Dzięki niezwykle czułym instrumentom naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali, jak wirus atakuje komórkę. Materiał filmowy pokazuje, jak intruz namierza cel i szuka punktu wejścia, a w końcu ucieka.
Nagranie trwa dwie i pół minuty. Widać na nim wirusa, tysiące razy mniejszego od ziarnka piasku, jak porusza się wśród ciasno upakowanych ludzkich komórek jelitowych. Opis nowej techniki rejestracji zachowania patogenów opublikowano w czasopiśmie „Nature Methods” (DOI: 10.1038/s41592-022-01672-3).
Na nagraniu widać, jak przez krótką chwilę wirus nawiązuje kontakt z komórką, przesuwa się po jej powierzchni, ale nie "przykleja się" do niej, po czym ucieka. - Gdyby to było prawdziwe włamanie do domu, to byłby to moment, w którym włamywacz nie wybił jeszcze okna - mówi Courtney Johnson.
Johnson jest częścią zespołu z Duke University kierowanego przez Kevina Welshera. Wraz z Jackiem Exellem i kolegami, wymyślili oni sposób na uchwycenie w czasie rzeczywistym trójwymiarowego obrazu wirusów, gdy zbliżają się do swoich ofiar, którymi są komórki.
Każdego dnia wdychamy i połykamy miliony wirusów. Większość z nich jest nieszkodliwa, ale niektóre - takie jak wirusy grypy czy COVID-19 - mogą wywołać u nas chorobę.
Infekcja rozpoczyna się, gdy wirus wiąże się z komórką i ją niszczy, aby tworzyć swoje kopie. Ale zanim to się stanie, wirus musi najpierw do komórki dotrzeć. Często oznacza to przebicie się przez warstwę ochronną komórek i śluzu, która pokrywa drogi oddechowe i jelita. To jedna z pierwszych linii obrony organizmu przed infekcją.
Badacze chcieli zrozumieć, w jaki sposób wirusy naruszają tę pierwszą linię obrony. Te krytyczne momenty przed rozpoczęciem infekcji były przez długi czas trudne, jeśli nie niemożliwe do obserwacji za pomocą istniejących metod mikroskopowych.
Trudności w obserwacjach wynikają z tego, że wirusy poruszają się znacznie szybciej, niż same komórki. Są też setki razy mniejsze od swoich komórkowych ofiar. - Dlatego jest to tak trudny problem - mówi Johnson. - To tak, jakbyś próbował zrobić zdjęcie człowiekowi stojącemu przed wieżowcem. Nie możesz objąć całego wieżowca i zobaczyć szczegółów osoby stojącej przed nim na jednej fotografii – tłumaczy.
Zespół opracował więc nową metodę o nazwie 3D Tracking and Imaging Microscopy (3D-TrIm), która zasadniczo łączy dwa mikroskopy w jednym. Pierwszy mikroskop skupia się na szybko poruszającym się wirusie, omiatając go laserem dziesiątki tysięcy razy na sekundę, aby obliczyć i zaktualizować jego pozycję.
Drugi mikroskop wykonuje trójwymiarowe obrazy komórek otaczających wirusa. – Efekt jest podobny do nawigacji z Google Maps: nie tylko pokazuje twoją aktualną lokalizację podczas jazdy, ale także punkty orientacyjne i ogólny układ terenu w 3D – wyjaśnia Welsher.
Wciąż wiele problemów pozostaje nierozwiązanych. Aby móc śledzić wirusa trzeba „dokleić” do niego specjalną fluorescencyjną etykietę, która działa jedynie przez kilka minut. Badacze nie mogą też jeszcze obserwować pełnej drogi zakażenia – od dróg oddechowych aż do komórki.
Welsher ma jednak nadzieję, że w przyszłości technika rozwinie się i umożliwi śledzenie wirusów w bardziej realistycznych warunkach.
Źródło: Duke University
