Wirusy są małe. Bardzo mały. Niektóre są 1000 razy cieńsze niż średnica ludzkich włosów. Po zaatakowaniu i przymocowaniu do komórki mają tendencję do powolnego poruszania się, co umożliwia zobaczenie ich pod mikroskopem elektronowym. Ale wcześniej, kiedy wszystkie są same, są tylko kawałkami materiału genetycznego w białkowym płaszczu, wijącym się w nieprzewidywalnych wzorach, co sprawia, że prawie niemożliwe jest ich wyśledzenie. Jest to od dawna problem dla wirusologów, którzy chcą śledzić wirusy, aby lepiej zrozumieć ich zachowanie.
powiązana zawartość
- Ta Szlamowa Żaba zabija wirusy grypy
- Próbujesz nie chorować? Nauka mówi, że prawdopodobnie źle postępujesz
Teraz naukowcy z Duke University opracowali sposób, aby to zrobić - obserwować nieprzyłączone wirusy poruszające się w czasie rzeczywistym. Ta „kamera wirusowa” może dać wgląd w sposób, w jaki wirusy rozpadają się na komórki, potencjalnie tworząc nowe sposoby zapobiegania infekcjom.
„Staramy się dowiedzieć, jak zachowują się wirusy, zanim wejdą w interakcję z komórkami lub tkankami, dzięki czemu możemy potencjalnie znaleźć nowe sposoby na przerwanie procesu infekcji”, mówi Kevin Welsher, chemik, który kieruje badaniami. Odkrycia zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Optics Letters .
Wideo z kamery wirusowej przedstawia ścieżkę lentiwirusa, części grupy wirusów powodujących śmiertelne choroby u ludzi, gdy porusza się on po roztworze słonej wody, podróżując w obszarze niewiele szerszym niż ludzkie włosy. Zmiany kolorów na wideo przedstawiają upływ czasu - niebieski na początku, a na końcu czerwony.
Ten obraz pokazuje trójwymiarową ścieżkę pojedynczego lentiwirusa przechodzącego przez roztwór słonej wody. Kolory reprezentują czas (niebieski jest najwcześniej, czerwony jest najnowszy). (Duke University) Zachowanie nieprzyłączonych wirusów jest „rodzajem niezbadanego terytorium”, mówi Welsher. Próbuje obserwować nieprzyłączonego wirusa w akcji do śledzenia szybkiego pościgu samochodowego za pomocą satelity.
„Twój wirus to mały samochód, a ty robisz zdjęcia satelitarne i odświeżasz je tak szybko, jak to możliwe” - mówi. „Ale nie wiesz, co się dzieje pomiędzy, ponieważ jesteś ograniczony częstotliwością odświeżania.”
Kamera wirusowa przypomina bardziej helikopter, mówi. Może faktycznie zablokować pozycję wirusa i stale go obserwować. Aparat został zbudowany przez naukowca z tytułem doktora Duke'a, Shangguo Hou, który zmontował mikroskop, aby użyć lasera do śledzenia wirusa, dzięki czemu może być trzymany w polu widzenia przez platformę mikroskopu, która została zaprojektowana tak, aby reagować bardzo szybko na optyczne sprzężenie zwrotne z lasera.
Kamera antywirusowa jest ekscytująca, ponieważ może zablokować pozycję wirusa, mówi Welsher, ale teraz to wszystko, co robi. Kontynuując analogię pościgu samochodowego, porównuje kamerę wirusową do helikoptera, który podąża za samochodem, ale nie widzi żadnego otoczenia - drogi, budynków, innych samochodów. Kolejnym krokiem jest przejście od zwykłego śledzenia pozycji wirusa do próby zrozumienia jego środowiska. Welsher i jego zespół chcieliby zintegrować kamerę wirusową z obrazowaniem 3D powierzchni komórek, aby zobaczyć, jak wirusy oddziałują z komórkami przed próbą ich penetracji.
To nie pierwszy raz, kiedy badacze wychwytują pojedyncze cząstki poruszające się w czasie rzeczywistym. Trzy lata temu, podczas pobytu w Princeton, sam Welsher opracował metodę śledzenia podobnego do wirusa fluorescencyjnego koralika wykonanego z plastikowych nanocząstek poruszających się w błonie komórkowej.
Wirusy są trudniejsze do wyśledzenia niż koraliki, ponieważ w przeciwieństwie do koralików, wirusy same nie wydzielają światła. Oznaczanie wirusów cząsteczkami fluorescencyjnymi sprawia, że wirusy są łatwiejsze do zauważenia, ale cząsteczki te są znacznie większe niż same wirusy, prawdopodobnie, zgodnie z Welsherem, zakłócają sposób, w jaki wirusy poruszają się i infekują komórki. Nowy mikroskop, ze względu na optyczne sprzężenie zwrotne zapewniane przez laser, może wykryć bardzo słabe światło emitowane przez małe białka fluorescencyjne, które są znacznie mniejsze niż wirus. Więc Welsher i jego zespół wprowadzili żółte genotypowe białko do genomu wirusa, aby umożliwić jego śledzenie bez zmiany sposobu jego poruszania się.
Naukowcy wymyślili również inne sposoby śledzenia bardzo małych rzeczy. Jeden zespół wykorzystał algorytmy do śledzenia wirusów, szkoląc swoje mikroskopy w zakresie tego, gdzie algorytmy przewidywały wirusy. W ostatnich latach brytyjscy naukowcy opracowali również niezwykle czuły mikroskop optyczny, który może widzieć struktury o wielkości nawet 50 nanometrów, tak małe jak wiele wirusów. Pozwala im to zobaczyć wirusy wykonujące swoją pracę w żywych komórkach, podczas gdy mikroskopy elektronowe mogą być używane tylko w przypadku martwych, specjalnie przygotowanych komórek.
Gdy chemicy dowiedzą się więcej o tym, jak wirusy oddziałują z komórkami, wirusologowie i biolodzy molekularni mogą się zaangażować, aby zobaczyć, w jaki sposób można manipulować ich zachowaniem, być może zatrzymując je, zanim zarażą zdrową komórkę.
„Idealny scenariusz polega na tym, że odkrywamy pewne spostrzeżenia, które można zastosować” - mówi Welsher.
