Det sätt på vilket vissa virus injicerar sitt DNA i bakterier eller andra typer av celler verkar vara mycket enklare än forskare tidigare hade trott. I stället för att använda molekylära motorer eller komplicerade mekanismer, virus låter enkel fysik göra jobbet åt dem. Detta är en nyligen upptäckt av prof Willem Kegel från Utrecht University och kollegor från University of California Los Angeles (UCLA), och California Institute of Technology (Caltech). Resultaten av deras forskning publicerades i den vetenskapliga tidskriften Fysisk granskning X .

Drivkraften bakom det första och snabba steget, är högtrycket inuti viruset. Det andra steget, som tar mycket längre tid att slutföra, verkar vara diffusion; ett direkt resultat av slumpmässig rörelse av atomer och molekyler. Forskarna förväntar sig att denna diffusionsmekanism också kan vara ansvarig för andra transportprocesser inuti cellen och mellan cellerna.

Virus har flera strategier för att sätta in sitt DNA i värdcellen, vilket är ett nödvändigt steg i deras reproduktionsprocess. Denna studie undersökte fager, virus som infekterar bakterier. Dessa virus infekterar sina värdar på ett sätt som kan jämföras med andra virus, såsom herpesvirus, som orsakar obehagliga symptom hos människor.

"Vi förväntar oss att den mekanism vi har upptäckt spelar en viktig roll vid infektioner av denna typ av virus, "sade forskningsledaren prof. Willem Kegel från Utrecht University." Vi tror också att den diffusionsmekanism som vi hittat också kan vara ansvarig för andra transportprocesser inuti cellen, såsom överföring av gener mellan bakterier, proteintransport inuti celler, och transport av messenger -RNA genom porerna i cellkärnan. "

En fag består av ett huvud och en svans. Svansen fungerar som en injektionsnål som kan tränga igenom cellmembranet. DNA lagras i huvudet på fag, och utövar ett tryck på cirka 60 bar. Det motsvarar 20 gånger trycket i ett fullt uppblåst bildäck, eller trycket vid 600 meter under vatten. När svansen på fagen tränger in i cellen, "ventilen" öppnas och DNA injiceras i cellen med hög hastighet. Detta frigör snabbt trycket av DNA:t inne i fag. En enastående fråga som forskarna stod inför var därför:vad tvingar den sista delen av DNA att komma in i cellen när trycket har släppts?

I ett experiment, forskarna bestämde hastigheten på DNA -transporten från fag till cell i fager där endast det initiala trycket var annorlunda. I båda fallen, forskarna observerade två olika steg. Beräkningar bekräftade deras misstanke om att drivkraften i det första steget verkligen är trycket, och inget annat än trycket.

Dock, i båda fagerna, DNA -transporten i det andra steget skedde med lika (långsamma) hastigheter. Dessutom, injektionshastigheten tycktes bara bero på mängden DNA som redan hade injicerats i cellen. Detta föreslog att den enda faktorn som kan spela en roll för injektionshastigheten, bortsett från själva DNA:t, var egenskaperna hos cellens cytoplasma.

Cytoplasma är faktiskt en kolloidal lösning:proteiner och andra stora molekyler inuti en cell har kolloidala dimensioner, och rör sig mer eller mindre fritt i en vattenhaltig substans. Kegel har stor forskningserfarenhet med kolloidala system, vilket gjorde det möjligt att översätta experimentdata till en teoretisk modell.

Detta gjorde det möjligt för forskarna att bevisa att de observerade injektionshastigheterna kunde förklaras av det enklaste tänkbara scenariot:diffusion, eller slumpmässig rörelse av det injicerade DNA:t genom cytoplasman. "Hastigheten med vilken fagets DNA rör sig i värdens cytoplasma kan på ett enkelt sätt bestämmas med hjälp av kolloidala systems fysik, sa Kegel.