膜蛋白，可在预定的时间内使宿主膜通透)的积累，以及细胞膜的破裂。

研究人员提出，这些生物物理和生化过程之间随机确定的耦合会导致噪声消除，从而实现精确计时。

为了验证他们的假设，研究人员开发了一个数学模型来分析穴蛋白的动态。他们将计算结果与正常病毒和变异病毒的实验数据进行了比较，研究了这些蛋白质如何积累并引发细胞破裂。

他们的分析表明，通过最大化膜中穴蛋白的数量并保持较窄的分布，可以实现精确的定时。尽管所涉及的过程具有潜在的随机性，但这种平衡可确保细胞裂解在最佳时刻发生。

科洛梅斯基说：“以前的研究还没有探索过蛋白质积累和细胞破裂之间的这种特定相互作用，因此该团队的发现尤为重要。”

研究人员的理论预测与对野生型和突变病毒的实验观察结果非常吻合。他们发现，野生型病毒通过平衡膜中穴蛋白的进出来实现精确的计时，而突变病毒则无法维持这种平衡。

这项研究还强调了生物系统如何通过看似混乱的过程实现精确的结果，并为如何控制其他生物过程提供了更广泛的见解。通过了解这些时间机制，科学家可以更多地了解基本生命过程，并开发出对抗细菌感染的创新方法。

论文共同作者、理论生物物理中心 (CTBP) 博士后研究员阿努潘·蒙达尔 (Anupam Mondal) 表示，这项研究还强调了大自然可以实现的复杂平衡，确保重要过程即使受到随机过程的影响也能以惊人的精度进行。

蒙达尔说：“该团队的工作朝着更好地理解细胞裂解的详细机制迈出了一步，揭示了自然界的精确性往往源于随机性和调节性的相互作用。”