Quer fazer um vírus? É fácil: combinar uma molécula de ácido nucleico genómico, DNA ou RNA, e um punhado de proteínas, agitar e em uma fração de segundo que você vai ter um vírus totalmente formado.
Embora isso possa soar como a pior infomercial nunca, em muitos casos, fazendo um vírus realmente é tão simples. Os vírus da gripe, tais como espalhar de forma eficaz, e como resultado pode ser tão mortal aos seus hospedeiros, por causa da sua capacidade de se auto-montar espontaneamente em grandes números.
Se os pesquisadores podem compreender como os vírus montar, eles podem ser capazes de projetar drogas que impedem a formação de vírus em primeiro lugar. Infelizmente, exatamente como vírus auto-montar há muito tem permanecido um mistério porque acontece muito rapidamente e com essas pequenas escalas de comprimento.
Agora, há um sistema para rastrear vírus nanométricos em escalas de tempo sub-milissegundos. O método, desenvolvido por pesquisadores da Harvard John A. Paulson Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS), é o primeiro passo para rastrear proteínas e moléculas individuais genômicas em altas velocidades como eles se reúnem para criar um vírus.
A pesquisa foi conduzida por Vinothan Manoharan, o Wagner Família Professor de Engenharia Química e professor de Física, e foi publicado recentemente na ACS Nano. O grupo de Manoharan trabalhou em colaboração com pesquisadores da Universidade de Leiden, MIT, o Instituto Leibniz de Photonic Tecnologia, da Universidade de Jena, e Heraeus Quarzglas, fabricante de fibra óptica.
"Nosso objetivo é compreender como os vírus conseguem montar espontaneamente, tão rápida e robusta", disse Yoav Lahini, associado de pesquisa, ex-Pappalardo Fellow no MIT, e co-primeiro autor do estudo.
Identificar estádios intermédios críticos no processo de montagem pode ajudar os pesquisadores a entender como interferir com este processo, disse Lahini. Lançando luz sobre a física de auto-montagem também poderia ajudar a projetar melhor os engenheiros nanomateriais sintéticos que podem peça espontaneamente juntos.
Existem dois principais desafios para a montagem do vírus rastreamento: velocidade e tamanho. Enquanto microscopia fluorescente pode detectar proteínas individuais, o composto químico fluorescente que emite fótons faz isso em uma taxa muito lenta para capturar o processo de montagem. É como tentar observar a mecânica de bater as asas de um beija-flor com câmera stop-motion; capta peças do processo, mas os quadros são cruciais em falta.
Partículas muito pequenas, como as proteínas da cápside, pode ser observado pela forma como eles dispersam a luz. Esta técnica, conhecida como espalhamento elástico, emite-se um número ilimitado de fotões ao mesmo tempo, resolvendo o problema de velocidade. No entanto, os fotões também interagem com as partículas de poeira, a luz reflectida, e imperfeições no trajecto óptico, os quais obscura as pequenas partículas a ser controladas.
Para resolver estes problemas, a equipe decidiu aproveitar a excelente qualidade de fibras ópticas, aperfeiçoadas ao longo de anos de pesquisa no setor de telecomunicações. Eles desenharam uma nova fibra óptica com um canal de nano-escala, menor do que o comprimento de onda da luz, que corre ao longo do interior do seu núcleo de sílica. Este canal é cheio com nanopartículas contendo líquidos, de modo que, quando a luz é guiado através do núcleo da fibra, que dispersa fora das nanopartículas no canal e é recolhida por um microscópio acima da fibra.
Os investigadores observaram o movimento do vírus de medição 26 nanómetros de diâmetro, a uma taxa de milhares de medições por segundo.
"Estes são os menores vírus a serem rastreados em escalas de tempo sub-milissegundos, que são comparáveis com as escalas de tempo para auto-montagem." disse Rees Garmann, pós-doutorado no laboratório Manoharan e co-autor da pesquisa.
O próximo passo é acompanhar não apenas os vírus individuais, mas as proteínas virais individuais, que dispersam 100 a 1.000 vezes menos luz do que um único vírus.
"Esta pesquisa é um passo em frente em observar e medir a auto-montagem de vírus", disse Manoharan. "A infecção virai envolve muitas vias celulares e moleculares complexos, mas de auto-montagem é um processo que se encontra em muitos tipos diferentes de vírus. Esta tecnologia simples, que é barato, fácil e escalável, poderia proporcionar um custo maneira nova e eficaz para estudar e diagnosticar vírus. Do ponto de vista da física fundamental, a compreensão da auto-montagem de um sistema evoluiu naturalmente seria um marco importante no estudo de sistemas complexos. "
