Virusene er små. Virkelig liten. Noen er 1000 ganger mindre enn diameteren til et menneskehår. Når de har angrepet og festet til en celle, har de en tendens til å bevege seg sakte, noe som gjør det mulig å se dem under et elektronmikroskop. Men før det, når de alle er på egenhånd, er de bare små biter av genetisk materiale i et proteinbelegg, krøllete i uforutsigbare mønstre, noe som gjør dem nesten umulige å spore. Dette har lenge vært et problem for virologer, som ønsker å spore virus for å bedre forstå deres oppførsel.
Relatert innhold
- Denne froskens slime dreper influensavirus
- Prøver du ikke å bli syk? Vitenskapen sier at du sannsynligvis gjør det feil
Nå har forskere ved Duke University utviklet en måte å gjøre nettopp det - se på uten tilknyttede virus som beveger seg rundt i sanntid. Denne "virus cam" kan gi innsikt i hvordan virus brytes inn i celler, og potensielt gi opphav til nye måter å forhindre infeksjoner på.
"Det vi prøver å gjøre er å finne ut hvordan virus oppfører seg før de interagerer med celler eller vev, slik at vi potensielt kan finne nye måter å avbryte infeksjonsprosessen på, " sier Kevin Welsher, kjemikeren som leder forskningen. Funnene ble nylig publisert i tidsskriftet Optics Letters .
En video av viruskammen representerer banen til et lentivirus, som er en del av en gruppe virus som forårsaker dødelige sykdommer hos mennesker, når den beveger seg gjennom en saltvannsoppløsning, og reiser i et område som knapt er bredere enn et menneskehår. Fargeendringene i videoen representerer tidenes gang - blå i begynnelsen, og beveger seg til rød på slutten.
Dette bildet viser 3D-banen til et individuelt lentivirus som beveger seg gjennom en salt-vann-løsning. Fargene representerer tiden (blå er tidligst, rød er siste). (Duke University) Oppførselen til ubundne virus er "et slags uutforsket territorium, " sier Welsher. Han likner å prøve å se et ubundet virus i aksjon for å spore en høyhastighets biljakt med en satellitt.
"Viruset ditt er en liten bil, og du tar satellittbilder og oppdaterer dem så raskt du kan, " sier han. "Men du vet ikke hva som skjer i mellom, fordi du er begrenset av oppdateringsfrekvensen."
Virus-kammen er mer som et helikopter, sier han. Det kan faktisk låse seg fast på virusets posisjon og se det kontinuerlig. Kameraet ble bygget av Duke postdoktor forsker Shangguo Hou, som rigget et mikroskop for å bruke en laser for å spore viruset slik at det kan holdes i sikte av mikroskopets plattform, som er designet for å svare raskt på den optiske tilbakemeldingen fra laseren.
Virus-cam er spennende fordi den kan låse seg fast i virusets posisjon, sier Welsher, men akkurat nå er det alt det gjør. Han viderefører biljakten på analogi, og sammenligner han viruskammen med et helikopter som følger en bil, men kan ikke se noen av omgivelsene - veien, bygninger, andre biler. Deres neste trinn er å gå utover bare å spore virusets posisjon til å prøve å forstå omgivelsene. Welsher og teamet hans vil gjerne integrere viruskammen med 3D-avbildning av celleoverflater, for å se hvordan virus interagerer med celler før de prøver å trenge gjennom dem.
Dette er ikke første gang forskere har fanget individuelle partikler som beveger seg i sanntid. For tre år siden, mens han var i Princeton, utviklet Welsher selv en metode for å spore en viruslignende lysstoffperle laget av plastiske nanopartikler som beveger seg inn i en cellemembran.
Virus er vanskeligere å spore enn perlene fordi i motsetning til perlen, virus ikke avgir noe lys av seg selv. Å merke virus med lysstoffpartikler gjør virusene lettere å se, men disse partiklene er så mye større enn virusene i seg selv at de sannsynligvis forstyrrer måten virusene beveger seg og infiserer celler, ifølge Welsher. Det nye mikroskopet, på grunn av den optiske tilbakemeldingen levert av laseren, kan oppdage det veldig svake lyset som gis av ørsmå fluorescerende proteiner, som er mye mindre enn viruset. Så Welsher og teamet hans satte inn et gult lysstoffrør i virusets genom for å la det spores uten å endre måten det beveger seg på.
Forskere har også funnet ut andre måter å spore veldig små ting på. Ett team brukte algoritmer for å spore virus, og trente mikroskopene sine på hvor algoritmene spådde virusene ville være. De siste årene utviklet britiske forskere også et utrolig sensitivt optisk mikroskop som kan se strukturer så små som 50 nanometer på tvers, like små som mange virus. Dette lar dem se virus som gjør sitt arbeid i levende celler, mens elektronmikroskop bare kan brukes til døde, spesiallagde celler.
Når kjemikere har forstått mer om hvordan virus interagerer med celler, kan virologer og molekylærbiologer engasjere seg for å se hvordan oppførselen deres kan manipuleres, kanskje stoppe dem før de smitter en sunn celle.
"Det ideelle scenariet er at vi avdekker en viss innsikt som kan gjøres, " sier Welsher.
