لقد تم تطوير طريقة تسمح لأول مرة بمعرفة كيفية إنشاء الفيروسات

نجح باحثون في جامعة هارفارد، ومن بينهم إسرائيلي، في تطوير نظام قادر على تتبع فيروسات بحجم نانومتر على نطاق زمني أقل من الميلي ثانية

[ترجمة د.نحماني موشيه]
نجح الباحثون في تطوير نظام قادر على تتبع الفيروسات بحجم نانومتر على نطاق زمني أقل من المللي ثانية. وتعد هذه الطريقة، التي طورها باحثون من كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد، الخطوة الأولى في القدرة على تتبع البروتينات والجزيئات الجينومية الفردية التي تتحرك بسرعات عالية أثناء تكوين الفيروسات.

هل تريد صنع فيروس؟ الأمر بسيط: قم بدمج جزيء من المادة الوراثية، DNA أو RNA، مع حفنة من البروتينات، واخلطها وفي غضون ثانية ستحصل على فيروس نشط. تنتشر الفيروسات، مثل فيروس الأنفلونزا، بكفاءة عالية لدرجة أنها يمكن أن تكون قاتلة بشكل خاص لمضيفيها، نتيجة لقدرتها على التشكل تلقائيًا بكميات كبيرة. إذا فهم الباحثون كيفية تكوّن الفيروسات، فسيكونون قادرين أيضًا على تصميم أدوية تمنع تكوّن الفيروسات في المقام الأول. في الوقت نفسه، ظلت الآلية الدقيقة التي يتم من خلالها إنشاء الفيروسات لغزا لفترة طويلة بسبب حقيقة أن هذا الخلق يحدث بسرعة كبيرة وعلى نطاق صغير من حيث الطول. وقاد البحث فينوثان مانوهاران، أستاذ الهندسة الكيميائية والفيزياء، ونُشر منذ فترة طويلة في المجلة العلمية ACS Nano.

وقال يوآف لاهيني، الباحث المشارك وأحد المؤلفين الرئيسيين للمقالة: "كان هدفنا هو فهم كيفية تمكن الفيروسات من تنظيم نفسها تلقائيًا، وبمثل هذا المعدل السريع وبطريقة دائمة". يوضح لاهيني أن تحديد الخطوات الوسيطة الأساسية أثناء التكوين يمكن أن يساعد الباحثين على فهم كيفية التدخل في هذه العملية. إن فهم الآلية يمكن أن يساعد أيضًا المهندسين على تصميم مواد نانوية اصطناعية أفضل وأكثر كفاءة يمكن الحصول عليها تلقائيًا.

هناك تحديان رئيسيان في تتبع تكوين الفيروسات: السرعة والحجم. على الرغم من أن الفحص المجهري الفلوري يسمح بتحديد البروتينات الفردية، إلا أن المركب الكيميائي الفلوري الذي يصدر الفوتونات يفعل ذلك بمعدل بطيء جدًا بحيث لا يمكنه مراقبة عملية التكوين. الوضع مشابه للحالة التي يحاول فيها المرء ملاحظة حركة الأجنحة الطائرة لطائر الطائر الطنان باستخدام كاميرا من نوع "الصورة المتوقفة"؛ إنها تدرك أجزاء من العملية، لكن الأجزاء الأساسية مفقودة. يمكن ملاحظة الجزيئات الصغيرة للغاية، مثل الغلاف البروتيني للفيروسات، من خلال الطريقة التي تبعثر بها الضوء. في هذه الطريقة، المعروفة باسم التشتت المرن، تنبعث كمية غير محدودة من الفوتونات في لحظة واحدة، وهي حقيقة تحل مشكلة السرعة. إلا أن الفوتونات تتفاعل أيضًا مع جزيئات الغبار مما يزيد من تشتيت الضوء، وتحدث عيوب في المسار البصري، وبالتالي تتداخل جميع هذه العوامل مع تتبع الجزيئات الصغيرة.

ومن أجل حل هذه المشكلات، قرر الفريق الاستفادة من الجودة الاستثنائية للألياف الضوئية، التي تم تحسينها بعد سنوات من البحث في صناعة الاتصالات. صمم الباحثون أليافًا ضوئية جديدة بقناة بحجم نانومتر أصغر من الطول الموجي للضوء، وهي قناة تمتد على طول الجزء الداخلي من قلب السيليكا للألياف. تمتلئ هذه القناة بسائل يحتوي على جسيمات نانوية، بحيث عندما يمر الضوء عبر نواة الألياف، فإنه ينثر بواسطة الجسيمات النانوية الموجودة في القناة ويعالج بواسطة المجهر الموجود أعلاه. وبمساعدة النظام الجديد، تمكن الباحثون من ملاحظة حركة الفيروسات التي يبلغ قطرها 26 نانومترا بمعدل آلاف القياسات في الثانية. وقال أحد شركاء البحث: "هذه هي أصغر الفيروسات التي تمت ملاحظتها على الإطلاق في نطاق زمني أقل من الميلي ثانية، وهو ما يشبه المقياس الزمني لآلية تكوين الفيروسات". والخطوة التالية التي يخطط لها الباحثون هي تتبع ليس فقط الفيروسات الفردية، ولكن أيضًا بروتينات الفيروس الفردية، التي تبعثر الضوء بكمية أصغر بمائة إلى ألف مرة من الفيروس بأكمله.

ويقول الباحث: "يعد هذا البحث خطوة متقدمة في مراقبة وقياس تكوين الفيروسات". "تتضمن العدوى الفيروسية العديد من المسارات الجزيئية والخلوية المعقدة، ولكن عملية التجميع الذاتي تحدث في العديد من الفيروسات المختلفة. ويمكن لهذه التكنولوجيا البسيطة، وهي أيضًا رخيصة الثمن ومريحة وقابلة للتطوير، أن توفر طريقة جديدة وفعالة من حيث التكلفة وفعالة لفهم الفيروسات وقياسها. ومن وجهة نظر الفيزياء الأساسية، فإن فهم آلية التجميع الذاتي في الأنظمة التي تطورت في الطبيعة يمكن أن يكون معلمًا مهمًا في دراسة الأنظمة المعقدة.

للمادة العلمية

أخبار الدراسة