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Quando Courtney “CJ” Johnson pega imagens de seu Ph.D. dissertação, é como se ela estivesse assistindo a uma tentativa de arrombamento em uma câmera de segurança doméstica.
O intruso procura seu alvo sem colocar um pé dentro, procurando um ponto de entrada. Mas esse intruso não é um ladrão típico. É um vírus.
Filmado ao longo de dois minutos e meio, identificando sua localização 1.000 vezes por segundo, a filmagem mostra uma minúscula partícula de vírus, milhares de vezes menor que um grão de areia, enquanto oscila entre células intestinais humanas compactas.
Por um momento fugaz, o vírus faz contato com uma célula e desliza ao longo de sua superfície, mas não gruda antes de saltar novamente. Se este fosse um arrombamento real em casa, diz Johnson, “esta seria a parte em que o ladrão ainda não quebrou a janela”.
Johnson faz parte de uma equipe da Duke University liderada pelo professor assistente de química Kevin Welsher. Juntamente com o associado de pós-doutorado de Welsher, Jack Exell e colegas, eles criaram uma maneira de capturar imagens 3D em tempo real de vírus à medida que se aproximam de seus alvos celulares.
Inalamos, ingerimos e absorvemos milhões de vírus todos os dias. A maioria deles é inofensiva, mas alguns deles – como os vírus que causam a gripe ou o COVID-19 – podem nos deixar doentes.
A infecção começa quando um vírus se liga e entra em uma célula, onde sequestra a maquinaria celular para fazer cópias de si mesmo. Mas antes que ele possa invadir, um vírus precisa atingir a célula primeiro, disse Johnson.
Isso geralmente significa passar pela camada protetora de células e muco que revestem as vias aéreas e o intestino – uma das primeiras linhas de defesa do corpo contra infecções.
Os pesquisadores queriam entender como os vírus violam essas defesas da linha de frente. “Como os vírus navegam nessas barreiras complexas?” disse Welsher. Mas esses momentos iniciais críticos antes do início da infecção têm sido difíceis, se não impossíveis, de observar com os métodos de microscopia existentes, acrescentou.
Parte do motivo é que os vírus se movem duas a três ordens de magnitude mais rápido no espaço não confinado fora da célula, em comparação com seu interior lotado. Para tornar as coisas ainda mais complicadas do ponto de vista da imagem, os vírus são centenas de vezes menores do que as células que infectam.
“É por isso que este é um problema tão difícil de estudar”, disse Johnson. Sob o microscópio, “é como se você estivesse tentando tirar uma foto de uma pessoa em frente a um arranha-céu. Você não pode pegar o arranha-céu inteiro e ver os detalhes da pessoa na frente dele com uma foto”.
Assim, a equipe desenvolveu um novo método chamado 3D Tracking and Imaging Microscopy (3D-TrIm), que basicamente combina dois microscópios em um. O primeiro microscópio “bloqueia” o vírus em movimento rápido, varrendo um laser ao redor do vírus dezenas de milhares de vezes por segundo para calcular e atualizar sua posição. À medida que o vírus salta e rola no exterior da célula, o estágio do microscópio se ajusta continuamente para mantê-lo em foco.
Enquanto o primeiro microscópio rastreia o vírus, o segundo microscópio tira imagens 3D das células vizinhas. O efeito combinado, disse Welsher, é semelhante a navegar com o Google Maps: ele não apenas mostra sua localização atual enquanto você dirige, mas também mostra o terreno, os pontos de referência e a configuração geral do terreno, mas em 3D.
“Às vezes, quando apresento este trabalho, as pessoas perguntam: ‘Isso é um videogame ou uma simulação?’”, disse Johnson, agora associado de pós-doutorado no Howard Hughes Medical Institute Janelia Research Campus. “Não, isso é algo que veio de um microscópio real.”
Com seu método, os pesquisadores não podem apenas, digamos, observar uma pessoa saudável respirar partículas de vírus da tosse ou espirro de uma pessoa infectada. Por um lado, eles precisam anexar um rótulo fluorescente especial a um vírus antes de poder rastreá-lo – o que o microscópio segue é o movimento do ponto brilhante. E atualmente eles só podem rastrear um vírus por alguns minutos de cada vez antes de escurecer.
“O maior desafio para nós agora é produzir vírus mais brilhantes”, disse Exell.
Mas Welsher disse que espera que a técnica torne possível seguir os vírus em ação além da lamela e em ambientes mais realistas, semelhantes a tecidos, onde as infecções se instalam pela primeira vez.
“Esta é a verdadeira promessa deste método”, disse Welsher. “Achamos que é algo que temos a possibilidade de fazer agora.”
Este trabalho apareceu on-line em 10 de novembro na revista Métodos da Natureza.
Esta pesquisa foi apoiada por uma bolsa do National Institutes of Health (R35GM124868).
Vídeo: https://youtu.be/mv0WYvmJlUk
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