Por primera vez, los investigadores han capturado imรกgenes de la formaciรณn de virus individuales, ofreciendo una visiรณn en tiempo real de la cinรฉtica del ensamblaje viral. La investigaciรณn proporciona nuevas ideas sobre cรณmo combatir los virus y diseรฑar partรญculas de autoensamblaje.
“La biologรญa estructural ha sido capaz de resolver la estructura de los virus con una resoluciรณn sorprendente, hasta cada รกtomo en cada proteรญna”, dijo Vinothan Manoharan, profesor de ingenierรญa quรญmica de la familia Wagner y profesor de fรญsica en la Escuela de Ingenierรญa John A. Paulson de Harvard. y Ciencias Aplicadas. โPero aรบn no sabรญamos cรณmo se ensambla esa estructura. Nuestra tรฉcnica ofrece la primera ventana sobre cรณmo se ensamblan los virus y revela la cinรฉtica y las vรญas en detalle cuantitativo”.
Manoharan y su equipo se centraron en los virus de ARN monocatenarios, el tipo de virus mรกs abundante en el planeta.ย En humanos, los virus ARN son responsables, entre otros, de la fiebre del Nilo Occidental, la gastroenteritis, la poliomielitis, el resfriado comรบn y la enfermedad de manos, pies y boca.
Estos virus tienden a ser muy simples.ย El virus que estudiaron Manoharan y su equipo, que infecta laย bacteriaย E. coli, tiene unos 30 nanรณmetros de diรกmetro y tiene una pieza de ARN, con aproximadamente 3.600 nucleรณtidos y 180 proteรญnas idรฉnticas.ย Las proteรญnas se organizan en hexรกgonos y pentรกgonos para formar una estructura similar a una pelota de fรบtbol alrededor del ARN, llamada cรกpside.
Cรณmo esas proteรญnas logran formar esa estructura es la pregunta central en el ensamblaje de virus.ย Hasta ahora, nadie habรญa podido observar el ensamblaje viral en tiempo real porque los virus y sus componentes son muy pequeรฑos y sus interacciones son muy dรฉbiles.
Para observar los virus, los investigadores utilizaron una tรฉcnica รณptica conocida como microscopรญa de dispersiรณn interferomรฉtrica, en la cual la luz dispersada de un objeto crea una mancha oscura en un campo de luz mรกs grande.ย La tรฉcnica no revela la estructura del virus, pero sรญ revela su tamaรฑo y cรณmo eso cambia con el tiempo.
Los investigadores unieron hebras de ARN virales a un sustrato, como los tallos de una flor, y fluyeron proteรญnas sobre la superficie.ย Luego, usando el microscopio interferomรฉtrico, observaron cรณmo aparecรญan manchas oscuras y se volvieron cada vez mรกs oscuras hasta que tenรญan el tamaรฑo de los virus adultos.ย Al registrar las intensidades de esos puntos de crecimiento, los investigadores pudieron determinar cuรกntas proteรญnas se unรญan a cada cadena de ARN con el tiempo.
“Una cosa que notamos de inmediato es que la intensidad de todos los puntos comenzรณ baja y luego se disparรณ a la intensidad de un virus completo”, dijo Manoharan.ย โEse tiroteo ocurriรณ en diferentes momentos.ย Algunas cรกpsides se ensamblaron en menos de un minuto, algunas tomaron dos o tres y otras tomaron mรกs de cinco.ย Pero una vez que comenzaron a ensamblarse, no retrocedieron.ย Crecieron y crecieron y luego terminaronโ.
Los investigadores compararon estas observaciones con resultados anteriores de simulaciones, que predijeron dos tipos de vรญas de ensamblaje.ย En un tipo de vรญa, las proteรญnas se adhieren primero al ARN al azar y luego se reorganizan en una cรกpside.ย En el segundo, se debe formar una masa crรญtica de proteรญnas, llamada nรบcleo, antes de que la cรกpside pueda crecer.
Las manchas oscuras que se ven en el vรญdeo son virus individuales. Las manchas se oscurecen a medida que mรกs y mรกs proteรญnas se unen a la cadena de ARN.ย (Video del laboratorio Manoharan).
Los resultados experimentales coincidieron con la segunda vรญa y descartaron la primera.ย El nรบcleo se forma en diferentes momentos para diferentes virus, pero una vez que lo hace, el virus crece rรกpidamente y no se detiene hasta que alcanza su tamaรฑo correcto.
Los investigadores tambiรฉn notaron que los virus tendรญan a desarmarse mรกs a menudo cuando fluรญan mรกs proteรญnas sobre el sustrato.
โLos virus que se ensamblan de esta manera tienen que equilibrar la formaciรณn de nรบcleos con el crecimiento de la cรกpside.ย Si los nรบcleos se forman demasiado rรกpido, las cรกpsides completas no pueden crecer.ย Esa observaciรณn podrรญa darnos algunas ideas sobre cรณmo descarrilar el ensamblaje de virus patรณgenosโ, dijo Manoharan.
La forma en que las proteรญnas individuales se unen para formar el nรบcleo sigue siendo una pregunta abierta, pero ahora que los experimentadores han identificado la vรญa, los investigadores pueden desarrollar nuevos modelos que exploren el ensamblaje dentro de ella.ย Esos modelos tambiรฉn pueden ser รบtiles para diseรฑar nanomateriales que se ensamblan.
“Este es un buen ejemplo de biologรญa cuantitativa, ya que tenemos resultados experimentales que pueden ser descritos por un modelo matemรกtico”, dijo Manoharan.
Mayor informaciรณn en: Rees F. Garmann,ย Aaron M. Goldfain, andย Vinothan N. Manoharan. ยซMeasurements of the self-assembly kinetics of individual viral capsids around their RNA genomeยปย National Academy of Sciences.ย Published: 30 September 2019.

Hay muchas opciones que me gustrรญa escuchar sobre la nanotecnologรญa para descomponer un virus en el preciso momento de su composiciรณn proteรญnica.