I virus sono piccoli. Veramente piccolo. Alcuni sono 1.000 volte più piccoli del diametro di un capello umano. Una volta attaccati e attaccati a una cellula, tendono a muoversi lentamente, il che rende possibile vederli al microscopio elettronico. Ma prima, quando sono tutti soli, sono solo piccoli pezzi di materiale genetico in un cappotto proteico, che si contorcono in schemi imprevedibili, rendendoli quasi impossibili da rintracciare. Questo è stato a lungo un problema per i virologi, che vogliono rintracciare i virus per capire meglio il loro comportamento.
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Ora, i ricercatori della Duke University hanno sviluppato un modo per fare proprio questo: guardare i virus non collegati che si muovono in tempo reale. Questa "camma dei virus" potrebbe fornire informazioni su come i virus si rompono nelle cellule, dando potenzialmente origine a nuovi modi per prevenire le infezioni.
"Quello che stiamo cercando di fare è capire come si comportano i virus prima che interagiscano con le cellule o i tessuti, quindi possiamo potenzialmente trovare nuovi modi per interrompere il processo di infezione", afferma Kevin Welsher, il chimico che guida la ricerca. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Optics Letters .
Un video della camma dei virus rappresenta il percorso di un lentivirus, parte di un gruppo di virus che causano malattie mortali nell'uomo, mentre si muove attraverso una soluzione di acqua salata, viaggiando in un'area appena più larga di un capello umano. I cambiamenti di colore nel video rappresentano il passare del tempo: il blu all'inizio, passando al rosso alla fine.
Questa immagine mostra il percorso 3D di un singolo lentivirus che si muove attraverso una soluzione di acqua salata. I colori rappresentano il tempo (il blu è il primo, il rosso è l'ultimo). (Duke University) Il comportamento dei virus non collegati è "una specie di territorio inesplorato", afferma Welsher. Paragona il tentativo di guardare un virus non collegato in azione per rintracciare un inseguimento di un'auto ad alta velocità con un satellite.
"Il tuo virus è una macchinina e stai acquisendo immagini satellitari e aggiornandole il più velocemente possibile", afferma. "Ma non sai cosa succede nel mezzo, perché sei limitato dalla frequenza di aggiornamento."
La camma dei virus è più simile a un elicottero, dice. Può effettivamente bloccare la posizione del virus e guardarlo continuamente. La fotocamera è stata costruita dal ricercatore post dottorato Shangguo Hou di Duke, che ha truccato un microscopio per utilizzare un laser per tracciare il virus in modo che possa essere tenuto in vista dalla piattaforma del microscopio, progettata per rispondere molto rapidamente al feedback ottico del laser.
La camma dei virus è eccitante perché può agganciarsi alla posizione del virus, dice Welsher, ma in questo momento è tutto. Promuovendo l'analogia dell'inseguimento in auto, paragona la camma dei virus a un elicottero che segue un'auto ma non può vedere nessuno dei suoi dintorni - la strada, gli edifici, altre auto. Il loro prossimo passo è quello di andare oltre il semplice monitoraggio della posizione del virus per cercare di capire il suo ambiente. Welsher e il suo team vorrebbero integrare la camma dei virus con l'imaging 3D delle superfici cellulari, per vedere come i virus interagiscono con le cellule prima di tentare di penetrarle.
Questa non è la prima volta che i ricercatori hanno catturato singole particelle che si muovono in tempo reale. Tre anni fa, mentre era a Princeton, lo stesso Welsher sviluppò un metodo per rintracciare un tallone fluorescente simile a un virus fatto di nanoparticelle di plastica che si muovevano in una membrana cellulare.
I virus sono più difficili da rintracciare rispetto alle microsfere perché, a differenza della microsfera, i virus non emettono luce da soli. Contrassegnare i virus con particelle fluorescenti rende i virus più facili da vedere, ma quelle particelle sono molto più grandi dei virus stessi e probabilmente interferiscono con il modo in cui i virus si muovono e infettano le cellule, secondo Welsher. Il nuovo microscopio, grazie al feedback ottico fornito dal laser, è in grado di rilevare la luce molto debole emessa da minuscole proteine fluorescenti, che sono molto più piccole del virus. Quindi Welsher e il suo team hanno inserito una proteina fluorescente gialla nel genoma del virus per consentirne il tracciamento senza cambiare il modo in cui si muove.
Gli scienziati hanno anche escogitato altri modi per tracciare cose molto piccole. Un team ha utilizzato algoritmi per tracciare i virus, addestrando i loro microscopi su dove gli algoritmi prevedevano che i virus sarebbero stati. Negli ultimi anni, i ricercatori britannici hanno anche sviluppato un microscopio ottico incredibilmente sensibile in grado di vedere strutture piccole fino a 50 nanometri, piccole come molti virus. Ciò consente loro di vedere i virus svolgere il loro lavoro all'interno delle cellule viventi, mentre i microscopi elettronici possono essere utilizzati solo per cellule morte, appositamente preparate.
Una volta che i chimici comprendono di più su come i virus interagiscono con le cellule, i virologi e i biologi molecolari potrebbero essere coinvolti per vedere come il loro comportamento potrebbe essere manipolato, forse fermandoli prima che infettino una cellula sana.
"Lo scenario ideale è quello di scoprire alcune intuizioni che sono attuabili", afferma Welsher.
