El ciclo reproductivo de los virus requiere autoensamblaje, maduración de partículas de virus y, después de la infección, la liberación de material genético en una célula huésped. Las nuevas tecnologías basadas en la física permiten a los científicos estudiar la dinámica de este ciclo y eventualmente pueden conducir a nuevos tratamientos. En su papel de virólogo físico, Wouter Roos, físico de la Universidad de Groningen, junto con dos colegas de toda la vida, ha escrito un artículo de revisión sobre estas nuevas tecnologías, que fue publicado en Naturaleza Revisiones Física el 12 de enero.

"La física se ha utilizado durante mucho tiempo para estudiar virus, ", dice Roos." Las leyes de la física gobiernan eventos importantes en su ciclo reproductivo. "Los avances recientes en técnicas basadas en la física han hecho posible estudiar el autoensamblaje y otros pasos en el ciclo reproductivo de partículas de virus individuales y en sub-segundos resolución temporal ". Estas nuevas tecnologías nos permiten ver la dinámica de los virus, ", Agrega Roos.

Energía

En 2010, primero publicó un artículo de revisión sobre los aspectos físicos de la virología con dos de sus colegas. "En aquel momento, Casi toda la investigación sobre virus fue relativamente estática, por ejemplo, ejercer presión sobre una partícula de virus para ver cómo respondía ". En ese momento, estudios sobre procesos dinámicos, como el autoensamblaje, se realizaron a granel, sin la opción de acercar partículas individuales. "Esto ha cambiado en los últimos años y, por lo tanto, pensamos que era hora de realizar otra revisión ". Este artículo, "Física de la dinámica viral, "fue coautor de Robijn Bruinsma de la Universidad de California en Los Ángeles (EE. UU.) y Gijs Wuite de VU Amsterdam (Países Bajos).

Los virus secuestran las células y las obligan a fabricar los componentes básicos de las proteínas para las nuevas partículas de virus y a copiar su material genético (ya sea ARN o ADN). Esto da como resultado una sopa celular llena de partes de virus, que se autoensamblan para producir partículas de ARN o ADN encapsulado. "No se requiere energía externa para este proceso. E incluso in vitro, la mayoría de los virus se autoensamblan rápidamente ". Este proceso se estudiaba tradicionalmente en material a granel, promediando el comportamiento de un gran número de partículas de virus. "Entonces, no teníamos idea de la variación en el ensamblaje de partículas individuales ".

Exploraciones de menos de un segundo

En los últimos años, Se han desarrollado tecnologías para estudiar estas partículas individuales en tiempo real. Uno de ellos es la microscopía de fuerza atómica (AFM). Un microscopio de fuerza atómica escanea superficies con una punta del tamaño de un átomo y, por lo tanto, puede mapear su topología. "Recientemente, la velocidad de escaneo de AFM aumentó dramáticamente y ahora podemos realizar escaneos de menos de un segundo de superficies que miden menos de 1 micrómetro cuadrado usando AFM de alta velocidad, "dice Roos, que usa un AFM él mismo. "Esto nos permite ver cómo se ensamblan las subunidades de virus en una superficie. Es un proceso muy dinámico, con bloques de construcción que se unen y se sueltan ".

La fluorescencia de una sola molécula también se utiliza para estudiar virus, por ejemplo, la unión de proteínas virales al ADN. "Con pinzas ópticas, sostenemos dos cuentas diminutas en cada extremo de una molécula de ADN. Cuando las proteínas virales se unen al ADN, esto se enrollará y acercará las dos cuentas. Esto se visualiza mediante marcadores fluorescentes adheridos a las perlas. "Alternativamente, se pueden observar proteínas con marcadores fluorescentes mientras se adhieren al ADN viral oa otras proteínas. Una tercera tecnología consiste en utilizar un microscopio óptico para medir la interferencia de la luz dispersada por las partículas de virus. Estos patrones revelan la estructura de las partículas durante el ensamblaje.

Endurecer

También se pueden estudiar otros pasos en el ciclo del virus. "Después de que se hayan ensamblado por sí mismos, las partículas deben endurecerse para resistir las condiciones fuera de la célula huésped, ", dice Roos. También se producen otras modificaciones, que preparan las partículas para infectar otras células. La dinámica de este proceso de maduración es importante para comprender cómo funcionan los virus. "Y después de infectar nuevas células, la partícula del virus tiene que separarse para liberar su material genético ".

La nueva tecnología ahora está revelando la dinámica física de los virus. Permite a científicos como Roos y sus colegas estudiar cómo se incorpora el material genético y qué principios físicos guían este proceso. La mayoría de los medicamentos antivirales interrumpen los primeros pasos en la infección, como la unión de partículas de virus a sus células huésped. Usando esta nueva información dinámica, podríamos desarrollar fármacos que bloqueen el autoensamblaje u otros pasos importantes en el ciclo reproductivo del virus.

Nanotecnología

La comprensión de la física de las partículas de virus también es importante para su uso en la investigación, por ejemplo, como bloques de construcción en nanotecnología o como portadores de antígenos en vacunas. Varias de las principales vacunas COVID-19 utilizan adenovirus para transportar el gen de la proteína pico del SARS-CoV-2 a las células, que luego expresan este gen y consecuentemente generan una respuesta inmune. "Comprender cómo el adenovirus se une y se desintegra podría ayudar a crear vacunas más estables".