Virukset ovat pieniä. Todella pieni. Jotkut ovat 1 000 kertaa ohuempia kuin hiuksen halkaisija. Kun he ovat hyökänneet soluun ja kiinnittyneet siihen, niillä on taipumus liikkua hitaasti, mikä mahdollistaa heidän näkemisen elektronimikroskoopin alla. Mutta ennen sitä, kun he ovat kaikki yksin, he ovat vain pieniä geenimateriaalin paloja proteiinikuoressa, rypistyvät ennakoimattomissa kuvioissa, mikä tekee niistä lähes mahdotonta jäljittää. Tämä on jo pitkään ollut ongelma virologille, joka haluaa seurata viruksia ymmärtääkseen paremmin käyttäytymistään.
Asiaan liittyvä sisältö
- Tämä sammakon lima tappaa flunssavirukset
- Yritätkö olla sairas? Tiede sanoo, että teet todennäköisesti väärin
Nyt Duke-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet tavan tehdä juuri tämä - seurata kiinnittämättömiä viruksia liikkuvan reaaliajassa. Tämä "virus cam" voisi antaa käsityksen siitä, kuinka virukset murtuvat soluihin, mikä voi johtaa uusiin tapoihin estää infektioita.
"Pyrimme selvittämään, kuinka virukset käyttäytyvät ennen niiden vuorovaikutusta solujen tai kudosten kanssa, jotta voimme löytää uusia tapoja keskeyttää tartuntaprosessi", kertoo tutkimusta johtava kemisti Kevin Welsher. Havainnot julkaistiin äskettäin Optics Letters -lehdessä.
Virusnokan esittämä video edustaa lentiviruksen polkua, joka on osa virusryhmää, joka aiheuttaa ihmisille tappavia tauteja, kun se liikkuu suolavesiliuoksen läpi kulkeen tuskin leveämmälle kuin hiukset. Videon värimuutokset edustavat ajan kulumista - sininen alussa, lopussa punaisena.
Tämä kuva näyttää suolavesiliuoksen läpi kulkevan yksittäisen lentiviruksen 3D-polun. Värit edustavat aikaa (sininen on aikaisin, punainen on viimeisin). (Duke University) Aktivoimattomien virusten käyttäytyminen on ”sellaista tutkimatonta aluetta”, Welsher sanoo. Hän uskoo yrittävänsä seurata kiinnittämätöntä virusta toiminnassa seuratakseen nopeaa autoajelua satelliitin avulla.
"Viruksesi on pieni auto, ja otat satelliittikuvia ja virkistät niitä niin nopeasti kuin pystyt", hän sanoo. "Mutta et tiedä mitä tapahtuu välillä, koska olet rajoittanut virkistystaajuuttasi."
Virusnokka on enemmän kuin helikopteri, hän sanoo. Se voi todella lukita viruksen sijainnin ja seurata sitä jatkuvasti. Kameran on rakentanut Duke-tutkijatohtori Shangguo Hou, joka kiinnitti mikroskoopin käyttämään laseria viruksen jäljittämiseen, jotta sitä voidaan pitää mikroskoopin alustalla, joka on suunniteltu reagoimaan erittäin nopeasti laserin optiseen palautteeseen.
Virusnokka on jännittävä, koska se voi lukita viruksen aseman, Welsher sanoo, mutta juuri nyt se kaikki. Autolla jahtaavan analogian avulla hän vertaa viruksen nokkaa helikopteriin, joka seuraa autoa, mutta ei näe sen ympäristöä - tietä, rakennuksia, muita autoja. Heidän seuraava askel on siirtyä pidemmälle kuin viruksen sijainnin seuraaminen yrittäen ymmärtää sen ympäristöä. Welsher ja hänen tiiminsä haluaisivat integroida viruksen nokan solupintojen 3D-kuvantamiseen nähdäkseen kuinka virukset vuorovaikutuksessa solujen kanssa yrittävät tunkeutua niihin.
Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat kiinni yksittäisistä hiukkasista, jotka liikkuvat reaaliajassa. Kolme vuotta sitten, Princetonissa ollessaan, Welsher itse kehitti menetelmän viruksen kaltaisten fluoresoivien helmien jäljittämiseksi, jotka oli valmistettu solumembraaniin liikkuvista muovisista nanohiukkasista.
Viruksia on vaikeampi jäljittää kuin helmiä, koska toisin kuin helmiä, virukset eivät anna itsestään mitään valoa. Virusten merkitseminen fluoresoivilla hiukkasilla tekee viruksista helpommin havaittavissa, mutta nämä hiukkaset ovat niin paljon suurempia kuin virukset itse, että ne todennäköisesti häiritsevät viruksien liikkumistapaa ja saastuttavat soluja, Welsherin mukaan. Uusi mikroskooppi pystyy havaitsemaan laserin tarjoaman optisen palautteen takia hyvin heikon valon, jonka antavat pienet fluoresoivat proteiinit, jotka ovat virusta paljon pienemmät. Joten Welsher ja hänen tiiminsä lisäsivät keltaisen fluoresoivan proteiinin viruksen genomiin, jotta sitä voidaan seurata muuttamatta sen liikkumistapaa.
Tutkijat ovat keksineet myös muita tapoja seurata hyvin pieniä asioita. Yksi joukkue käytti algoritmeja virusten jäljittämiseen, kouluttamalla mikroskooppiaan siihen, missä algoritmit ennustivat virusten olevan. Viime vuosina brittiläiset tutkijat ovat kehittäneet myös uskomattoman herkän optisen mikroskoopin, joka näkee niin pienet rakenteet kuin 50 nanometriä, niin pienet kuin monet virukset. Tämä antaa heille mahdollisuuden nähdä virukset tekevän työtä elävien solujen sisällä, kun taas elektronimikroskooppeja voidaan käyttää vain kuolleisiin, erityisesti valmistettuihin soluihin.
Kun kemistit ymmärtävät enemmän siitä, kuinka virukset ovat vuorovaikutuksessa solujen kanssa, virologit ja molekyylibiologit voisivat osallistua näkemään, kuinka heidän käyttäytymistään voidaan manipuloida, ehkäistämällä heitä ennen kuin he saastuttavat terveen solun.
"Ihanteellinen tilanne on, että paljastamme jonkinlaisen käsityksen, joka on toteutettavissa", Welsher sanoo.
