La forma en que algunos virus inyectan su ADN en bacterias u otros tipos de células parece ser mucho más simple de lo que los científicos habían pensado anteriormente. En lugar de utilizar motores moleculares o mecanismos complicados, los virus permiten que la física simple haga el trabajo por ellos. Este es un hallazgo reciente del profesor Willem Kegel de la Universidad de Utrecht y colegas de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), y el Instituto de Tecnología de California (Caltech). Los resultados de su investigación fueron publicados en la revista científica Revisión física X .

La fuerza impulsora detrás del paso inicial y rápido, es la alta presión dentro del virus. El segundo paso, que tarda mucho más en completarse, parece ser difusión; un resultado directo del movimiento aleatorio de átomos y moléculas. Los investigadores esperan que este mecanismo de difusión también pueda ser responsable de otros procesos de transporte dentro de la célula y entre células.

Los virus tienen varias estrategias para insertar su ADN en la célula de su anfitrión, que es un paso necesario en su proceso de reproducción. Este estudio examinó fagos, virus que infectan bacterias. Estos virus infectan a sus anfitriones de una manera comparable a la de otros virus, como los virus del herpes, que provocan síntomas desagradables en los seres humanos.

"Esperamos que el mecanismo que hemos descubierto juegue un papel importante en las infecciones por este tipo de virus, ", dijo el líder de la investigación, el profesor Willem Kegel de la Universidad de Utrecht." También creemos que el mecanismo de difusión que encontramos también puede ser responsable de otros procesos de transporte dentro de la célula, como la transferencia de genes entre bacterias, transporte de proteínas dentro de las células, y el transporte de ARN mensajero a través de los poros del núcleo celular ".

Un fago consta de una cabeza y una cola. La cola actúa como una aguja de inyección que puede penetrar la membrana celular. El ADN se almacena en la cabeza del fago, y ejerce una presión de alrededor de 60 bar. Eso equivale a 20 veces la presión en un neumático de automóvil completamente inflado, o la presión a 600 metros bajo el agua. Una vez que la cola del fago penetra en la célula, la "válvula" se abre y el ADN se inyecta en la célula a alta velocidad. Esto libera rápidamente la presión del ADN dentro del fago. Por tanto, una pregunta pendiente a la que se enfrentaban los investigadores era:¿qué obliga a la última porción de ADN a entrar en la célula una vez que se ha liberado la presión?

En un experimento los investigadores determinaron la velocidad del transporte de ADN de un fago a una célula en los fagos en los que solo la presión inicial era diferente. En ambos casos, los investigadores observaron dos pasos distintos. Los cálculos confirmaron su sospecha de que la fuerza impulsora en el primer paso es de hecho la presión, y nada más que la presión.

Sin embargo, en ambos fagos, el transporte de ADN en la segunda etapa se produjo a velocidades iguales (lentas). Es más, la velocidad de inyección parecía depender únicamente de la cantidad de ADN que ya se había inyectado en la célula. Esto sugirió que el único factor que podría influir en la velocidad de inyección, aparte del ADN en sí, eran las características del citoplasma de la célula.

El citoplasma es de hecho una solución coloidal:las proteínas y otras moléculas grandes dentro de una célula tienen dimensiones coloidales, y moverse más o menos libremente en una sustancia acuosa. Kegel tiene una considerable experiencia en investigación con sistemas coloidales, lo que hizo posible traducir los datos experimentales en un modelo teórico.

Esto permitió a los investigadores demostrar que las velocidades de inyección observadas podrían explicarse por el escenario más simple imaginable:difusión, o el movimiento aleatorio del ADN inyectado a través del citoplasma. "La velocidad a la que se mueve el ADN del fago en el citoplasma del huésped puede determinarse de manera sencilla utilizando la física de los sistemas coloidales, "dijo Kegel.