¿Quieres crear un virus? Es fácil:combine una molécula de ácido nucleico genómico, ya sea ADN o ARN, y un puñado de proteínas, sacudir, y en una fracción de segundo tendrá un virus completamente formado.

Si bien puede parecer el peor infomercial de todos los tiempos, en muchos casos, crear un virus es así de sencillo. Los virus como la influenza se propagan con tanta eficacia, y como resultado puede ser tan letal para sus anfitriones, debido a su capacidad para autoensamblarse espontáneamente en grandes cantidades.

Si los investigadores pueden comprender cómo se ensamblan los virus, es posible que puedan diseñar medicamentos que eviten la formación de virus en primer lugar. Desafortunadamente, La forma exacta en que los virus se autoensamblan ha sido durante mucho tiempo un misterio porque ocurre muy rápidamente y en escalas de longitud tan pequeñas.

Ahora, Existe un sistema para rastrear virus de tamaño nanométrico en escalas de tiempo de menos de milisegundos. El método, desarrollado por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson, es el primer paso para rastrear proteínas individuales y moléculas genómicas a altas velocidades a medida que se ensamblan para crear un virus.

La investigación fue dirigida por Vinothan Manoharan, el Profesor de Ingeniería Química de la Familia Wagner y el Profesor de Física, y fue publicado recientemente en ACS Nano . El grupo de Manoharan trabajó en colaboración con investigadores de la Universidad de Leiden, MIT, el Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica, la Universidad de Jena, y Heraeus Quarzglas, un fabricante de fibra óptica.

"Nuestro objetivo es comprender cómo los virus logran ensamblarse espontáneamente, tan rápido y tan robusto, "dijo Yoav Lahini, investigador asociado, ex becario Pappalardo del MIT, y co-primer autor del estudio.

La identificación de etapas intermedias críticas en el proceso de ensamblaje podría ayudar a los investigadores a comprender cómo interferir con este proceso, Dijo Lahini. Arrojar luz sobre la física del autoensamblaje también podría ayudar a los ingenieros a diseñar mejores nanomateriales sintéticos que puedan juntarse espontáneamente.

Hay dos desafíos principales para rastrear el ensamblaje de virus:velocidad y tamaño. Si bien la microscopía fluorescente puede detectar proteínas individuales, el compuesto químico fluorescente que emite fotones lo hace a una velocidad demasiado lenta para capturar el proceso de ensamblaje. Es como intentar observar la mecánica del aleteo de un colibrí con una cámara stop-motion; captura partes del proceso, pero faltan los marcos cruciales.

Partículas muy pequeñas, como las proteínas de la cápside, se puede observar por la forma en que dispersan la luz. Esta tecnica, conocido como dispersión elástica, emite un número ilimitado de fotones a la vez, resolviendo el problema de la velocidad. Sin embargo, los fotones también interactúan con las partículas de polvo, Luz reflejada, e imperfecciones en el camino óptico, todo lo cual oculta las pequeñas partículas que se están rastreando.

Para solucionar estos problemas, el equipo decidió aprovechar la excelente calidad de las fibras ópticas, perfeccionado durante años de investigación en la industria de las telecomunicaciones. Diseñaron una nueva fibra óptica con un canal a nanoescala, más pequeño que la longitud de onda de la luz, que corre a lo largo del interior de su núcleo de sílice. Este canal está lleno de líquido que contiene nanopartículas, para que cuando la luz pase a través del núcleo de la fibra, dispersa las nanopartículas en el canal y se recoge con un microscopio por encima de la fibra.

Los investigadores observaron el movimiento de virus que miden 26 nanómetros de diámetro a una velocidad de miles de mediciones por segundo.

"Estos son los virus más pequeños que se pueden rastrear en escalas de tiempo de menos de milisegundos, que son comparables a las escalas de tiempo para el autoensamblaje ", dijo Rees Garmann, becario postdoctoral en el laboratorio Manoharan y coautor de la investigación.

El siguiente paso es rastrear no solo virus individuales sino proteínas virales individuales, que se dispersan de 100 a 1, 000 veces menos luz que un solo virus.

"Esta investigación es un paso adelante en la observación y medición del autoensamblaje de virus, ", dijo Manoharan." La infección viral implica muchas vías moleculares y celulares complejas, pero el autoensamblaje es un proceso que se encuentra en muchos virus diferentes. Esta simple tecnología, que es barato, fácil y escalable, podría proporcionar una nueva, forma rentable de estudiar y diagnosticar virus. Desde el punto de vista de la física fundamental, comprender el autoensamblaje de un sistema evolucionado naturalmente sería un hito importante en el estudio de sistemas complejos ".