Khoảnh khắc virus di chuyển trước khi tấn công tế bào

Một đoạn video hiển vi cho thấy một loại virus (dấu vết màu tím) khi nó tìm đường đến bề mặt tế bào ruột của con người (màu xanh lá cây). Ảnh: Phòng thí nghiệm Welsher, Đại học Duke.

Khi xem lại clip dài 2 phút rưỡi trong luận văn tiến sĩ của mình, Courtney CJ Johnson (ĐH Duke) cảm thấy như đang xem lại clip ghi lại cảnh người lạ cố gắng đột nhập vào nhà.

Thực tế, clip đó ghi lại cảnh một hạt virus nhỏ hơn hạt cát nghìn lần đang di chuyển và luồn qua các tế bào ruột gắn chặt với nhau. Trong khoảnh khắc thoáng qua, virus tiếp xúc với tế bào và lướt dọc theo bề mặt của nó nhưng không dính vào trước khi liên kết lại.

Johnson là thành viên nhóm nghiên cứu từ Đại học Duke (Mỹ) do Kevin Welsher, trợ lý giáo sư Hóa học dẫn đầu. Cô hợp tác với nghiên cứu sinh tiến sĩ Jack Exell và các cộng sự để tìm ra ra cách quay cảnh 3D khi virus tiếp cận tế bào.

Chúng ta hít thở, ăn vào và tiếp nhận hàng triệu virus mỗi ngày. Hầu hết chúng đều vô hại, nhưng một số trong số đó, chẳng hạn virus gây bệnh cúm hoặc Covid-19, có thể khiến chúng ta bị bệnh. Quá trình lây nhiễm bắt đầu khi virus liên kết và xâm nhập vào tế bào, nơi nó chiếm quyền điều khiển bộ máy tế bào để tạo ra các bản sao.

"Nhưng trước khi có thể xâm nhập, virus phải đến được tế bào trước", Johnson nói.

Điều đó có nghĩa virus phải đi qua lớp bảo vệ của tế bào, chất nhầy lót đường thở và ruột - một trong những tuyến bảo vệ đầu tiên của cơ thể chống lại nhiễm trùng. Các nhà nghiên cứu muốn hiểu cách virus xâm phạm tuyến phòng thủ này.

"Theo dõi thời điểm trước khi sự lây nhiễm bắt đầu vốn khó khăn, nếu không muốn nói là không thể theo dõi bằng các phương pháp kính hiển vi hiện có", ông Welsher cho hay.

Một phần nguyên nhân là virus di chuyển nhanh hơn 2-3 lần trong không gian bên ngoài tế bào. Tốc độ đó khiến mọi thứ trở nên phức tạp hơn, từ góc độ hình ảnh đến việc virus vốn có kích thước nhỏ hơn hàng trăm lần so với tế bào chúng lây nhiễm.

Johnson nói: “Đó là lý do vấn đề khó nghiên cứu. Dưới kính hiển vi, nó giống như bạn đang cố chụp ảnh một người đứng trước tòa nhà chọc trời. Bạn không thể lấy toàn bộ tòa nhà chọc trời mà vẫn nhìn thấy chi tiết của người đó trong một bức ảnh".

Vì vậy, nhóm đã phát triển phương pháp mới gọi là kính hiển vi theo dõi và hình ảnh 3D (3D-TrIm). Nó là sự kết hợp hai kính hiển vi trong một.

Kính hiển vi đầu tiên sẽ “khóa” virus di chuyển nhanh, quét tia laser xung quanh virus hàng chục nghìn lần mỗi giây để tính toán và cập nhật vị trí của nó. Khi virus nảy lên và di chuyển xung quanh bên ngoài tế bào, kính hiển vi vẫn tập trung vào virus.

Trong khi kính hiển vi đầu tiên theo dõi virus, kính hiển vi thứ hai chụp ảnh 3D của các tế bào xung quanh. Welsher cho biết hiệu ứng kết hợp này giống như điều hướng với Google Maps. Nó không chỉ hiển thị vị trí hiện tại của bạn khi lái xe mà còn cả địa hình, địa danh và tổng thể của vùng đất nhưng ở dạng 3D.

Với phương pháp này, các nhà nghiên cứu không thể chỉ quan sát một người khỏe mạnh khi hít phải các hạt virus từ việc hắt hơi hay ho của người bị bệnh. Đầu tiên, họ phải gắn một nhãn huỳnh quang đặc biệt cho virus trước khi theo dõi nó - những gì kính hiển vi theo dõi là chuyển động của điểm phát sáng. Và hiện tại, họ chỉ có thể theo dõi virus trong vài phút trước khi nó mờ đi.

Jack Exell cho biết thách thức lớn nhất hiện nay là tạo ra các loại virus sáng hơn. Bên cạnh đó, Welsher hy vọng kỹ thuật này giúp cho việc theo dõi virus đang hoạt động ngoài vòng che phủ và trong mô thực tiễn - nơi nhiễm trùng diễn ra đầu tiên.

Lan Anh