Osmotically-induced rupture of viral capsids.

Abstract

Propomos um modelo simples, direcionado a investigar como a quantidade de íons dissolvidos pode ser usada como parâmetro externo para controlar a estabilidade mecânica de cápsulas virais. Após o equilíbrio mecânico e osmótico ser estabelecido com a solução externa uma mudança não adiabática da concentração de sal é investigada, resulta em fluxo significante de solvente através da membrana do capsídio levando-o a ruptura. A suposição chave por trás do mecanismo de choque osmótico é que o fluxo de solvente ocorre em escalas de tempo muito menores que as escalas típicas do fluxo de íons. Para fazer a descrição teórica desse processo propomos um modelo termodinâmico baseado na tradicional teoria de Florry na qual uma matriz de sítios é atribuída ao espaço confinado pelo capsídio. A abordagem proposta é então acoplada a um modelo elástico contínuo hookiano para a superfície e abertura de poros ao longo da teoria clássica de nucleção( CNT), permitindo-nos estabelecer as condições sob as quais surgem as instabilidades. Apesar de sua abordagem não local o modelo proposto é capaz de capturar a maioria dos mecanismos físicos relevantes ao controle da estabilidade do capsídio, a saber os efeitos da exclusão de volume e entropia de dissolução em componentes fortemente compactados, o custo elástico para inchaço e subsequente abertura de poros, o equilíbrio de Donnan através da interface bem como a grande perda entrópica resultante do dobramento do genoma viral em configurações altamente compactadas dentro do capsídio. Mostra-se que dependendo da combinação particular entre as condições iniciais e a resistência da superfície do capsídio, ou o capsídio torna-se instável após a remoção de uma quantidade prescrita de sal, ou torna-se completamente estável frente ao choque osmótico independentemente da quantidade de sal removida do meio.