Virología Física

Ese es el título del artículo aparecido en la revista Nature Physics y que daría nombre a la nueva disciplina que se está desarrollando. El objeto de estudio son los virus, pero vistos desde la perspectiva de la Física. En ese sentido, los virus son nanopartículas naturales con llamativas propiedades mecánicas y termodinámicas.

Los profesores W. Roos y G.J.L Wuite de la Fundación para la Investigación Básica de la Materia de la Universidad de Amsterdam, y R. Bruinsma del Departamento de Física de la UCLA, resumen en el artículo las posibles aplicaciones de esta nueva disciplina sobre todo en el campo de la medicina.

Los virus pueden formar espontáneamente una esfera de proteína que envuelve su propio material genético en un entorno completamente abarrotado de otras macromoléculas similares como es el citoplasma de la célula hospedadora. Este proceso ocurre sin una fuente de energía externa, es decir, sigue las leyes de la termodinámica de los procesos reversibles. Pero con una diferencia fundamental: una vez ensamblada la cápside esta no se vuelve a desensamblar. Por ello los virus son un buen modelo para estudiar la formación de nanoestructuras con un gasto de energía mínimo.

Para estudiarlos en el aspecto físico se usa el microscopio de fuerza atómica (MFA). Este tipo de microscopio actúa como si fuera una aguja de un antiguo tocadiscos. Esta técnica no sólo permite "ver" al virus, sino también estudiar las propiedades mecánicas de la partícula. Para ello, la aguja actúa como un martillo que golpea al virus produciendo nanomuescas. Así se ha encontrado que la cápside viral sufre "fatiga de material" al igual que las estructuras macroscópicas. Se han medido las curvas de deformación de diversas cápsides y se ha encontrado que se comportan como módulos elásticos cuya resistencia va desde el polietileno al plexiglas. Algunas cápsides pueden aguantar presiones osmóticas internas superiores a las 10 atmósferas.

Realización de nanomuescas con un Microscopio de Fuerza Atómica. En (a) podemos ver que la punta del MFA no toca el virus y la fuerza ejercida es 0 (b). En el esquema (c) la punta ejerce una fuerza sobre el virus que se registra en la gráfica (d). En la primera parte, la deformación es reversible, pero al traspasar un determinado umbral, la cápside colapsa. (Fuente: Roos et al. 2010).

Uno de los resultados más curiosos ha sido encontrar que hay virus que se "ablandan" durante su proceso de maduración, mientras que otros se "endurecen" y se vuelven más resistentes a la tensión. En el primer caso tenemos a los retrovirus como HIV. En el segundo, a los virus bacteriófagos. Con respecto al HIV, se ha visto que hay una asociación entre la propiedad mecánica de ser más "blandos" y la infectividad. Las partículas virales inmaduras de HIV son más "duras" pero muchísimo menos infectivas.

Imágenes de una partícula vírica antes (a) y después (b) de realizarse una nanomuesca. Los capsómeros (unidades estructurales de la cápside) son perfectamente visibles. En la gráfica (c) se muestra el perfil a lo largo de las flechas blancas. En la imagen (d) y (e) se muestran los capsómeros enumerados. Puede verse que en la muesca se han eliminado los capsómeros marcados en rojo.(Fuente: Roos et al. 2010).

El hecho de que el proceso de ensamblaje y la estabilidad de los viriones puedan ser descrito en base a la mecánica de los cuerpos elásticos macroscópicos permite realizar una serie de predicciones para su posible uso biotecnológico. Una de las principales ideas es el de utilizar los virus como nanocontenedores para el transporte de sustancias específicas a las células. Los virus pueden ser muy específicos en su unión a las células, por lo que de esa forma se podrían dirigir específicamente medicamentos a unas determinadas zonas del cuerpo y no a otras

Esta entrada participa en el XII Carnaval de la Física que esta vez se aloja en Francis_the_mule_news

Además, ha sido traducida y publicada en el blog "Small Things Considered" escrito por Moselio Schaechter y Merry Joule.

Roos, W., Bruinsma, R., & Wuite, G. (2010). Physical virology Nature Physics, 6 (10), 733-743 DOI: 10.1038/nphys1797