Vissa genetiska mutationer kan få ett virus att blomstra. Andra får viruset att vissna bort, oförmögen att fungera normalt och reproducera. Ännu andra genetiska mutationer visar bara sin hand under vissa förhållanden.

Ett sådant mutant protein, som fungerar fel vid höga temperaturer, har gett forskare vid Virginia Tech Carilion Research Institute en bättre förståelse för rotavirus — en vanlig orsak till diarrésjukdom hos spädbarn och barn.

Deras studie, som avslöjar tidigare okända funktionella platser på ett rotavirusprotein, publicerades nyligen i Journal of Virology .

Rotavirus infekterar varje barn under fem år och kan orsaka dödlig uttorkning om det inte behandlas på rätt sätt.

Viruset har tre lager, med genetiskt material och enzymer i centrum. Enzymerna, kallas polymeraser, hjälpa till att kopiera virusets genetiska material. Detaljerna i denna process har till stor del förblivit ett mysterium, begränsa förståelsen för rotavirusbiologi.

För att klargöra detaljerna i denna process, Sarah McDonald, en biträdande professor vid Virginia Tech Carilion Research Institute som ledde studien, och hennes team använde en stam av rotavirus med en temperaturkänslig mutation i polymeraset. När den utsätts för höga temperaturer, viruset kan inte sprida sig.

Genom att studera hur denna mutation påverkar polymerasets beteende vid hög temperatur, forskarna kan börja koppla ihop orsak och verkan mellan mutationen och proteinets beteende.

"När cellerna inkuberades vid låga temperaturer, mutantpolymeraset trafikerades bra, ”, sade McDonald. ”Dess enzymatiska aktivitet var samma som det normala proteinet. Vid höga temperaturer, vi såg en stor skillnad mellan de två proteintyperna. Detta gav biokemisk validering att den temperaturkänslighet som är karakteristisk för detta virus sannolikt orsakas av just denna mutation."

Enligt McDonald, regionen runt mutationen hade ingen känd funktion för polymeraset. Än, när det muterade proteinet exponerades för höga temperaturer, det kunde inte korrekt interagera med andra proteiner och inte heller effektivt replikera det virala nukleinsyragenomet.

Tidigare vetenskapliga studier hade avslöjat förekomsten av den temperaturkänsliga mutationen. Teamet från Virginia Tech Carilion Research Institute var först med att visa hur mutationen kan orsaka virusets temperaturkänslighet.

"När du har en mutation som orsakar en funktionell defekt i ett protein, det sker ofta förändringar i proteinets strukturella dynamik – hur proteinet rör sig, sa McDonald, som också är biträdande professor vid Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine.

För att förstå hur mutationen kan ha förändrat polymerasets struktur, McDonald slog sig ihop med Leslie LaConte, en forskningsassistent professor vid Virginia Tech Carilion Research Institute. LaConte jämförde mutantproteinerna med normala proteiner med beräkningssimuleringar av hur proteinerna rör sig vid höga temperaturer.

Visningarna var överlagrade, och de mest dramatiska skillnaderna var på mutationsplatsen, samt en annan plats.

"Förvånande, vi hittade också många förändringar i rörelsen av en mycket distal loop på polymeraset, som inte heller har någon känd funktion, McDonald sa. "Det tyder på att den ursprungliga muterade regionen är viktig, men att kanske denna andra plats också är viktig för polymerasets funktion och interaktion."

McDonald sa att de har fått lite insikt i rotavirusreplikation - att dessa regioner är funktionellt viktiga - och det finns fortfarande mycket att avslöja.

"Denna studie var en del av vår pågående serie experiment för att undersöka strukturen och funktionen av det virala polymeraset och för att förstå hur viruset replikerar inuti celler, " sa McDonald.

McDonald noterade också att både virala polymeraser och temperaturkänsliga virus har använts i åratal som vetenskapliga verktyg för att studera hur virus fungerar. Informationen från dem i hennes teams aktuella studier kan hjälpa till att informera om infektionsförebyggande och behandling av rotavirus.