新手法によりウイルス粒子が分子一つずつ組み上がる仕組みを解明(New method reveals how virus particles can build themselves, molecule by molecule)

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2026-09-16 オックスフォード大学

オックスフォード大学の研究チームは、ウイルス様粒子がタンパク質分子から自発的に組み上がる過程を、1個の粒子について分子単位で連続観察する新手法を開発した。ウイルスのカプシドは多数のタンパク質が正確に配置されて形成されるが、途中の構造は短時間しか存在せず、従来は組立前後の「スナップショット」から過程を推定することが多かった。研究チームは60個のタンパク質ユニットからなる人工ウイルス様粒子を用い、個々の分子の質量を光散乱から測定する質量フォトメトリーと、単一分子を拘束して連続観察する新技術を組み合わせた。その結果、タンパク質が弱く可逆的に結合し、試行錯誤を繰り返しながら安定な中間構造へ進む過程を直接追跡した。特に5個のタンパク質が五角形の環を形成すると安定性が高まり、その後の組立が加速することが示された。ウイルス粒子形成の分子機構を解明することで、将来的にはウイルス組立を阻害する抗ウイルス薬や、ワクチン・治療用粒子の設計への応用が期待される。

<関連情報>

ウイルス様粒子の自己集合の分子レベルでの観察 Molecular-level observation of the self-assembly of a virus-like particle

Roi Asor,Dan Loewenthal,Diana Melnyk,Tiong Kit Tan & Philipp Kukura
Nature  Published:16 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10948-z

新手法によりウイルス粒子が分子一つずつ組み上がる仕組みを解明(New method reveals how virus particles can build themselves, molecule by molecule)

Abstract

Biomolecular assembly is a cornerstone of cellular organization. Revealing its underlying principles is essential for understanding biological function1,2 and malfunction in disease3,4. Viral capsid assembly is the archetypal self-assembly system5,6,7, which has been central in establishing the fundamental principles underpinning biomolecular assembly and the development of new biomaterials8,9,10 and therapeutics11,12. Yet, despite decades of experimental efforts, observation and quantification of virus self-assembly pathways and dynamics have remained elusive13. Here we combine mass photometry (MP)14 with a single-molecule trapping method to monitor the real-time assembly of individual virus-like particles (VLPs) with molecular resolution. We show that weak and reversible multivalent interactions control the assembly process by facilitating stochastic selection of a limited set of on-path, topologically closed intermediate structures. Assembly is finely tuned by the transition rates between these intermediates, proceeding through a sequence of effectively irreversible first-passage events. The corresponding first-passage times arise from the VLP symmetry, creating temporal separation between the formation of the first topologically closed intermediate and subsequent elongation. This results in a nucleation-and-growth mechanism that yields an equilibrium distribution consistent with the law of mass action, despite the overall irreversibility of assembly. Characterization of the thermodynamics and kinetics of the process reveals how the system specifically assembles into one final structure with high fidelity despite thousands of available assembly intermediates. More broadly, our approach provides a general framework for visualizing and quantifying the dynamics of multimeric biological machines at the molecular level.

生物化学工学
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