פותחה שיטה שתאפשר לראשונה לראות כיצד נוצרים נגיפים

חוקרים בהארווארד ובהם ישראלי הצליחו לפתח מערכת המסוגלת לעקוב אחר נגיפים בגודל ננומטרי בסקאלת זמנים שמתחת למילישנייה

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
חוקרים הצליחו לפתח מערכת המסוגלת לעקוב אחר נגיפים בגודל ננומטרי בסקאלת זמנים שמתחת למילישנייה. השיטה, שפותחה על ידי חוקרים מביה”ס להנדסה ולמדעים יישומיים באוניברסיטת הרווארד, מהווה את השלב הראשון ביכולת המעקב אחר חלבונים ומולקולות גנומיות פרטניות הנעים במהירויות גבוהות במהלך היווצרותם של נגיפים.

רוצים להכין נגיף? זה פשוט: שלבו מולקולה של חומר גנטי, דנ”א או רנ”א, יחד עם חופן חלבונים, ערבבו אותם ותוך שנייה תקבלו נגיף פעיל. נגיפים, כמו נגיף השפעת, מתפשטים באורח כה יעיל, ולכן הם עלולים להיות קטלניים במיוחד למארחים שלהם, זאת כתוצאה מיכולתם להיווצר באופן ספונטני בכמויות גדולות. אם חוקרים יבינו כיצד הנגיפים נוצרים, הם יוכלו גם לתכנן תרופות שתמנענה מהנגיפים להיווצר מלכתחילה. יחד עם זאת, המנגנון המדויק שבאמצעותו נגיפים נוצרים נותר תעלומה מזה זמן רב לאור העובדה כי יצירה זו מתרחשת במהירות רבה במיוחד ובקנה-מידה מזערי מבחינת האורך. המחקר נערך בראשותו של Vinothan Manoharan, פרופסור להנדסה כימית ולפיזיקה, והוא פורסם זה מכבר בכתב העת המדעי ACS Nano.

“המטרה שלנו הייתה להבין כיצד נגיפים מצליחים להתארגן בעצמם באופן ספונטני, בקצב כה מהיר ובאופן כה עמיד”, אמר יואב לחיני, עמית מחקר ואחד משני הכותבים הראשיים של המאמר. זיהוי שלבי ביניים חיוניים במהלך ההיווצרות יוכל לסייע לחוקרים להבין כיצד להפריע לתהליך זה, מסביר לחיני. הבנת המנגנון תוכל גם לסייע למהנדסים לתכנן ננו-חומרים סינתטיים טובים ויעילים יותר שיוכלו להתקבל באופן ספונטני.

קיימים שני אתגרים עיקריים בתחום המעקב אחר ההיווצרות של נגיפים: מהירות וגודל. על אף העובדה כי מיקרוסקופיה פלואורסצנטית מאפשרת זיהוי של חלבונים פרטניים, התרכובת הכימית הפלואורסצנטית הפולטת את הפוטונים מבצעת זאת בקצב שהוא איטי מכדי לצפות בתהליך ההיווצרות. המצב דומה למקרה שבו מנסים לצפות בתנועה של הכנפיים המעופפות של ציפור הקוליברי בעזרת מצלמה מסוג “עצירה-תמונה”; היא קולטת חלקים מהתהליך, אולם החלקים החיוניים חסרים. ניתן לצפות בחלקיקים קטנים במיוחד, כגון המעטפת החלבונית של הנגיפים, על ידי האופן שבו הם מפזרים אור. בשיטה זו, הידועה בשם פיזור אלסטי (elastic scattering), נפלטת כמות בלתי מוגבלת של פוטונים ברגע אחד, עובדה הפותרת את הבעיה של המהירות. אולם, הפוטונים מגיבים גם עם חלקיקי אבק תוך פיזור נוסף של האור, וקיימים פגמים בתוואי האופטי, ולפיכך כל הגורמים הללו מפריעים למעקב אחר החלקיקים הזעירים.

על מנת לפתור את הבעיות הללו, הצוות החליט לנצל את האיכות יוצאת הדופן של סיבים אופטיים, שהגיעו לדרגת שלמות לאחר שנים של מחקר בתעשיית הטלקומוניקציה. החוקרים עיצבו סיב אופטי חדש בעל תעלה בגודל ננומטרי הקטן מאורך הגל של אור, תעלה העוברת לאורך החלק הפנימי של ליבת הסיליקה של הסיב. תעלה זו גדושה בנוזל המכיל ננו-חלקיקים, כך שכאשר האור עובר דרך ליבת הסיב, הוא מפוזר מננו-החלקיקים הנמצאים בתעלה ומעובד על ידי מיקרוסקופ הממוקם מעל. בעזרת המערכת החדשה החוקרים הצליחו לצפות בתנועה של נגיפים שקוטרם 26 ננומטרים בקצב של אלפי מדידות מדי שנייה. “אלו הנגיפים הזעירים ביותר שנצפו אי-פעם בסקאלת זמנים שמתחת למילישנייה, הדומה לסקאלת הזמנים של מנגנון ההיווצרות של הנגיפים”, אמר אחד מהשותפים למחקר. השלב הבא שמתכננים החוקרים הוא לעקוב לא רק אחר נגיפים פרטניים, אלא גם אחר חלבוני הנגיפים הפרטניים, המפזרים אור בכמות הקטנה פי מאה עד אלף מנגיף שלם.

“מחקר זה מהווה שלב מתקדם בצפייה ובמדידה של היווצרותם של נגיפים”, אומר החוקר. “זיהום נגיפי כרוך במסלולים מולקולאריים ותאיים רבים ומורכבים, אולם תהליך ההתגודדות העצמית מתרחש בנגיפים שונים רבים. הטכנולוגיה הפשוטה, שהיא גם זולה, נוחה וניתנת להרחבה, תוכל לספק דרך חדשה, חסכונית ויעילה להבנה ולמדידה של נגיפים. מנקודת המבט של פיזיקה בסיסית, הבנת המנגנון של התגודדות עצמית במערכות שהתפתחו בטבע תוכל להוות אבן דרך חשובה בחקר מערכות מורכבות”.

למאמר המדעי

הידיעה על המחקר