Virussen zijn klein. Heel klein. Sommige zijn 1000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar. Als ze eenmaal zijn aangevallen en zich aan een cel hebben gehecht, hebben ze de neiging langzaam te bewegen, waardoor ze onder een elektronenmicroscoop kunnen worden gezien. Maar daarvoor, als ze allemaal alleen zijn, zijn het kleine stukjes genetisch materiaal in een eiwitlaag, kronkelend in onvoorspelbare patronen, waardoor ze bijna onmogelijk te volgen zijn. Dit is al lang een probleem voor virologen, die virussen willen volgen om hun gedrag beter te begrijpen.
gerelateerde inhoud
- Het slijm van deze kikker doodt griepvirussen
- Probeer je niet ziek te worden? De wetenschap zegt dat je het waarschijnlijk verkeerd doet
Nu hebben onderzoekers van de Duke University een manier ontwikkeld om precies dat te doen - kijk hoe niet-verbonden virussen in realtime bewegen. Deze 'viruscam' kan inzicht geven in hoe virussen in cellen breken, waardoor mogelijk nieuwe manieren ontstaan om infecties te voorkomen.
"Wat we proberen te doen is uitzoeken hoe virussen zich gedragen voordat ze interactie hebben met cellen of weefsel, zodat we mogelijk nieuwe manieren kunnen vinden om het infectieproces te onderbreken, " zegt Kevin Welsher, de chemicus die het onderzoek leidt. De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Optics Letters .
Een video van de viruscamera vertegenwoordigt het pad van een lentivirus, onderdeel van een groep virussen die dodelijke ziekten bij mensen veroorzaken, terwijl het door een zoutwateroplossing beweegt en reist in een gebied dat nauwelijks breder is dan een mensenhaar. De kleurveranderingen in de video vertegenwoordigen het verstrijken van de tijd - blauw aan het begin, aan het einde naar rood.
Deze afbeelding toont het 3D-pad van een individueel lentivirus dat zich door een zoutwateroplossing beweegt. De kleuren vertegenwoordigen de tijd (blauw is het vroegst, rood is het laatste). (Duke universiteit) Het gedrag van niet-gehechte virussen is 'een soort onontgonnen terrein', zegt Welsher. Hij vergelijkt het proberen om een niet-gehecht virus te zien in actie met het volgen van een snelle achtervolging met een satelliet.
"Je virus is een kleine auto en je maakt satellietbeelden en vernieuwt ze zo snel als je kunt", zegt hij. "Maar je weet niet wat er tussendoor gebeurt, omdat je beperkt wordt door je verversingssnelheid."
De viruscamera lijkt meer op een helikopter, zegt hij. Het kan de positie van het virus vastleggen en het continu bekijken. De camera is gebouwd door Duke-postdoctoraal onderzoeker Shangguo Hou, die een microscoop optrok om een laser te gebruiken om het virus te volgen, zodat deze in het zicht kan worden gehouden door het platform van de microscoop, dat is ontworpen om zeer snel te reageren op de optische feedback van de laser.
De viruscamera is opwindend omdat deze de positie van het virus kan vergrendelen, zegt Welsher, maar nu is dat alles wat het doet. De auto-achtervolging bevorderend, vergelijkt hij de viruscamera met een helikopter die een auto volgt, maar niets van de omgeving kan zien - de weg, gebouwen, andere auto's. Hun volgende stap is om verder te gaan dan alleen het volgen van de positie van het virus om te proberen de omgeving te begrijpen. Welsher en zijn team willen de viruscamera integreren met 3D-beeldvorming van celoppervlakken, om te zien hoe virussen omgaan met cellen voordat ze proberen binnen te dringen.
Dit is niet de eerste keer dat onderzoekers individuele deeltjes gevangen hebben die in realtime bewegen. Drie jaar geleden, terwijl hij in Princeton was, ontwikkelde Welsher zelf een methode voor het volgen van een virusachtige fluorescerende kraal gemaakt van plastic nanodeeltjes die naar een celmembraan bewegen.
Virussen zijn moeilijker te traceren dan de kralen, omdat virussen, in tegenstelling tot de kralen, zelf geen licht afgeven. Het taggen van virussen met fluorescerende deeltjes maakt de virussen beter zichtbaar, maar die deeltjes zijn zoveel groter dan de virussen zelf, ze interfereren waarschijnlijk met de manier waarop de virussen bewegen en cellen infecteren, volgens Welsher. Dankzij de optische feedback van de laser kan de nieuwe microscoop het zeer zwakke licht detecteren dat wordt afgegeven door kleine fluorescerende eiwitten, die veel kleiner zijn dan het virus. Dus voegden Welsher en zijn team een geel fluorescerend eiwit in het genoom van het virus toe om het te kunnen volgen zonder de manier waarop het beweegt te veranderen.
Wetenschappers hebben ook andere manieren bedacht om heel kleine dingen te volgen. Eén team gebruikte algoritmen om virussen op te sporen en trainde hun microscopen op waar de algoritmen voorspelden dat de virussen zouden zijn. In de afgelopen jaren hebben Britse onderzoekers ook een ongelooflijk gevoelige optische microscoop ontwikkeld die structuren zo klein als 50 nanometer doorsnede kan zien, zo klein als zoveel virussen. Hierdoor kunnen ze virussen hun werk zien doen in levende cellen, terwijl elektronenmicroscopen alleen kunnen worden gebruikt voor dode, speciaal voorbereide cellen.
Zodra chemici meer begrijpen over hoe virussen omgaan met cellen, kunnen virologen en moleculair biologen betrokken raken om te zien hoe hun gedrag kan worden gemanipuleerd, misschien stoppen ze voordat ze een gezonde cel infecteren.
"Het ideale scenario is dat we enig inzicht ontdekken dat bruikbaar is", zegt Welsher.
