O ciclo reprodutivo de vírus requer automontagem, maturação de partículas de vírus e, após a infecção, a liberação de material genético em uma célula hospedeira. Novas tecnologias baseadas na física permitem que os cientistas estudem a dinâmica desse ciclo e podem levar a novos tratamentos. Em seu papel de virologista físico, Wouter Roos, um físico da Universidade de Groningen, junto com dois colegas de longa data, escreveu um artigo de revisão sobre essas novas tecnologias, que foi publicado em Nature Reviews Physics em 12 de janeiro.

"A física tem sido usada há muito tempo para estudar vírus, "diz Roos." As leis da física governam eventos importantes em seu ciclo reprodutivo. "Avanços recentes nas técnicas baseadas na física tornaram possível estudar a automontagem e outras etapas no ciclo reprodutivo de partículas virais únicas e em sub-segundos resolução de tempo. "Essas novas tecnologias nos permitem ver a dinâmica dos vírus, "Roos acrescenta.

Energia

Em 2010, ele publicou pela primeira vez um artigo de revisão sobre os aspectos físicos da virologia com dois de seus colegas. "Naquela época, quase toda a pesquisa sobre vírus foi relativamente estática, por exemplo, exercer pressão sobre uma partícula de vírus para ver como ela respondia. "Naquela época, estudos sobre processos dinâmicos, como a automontagem, foram realizados em massa, sem a opção de aumentar o zoom em partículas individuais. "Isso mudou nos últimos anos e, portanto, pensamos que era hora de outra revisão. "Este artigo, "Physics of Viral Dynamics, "foi coautor de Robijn Bruinsma da Universidade da Califórnia em Los Angeles (EUA) e Gijs Wuite da VU Amsterdam (Holanda).

Os vírus sequestram células e as forçam a fazer os blocos de construção de proteínas para novas partículas de vírus e a copiar seu material genético (RNA ou DNA). Isso resulta em uma sopa celular cheia de partes de vírus, que se automontam para produzir partículas de RNA ou DNA encapsulado. "Nenhuma energia externa é necessária para este processo. E mesmo in vitro, a maioria dos vírus se auto-montam rapidamente. "Este processo era tradicionalmente estudado em materiais a granel, calculando a média do comportamento de um grande número de partículas de vírus. "Então, não tínhamos ideia da variação na montagem das partículas individuais. "

Varreduras de sub-segundo

Nos últimos anos, tecnologias foram desenvolvidas para estudar essas partículas individuais em tempo real. Uma delas é a Microscopia de Força Atômica (AFM) rápida. Um microscópio de força atômica faz a varredura de superfícies com uma ponta do tamanho de um átomo e, portanto, é capaz de mapear sua topologia. "Recentemente, a velocidade de varredura do AFM aumentou drasticamente e agora podemos realizar varreduras de sub-segundos de superfícies que medem menos de 1 micrômetro ao quadrado usando AFM de alta velocidade, "diz Roos, quem usa um AFM. "Isso nos permite ver como as subunidades de vírus se agrupam em uma superfície. É um processo muito dinâmico, com blocos de construção anexando e liberando. "

A fluorescência de molécula única também é usada para estudar vírus, por exemplo, a ligação de proteínas virais ao DNA. "Usando pinças ópticas, seguramos duas minúsculas contas em cada extremidade de uma molécula de DNA. Quando as proteínas virais se ligam ao DNA, isso vai se enrolar e aproximar as duas contas. Isso é visualizado por marcadores fluorescentes anexados às contas. "Alternativamente, proteínas com marcadores fluorescentes podem ser observadas enquanto se ligam ao DNA viral ou a outras proteínas. Uma terceira tecnologia é usar um microscópio óptico para medir a interferência da luz que é espalhada por partículas de vírus. Esses padrões revelam a estrutura das partículas durante a montagem.

Tornar-se mais duro

Outras etapas do ciclo do vírus também podem ser estudadas. "Depois que eles se montaram, as partículas precisam se fortalecer para resistir às condições fora da célula hospedeira, "diz Roos. Outras modificações também ocorrem, que preparam as partículas para infectar outras células. A dinâmica desse processo de maturação é importante para nossa compreensão de como os vírus funcionam. "E depois de infectar novas células, a partícula do vírus tem que se separar para liberar seu material genético. "

A nova tecnologia agora está revelando a dinâmica física dos vírus. Ele permite que cientistas como Roos e seus colegas estudem como o material genético é incorporado e quais princípios físicos guiam esse processo. A maioria dos medicamentos antivirais interrompe os primeiros passos da infecção, como a ligação de partículas de vírus às células hospedeiras. Usando essas novas informações dinâmicas, poderíamos desenvolver drogas que bloqueiem a automontagem ou outras etapas importantes do ciclo reprodutivo do vírus.

Nanotecnologia

O conhecimento da física das partículas de vírus também é importante para seu uso em pesquisas, por exemplo, como blocos de construção em nanotecnologia ou como transportadores de antígenos em vacinas. Várias das principais vacinas COVID-19 usam adenovírus para entregar o gene da proteína spike SARS-CoV-2 às células, que então expressam esse gene e, conseqüentemente, geram uma resposta imune. "Entender como o adenovírus se junta e se desfaz pode ajudar a criar vacinas mais estáveis."