Pela primeira vez, investigadores conseguiram captar imagens da formação de vírus individuais. Assim, com imagens em tempo real, é possível uma visão concreta da cinética da montagem viral. A investigação fornece novas ideias sobre como combater os vírus.
As imagens mostram como um vírus, tipo o da constipação, se desenvolve. Estas são imagens em vídeo nunca antes conseguidas.
Vídeo que pode ajuda a encontrar novas formas de combater infeções
Num artigo publicado recentemente na revista Proceedings da National Academy of Sciences, a equipa da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson, de Harvard, detalha como obteve as imagens de vídeo recorrendo a um microscópio altamente especializado e uma técnica chamada “microscopia de dispersão interferométrica”.
Segundo Vinothan Manoharan, Professor de Engenharia Química, a biologia estrutural tem sido capaz de resolver a estrutura dos vírus com uma resolução surpreendente, até cada átomo em cada proteína. Contudo, ainda não sabiam como essa estrutura se montava. A técnica agora aplicada dá a primeira janela de conhecimento de como estes organismos se reúnem e revela a cinética e as vias em detalhes quantitativos.
Usados vírus ARN, os mais abundantes no planeta
Manoharan e a sua equipa focou-se numa estrutura viral ARN de cadeia única. Este é o tipo mais abundante de vírus no planeta. Nos humanos, os vírus ARN são responsáveis, entre outros, pela febre do Nilo Ocidental, gastroenterite, doença das mãos, pés e boca, poliomielite e até a constipação comum.
Estes vírus tendem a ser muito simples. Desta forma, os investigadores estudaram o vírus que infeta a bactéria E. coli. Este tem cerca de 30 nanómetros de diâmetro e tem um pedaço de RNA, com cerca de 3600 nucleótidos, e 180 proteínas idênticas. As proteínas organizam-se em hexágonos e pentágonos para formar uma estrutura parecida com uma bola de futebol ao redor do RNA, chamada de cápside.
Como estas proteínas conseguem formar tais estruturas que são a questão central na montagem do vírus. Assim, até agora ninguém tinha sido capaz de observar a montagem viral em tempo real porque os vírus e os seus componentes são muito pequenos e as suas interações muito fracas.
Dispersão interferométrica
Para observar os vírus, os investigadores usaram uma técnica ótica conhecida como microscopia de dispersão interferométrica. Esta técnica permite observar a luz espalhada por um objeto que cria uma mancha escura num campo de luz maior. A técnica não revela a estrutura do vírus, mas revela o seu tamanho e como esse tamanho muda com o tempo.
Os investigadores anexaram fios de RNA viral a um substrato, como caules de flores, e fluíram proteínas sobre a superfície. Então, usando o microscópio interferométrico, observaram como as manchas escuras apareceram e ficaram cada vez mais escuras até atingirem o tamanho de vírus adultos. Assim, ao registar as intensidades dessas manchas em crescimento, os cientistas puderam realmente determinar quantas proteínas estavam ligadas a cada cadeia de RNA ao longo do tempo.
Uma coisa que notamos imediatamente é que a intensidade de todas as manchas começou baixa e então disparou até a intensidade de um vírus completo. Aquele disparo aconteceu em momentos diferentes. Alguns cápsides reuniram-se em menos de um minuto, outros levaram dois ou três, e outros levaram mais de cinco. Contudo, quando começaram a reunir-se, não recuaram. Eles cresceram e cresceram e então formaram-se.
Disse Manoharan.
Perceber como se comportam os vírus para os combater
Os investigadores compararam essas observações com resultados anteriores de simulações, que previam dois tipos de caminhos de montagem. Num tipo de caminho, as proteínas primeiro poderão colar-se aleatoriamente ao RNA e depois reorganizam-se num cápside. No segundo, uma massa crítica de proteínas, chamado núcleo, deverá formar-se antes que o cápside possa crescer.
Os resultados experimentais coincidiram com o segundo caminho e descartaram o primeiro. Assim, o núcleo forma-se em diferentes momentos para diferentes vírus. Contudo, uma vez que ele se forma, a estrutura viral cresce rapidamente e não para até atingir o seu tamanho correto.
Além disso, os cientistas também notaram que os vírus tendem a se misturar mais frequentemente quando há mais proteínas a fluir sobre o substrato.
Os vírus que se juntam desta forma têm que equilibrar a formação de núcleos com o crescimento do cápside. Se os núcleos se formam muito rapidamente, os cápsides completos não podem crescer. Essa observação pôde dar-nos algumas introspeções de como descarrilar o conjunto de vírus patogénicos.
Explicou o cientistas e investigador Manoharan.
No entanto, ainda está em aberto saber como as proteínas individuais se reúnem para formar o núcleo. Contudo, agora que os investigadores identificaram o caminho, podem desenvolver novos modelos que exploram a montagem dentro desse caminho. Esses modelos também podem ser úteis para projetar nanomateriais que se montam.
Este é um bom exemplo de biologia quantitativa, em que temos resultados experimentais que podem ser descritos através de um modelo matemático.
Concluiu Manoharan.