A maneira como alguns vírus injetam seu DNA em bactérias ou outros tipos de células parece ser muito mais simples do que os cientistas pensavam anteriormente. Em vez de usar motores moleculares ou mecanismos complicados, os vírus permitem que a física simples faça o trabalho por eles. Esta é uma descoberta recente do Prof Willem Kegel da Universidade de Utrecht e colegas da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), e o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). Os resultados de suas pesquisas foram publicados na revista científica Revisão Física X .

A força motriz por trás da etapa inicial e rápida, é a alta pressão dentro do vírus. A segunda etapa, que leva muito mais tempo para ser concluído, parece ser difusão; um resultado direto do movimento aleatório de átomos e moléculas. Os pesquisadores esperam que esse mecanismo de difusão também seja responsável por outros processos de transporte dentro da célula e entre as células.

Os vírus têm várias estratégias para inserir seu DNA na célula de seu hospedeiro, que é uma etapa necessária em seu processo de reprodução. Este estudo examinou fagos, vírus que infectam bactérias. Esses vírus infectam seus hospedeiros de maneira comparável à de outros vírus, como vírus de herpes, que causam sintomas desagradáveis ​​em humanos.

“Esperamos que o mecanismo que descobrimos desempenhe um papel importante nas infecções por este tipo de vírus, "disse o líder de pesquisa, Prof. Willem Kegel, da Universidade de Utrecht." Também achamos que o mecanismo de difusão que encontramos também pode ser responsável por outros processos de transporte dentro da célula, como a transferência de genes entre bactérias, transporte de proteínas dentro das células, e o transporte de RNA mensageiro através dos poros do núcleo da célula. "

Um fago consiste em uma cabeça e uma cauda. A cauda atua como uma agulha de injeção que pode penetrar na membrana celular. O DNA é armazenado na cabeça do fago, e exerce uma pressão de cerca de 60 bar. Isso é equivalente a 20 vezes a pressão em um pneu de carro totalmente inflado, ou a pressão a 600 metros debaixo d'água. Uma vez que a cauda do fago penetra na célula, a 'válvula' se abre e o DNA é injetado na célula em alta velocidade. Isso libera rapidamente a pressão do DNA dentro do fago. Uma questão pendente para os pesquisadores era, portanto:o que força a última porção do DNA a entrar na célula depois que a pressão foi liberada?

Em um experimento, os pesquisadores determinaram a velocidade do transporte de DNA do fago para a célula em fagos nos quais apenas a pressão inicial era diferente. Em ambos os casos, os pesquisadores observaram duas etapas distintas. Os cálculos confirmaram a suspeita de que a força motriz na primeira etapa é de fato a pressão, e nada além da pressão.

Contudo, em ambos os fagos, o transporte de DNA no segundo estágio ocorreu em taxas iguais (lentas). Além disso, a velocidade da injeção parecia depender apenas da quantidade de DNA que já havia sido injetada na célula. Isso sugeriu que o único fator que poderia desempenhar um papel na velocidade de injeção, além do próprio DNA, foram as características do citoplasma da célula.

O citoplasma é na verdade uma solução coloidal:proteínas e outras moléculas grandes dentro de uma célula têm dimensões coloidais, e mover-se mais ou menos livremente em uma substância aquosa. Kegel tem considerável experiência em pesquisa com sistemas coloidais, o que permitiu traduzir os dados experimentais em um modelo teórico.

Isso permitiu aos pesquisadores provar que as velocidades de injeção observadas podem ser explicadas pelo cenário mais simples imaginável:difusão, ou o movimento aleatório do DNA injetado através do citoplasma. "A velocidade com que o DNA do fago se move no citoplasma do hospedeiro pode ser determinada de maneira direta usando a física dos sistemas coloidais, "disse Kegel.