Molti virus, compresi HIV e influenza A, mutare così rapidamente che identificare vaccini o cure efficaci è come cercare di colpire un bersaglio in movimento. Una migliore comprensione della propagazione e dell'evoluzione virale nelle singole cellule potrebbe essere d'aiuto. Oggi, gli scienziati segnalano una nuova tecnica che non solo può identificare e quantificare l'RNA virale nelle cellule viventi, ma rilevano anche piccoli cambiamenti nelle sequenze di RNA che potrebbero dare ai virus un vantaggio o rendere alcune persone "superdiffusori".

I ricercatori presenteranno i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Per aver studiato un nuovo virus come SARS-CoV-2, è importante capire non solo come le popolazioni rispondono al virus, ma come gli individui, persone o cellule, interagiscono con esso, "dice Laura Fabris, dottorato di ricerca, ricercatore principale del progetto. "Quindi abbiamo concentrato i nostri sforzi sullo studio della replicazione virale in singole cellule, che in passato è stato tecnicamente impegnativo."

L'analisi di singole cellule invece di grandi popolazioni potrebbe fare molto per comprendere meglio molti aspetti delle epidemie virali, come i superspreader. Questo è un fenomeno in cui alcune cellule o persone trasportano quantità insolitamente elevate di virus e quindi possono infettare molti altri. Se i ricercatori potessero identificare singole cellule con elevate cariche virali nei superspreader e quindi studiare le sequenze virali in quelle cellule, potrebbero forse imparare come i virus si evolvono per diventare più infettivi o per superare in astuzia terapie e vaccini. Inoltre, le caratteristiche della stessa cellula ospite potrebbero aiutare vari processi virali e quindi diventare bersagli per le terapie. Dall'altra parte dello spettro, alcune cellule producono virus mutati che non sono più infettivi. Capire come ciò accada potrebbe anche portare a nuove terapie e vaccini antivirali.

Ma prima, Fabris e i colleghi della Rutgers University avevano bisogno di sviluppare un test sufficientemente sensibile da rilevare l'RNA virale, e le sue mutazioni, in singole cellule viventi. Il team ha basato la propria tecnica sulla spettroscopia Raman potenziata in superficie (SERS), un metodo sensibile che rileva le interazioni tra le molecole attraverso i cambiamenti nel modo in cui diffondono la luce. I ricercatori hanno deciso di utilizzare il metodo per studiare l'influenza A. Per rilevare l'RNA del virus, hanno aggiunto alle nanoparticelle d'oro un "DNA faro" specifico per l'influenza A. In presenza di RNA dell'influenza A, il faro ha prodotto un forte segnale SERS, mentre in assenza di questo RNA, io non l'ho fatto. Il faro ha prodotto segnali SERS più deboli con un numero crescente di mutazioni virali, consentendo ai ricercatori di rilevare solo due cambiamenti di nucleotidi. È importante sottolineare che le nanoparticelle potrebbero entrare nelle cellule umane in un piatto, e hanno prodotto un segnale SERS solo in quelle cellule che esprimono l'RNA dell'influenza A.

Ora, Fabris e colleghi stanno realizzando una versione del test che produce un segnale fluorescente, invece di un segnale SERS, quando viene rilevato l'RNA virale. "SERS non è una tecnologia approvata clinicamente. Sta entrando solo ora in clinica, " osserva Fabris. "Quindi volevamo fornire a clinici e virologi un approccio con cui avrebbero avuto maggiore familiarità e avrebbero avuto la tecnologia da utilizzare in questo momento". In collaborazione con virologi e matematici di altre università, il team sta sviluppando dispositivi microfluidici, o tecnologie "lab-on-a-chip", per leggere molti campioni fluorescenti contemporaneamente.

Poiché SERS è più sensibile, più economico, più veloce e più facile da eseguire rispetto ad altri saggi basati sulla fluorescenza o sulla reazione a catena della trascrittasi inversa-polimerasi (nota come RT-PCR), potrebbe rivelarsi ideale per rilevare e studiare i virus in futuro. Fabris sta ora collaborando con un'azienda che produce un prodotto a basso costo, spettrometro Raman portatile, che consentirebbe di condurre facilmente il saggio SERS sul campo.

Fabris e il suo team stanno anche lavorando per identificare le regioni del genoma SARS-CoV-2 da indirizzare con le sonde SERS. "Stiamo ottenendo finanziamenti per lavorare su possibili diagnosi di SARS-CoV-2 con il metodo SERS che abbiamo sviluppato, "dice Fabrizio.