莱斯大学科学家的一项新研究揭示了病毒是如何通过精确定时释放新病毒来确保生存的。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。

这项研究发表在7月18日的《生物物理杂志》上，它还揭示了某些生物过程是如何在依赖随机事件的情况下取得惊人的精度的。

“我们的发现提供了对生命至关重要的机制的见解，从细菌到人类，”化学、化学和生物分子工程教授、该研究的合著者阿纳托利·科洛梅斯基说。

研究小组的一个重点是细胞裂解，即病毒使细菌细胞在适当的时候破裂，释放新病毒的过程。这种精确的时间对病毒复制至关重要，多年来一直困扰着科学家们。

研究小组假设，这种精确度来自两个随机过程之间的相互作用:holin蛋白的积累，或在编程时间渗透宿主膜的噬菌体编码的小膜蛋白，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导致噪声消除，从而实现精确的定时。

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holin蛋白的动力学。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，研究了这些蛋白质是如何积累并引发细胞破裂的。

他们的分析表明，精确的时间是通过最大化膜中固定蛋白的数量而保持狭窄的分布来实现的。尽管所涉及的过程具有潜在的随机性，但这种平衡确保细胞裂解在最佳时刻发生。

Kolomeisky说:“以前的研究并没有探索蛋白质积累和细胞破裂之间的这种特定相互作用，这使得研究小组的发现特别重要。”

研究人员的理论预测与野生型和变异病毒的实验观察结果密切一致。他们发现，野生型病毒通过平衡膜内固定蛋白的进出来实现精确的定时，而突变病毒无法维持这种平衡。

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

该论文的合著者、理论生物物理中心(CTBP)的博士后阿努帕姆·蒙达尔(Anupam Mondal)说，这项研究还强调了大自然可以实现的复杂平衡，即使受到随机过程的影响，也能确保重要过程以惊人的准确性发生。

蒙达尔说:“这个团队的工作是更好地理解细胞裂解的详细机制的一步，揭示了大自然的精确往往来自随机性和规律性的相互作用。”

这项研究得到了韦尔奇基金会、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会和CTBP的支持。