Вирусы маленькие. Действительно маленький. Некоторые из них в 1000 раз меньше человеческого волоса. После того, как они напали на клетку и прикрепились к ней, они, как правило, двигаются медленно, что позволяет увидеть их под электронным микроскопом. Но до этого, когда они все сами по себе, они просто маленькие кусочки генетического материала в белковой оболочке, извиваясь непредсказуемым образом, делая их практически невозможными для отслеживания. Это давно стало проблемой для вирусологов, которые хотят отслеживать вирусы, чтобы лучше понять их поведение.
Связанный контент
- Слизь этой лягушки убивает вирусы гриппа
- Попытка не заболеть? Наука говорит, что вы, вероятно, делаете это неправильно
Теперь исследователи из Университета Дьюка разработали способ сделать это - наблюдать, как непривязанные вирусы перемещаются в режиме реального времени. Эта «вирусная камера» может дать представление о том, как вирусы проникают в клетки, что может привести к появлению новых способов предотвращения инфекций.
«То, что мы пытаемся сделать, это выяснить, как ведут себя вирусы, прежде чем они взаимодействуют с клетками или тканями, поэтому мы потенциально можем найти новые способы прервать процесс заражения», - говорит Кевин Уэлшер, химик, который ведет исследование. Результаты были недавно опубликованы в журнале Optics Letters .
Видео с вирусной камеры представляет собой путь лентивируса, части группы вирусов, вызывающих смертельные заболевания у людей, когда он движется через раствор с соленой водой, проходя в области, чуть более широкой, чем человеческие волосы. Изменения цвета в видео представляют ход времени - синий в начале, переходящий в красный в конце.
Это изображение показывает трехмерный путь отдельного лентивируса, проходящего через раствор в соленой воде. Цвета представляют время (синий - самый ранний, красный - самый поздний). (Университет Дьюка) По словам Уэлшера, поведение неприкрепленных вирусов - это «неисследованная территория». Он сравнивает попытки увидеть непривязанный вирус в действии с отслеживанием высокоскоростной автомобильной погони со спутником.
«Ваш вирус - маленькая машина, и вы снимаете со спутников и обновляете их так быстро, как только можете», - говорит он. «Но вы не знаете, что происходит между ними, потому что вы ограничены частотой обновления».
Вирусная камера больше похожа на вертолет, говорит он. Это может фактически зафиксировать положение вируса и наблюдать за ним постоянно. Камера была создана постдокторским исследователем Герцогом Шангуо Хоу, который установил микроскоп, чтобы использовать лазер для отслеживания вируса, чтобы его можно было видеть на платформе микроскопа, которая разработана для быстрого реагирования на оптическую обратную связь от лазера.
Вельшер говорит, что вирусная камера интересна тем, что может зафиксировать положение вируса, но сейчас это все, что она делает. Продолжая аналогию с автомобильной погоней, он сравнивает вирусный кулачок с вертолетом, который следует за автомобилем, но не может видеть его окрестности - дорогу, здания, другие автомобили. Их следующий шаг - перейти от простого отслеживания позиции вируса к попыткам понять его среду. Уэлшер и его команда хотели бы объединить вирусную камеру с трехмерной визуализацией клеточных поверхностей, чтобы увидеть, как вирусы взаимодействуют с клетками, прежде чем пытаться проникнуть в них.
Это не первый раз, когда исследователи ловят отдельные частицы, движущиеся в реальном времени. Три года назад, будучи в Принстоне, сам Вельшер разработал метод отслеживания вирусоподобного флуоресцентного шарика из пластиковых наночастиц, движущихся в клеточную мембрану.
Отслеживать вирусы сложнее, чем шарики, потому что, в отличие от шарика, вирусы сами по себе не испускают никакого света. Мечение вирусов флуоресцентными частицами облегчает их обнаружение, но, по словам Уэлшера, эти частицы намного больше, чем сами вирусы, и, вероятно, влияют на то, как вирусы перемещаются и заражают клетки. Новый микроскоп, благодаря оптической обратной связи, обеспечиваемой лазером, может обнаруживать очень слабый свет, излучаемый крошечными флуоресцентными белками, которые намного меньше вируса. Поэтому Вельшер и его команда вставили желтый флуоресцентный белок в геном вируса, чтобы его можно было отслеживать, не изменяя при этом его движение.
Ученые также придумали другие способы отслеживания очень маленьких вещей. Одна команда использовала алгоритмы для отслеживания вирусов, обучая свои микроскопы тому, где алгоритмы предсказывают наличие вирусов. В последние годы британские исследователи также разработали невероятно чувствительный оптический микроскоп, который может видеть структуры размером до 50 нанометров и столько же вирусов. Это позволяет им видеть, как вирусы выполняют свою работу внутри живых клеток, тогда как электронные микроскопы могут использоваться только для мертвых, специально подготовленных клеток.
Как только химики узнают больше о том, как вирусы взаимодействуют с клетками, вирусологи и молекулярные биологи могут принять участие, чтобы увидеть, как можно манипулировать их поведением, возможно, остановив их, прежде чем они заразят здоровую клетку.
«Идеальным сценарием является раскрытие некоторого понимания, которое можно реализовать», - говорит Уэлшер.
