Il modo in cui alcuni virus iniettano il proprio DNA nei batteri o in altri tipi di cellule sembra essere molto più semplice di quanto gli scienziati avessero pensato in precedenza. Piuttosto che usare motori molecolari o meccanismi complicati, i virus lasciano che la fisica semplice faccia il lavoro per loro. Questa è una scoperta recente del Prof Willem Kegel dell'Università di Utrecht e dei colleghi dell'Università della California a Los Angeles (UCLA), e il California Institute of Technology (Caltech). I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Revisione fisica X .

La forza trainante del passo iniziale e veloce, è l'alta pressione all'interno del virus. Il secondo passo, che richiede molto più tempo per essere completato, sembra essere diffusione; un risultato diretto del movimento casuale di atomi e molecole. I ricercatori si aspettano che questo meccanismo di diffusione possa essere responsabile anche di altri processi di trasporto all'interno della cellula e tra le cellule.

I virus hanno diverse strategie per inserire il loro DNA nella cellula del loro ospite, che è un passaggio necessario nel loro processo di riproduzione. Questo studio ha esaminato i fagi, virus che infettano i batteri. Questi virus infettano i loro ospiti in un modo paragonabile a quello di altri virus, come i virus dell'herpes, che causano sintomi spiacevoli nell'uomo.

"Ci aspettiamo che il meccanismo che abbiamo scoperto svolga un ruolo importante nelle infezioni da questo tipo di virus, " ha affermato il capo della ricerca, il prof. Willem Kegel dell'Università di Utrecht. "Pensiamo anche che il meccanismo di diffusione che abbiamo trovato possa essere responsabile anche di altri processi di trasporto all'interno della cellula, come il trasferimento di geni tra batteri, trasporto di proteine ​​all'interno delle cellule, e il trasporto di RNA messaggero attraverso i pori del nucleo cellulare".

Un fago è costituito da una testa e una coda. La coda funge da ago per iniezione che può penetrare nella membrana cellulare. Il DNA è immagazzinato nella testa del fago, ed esercita una pressione di circa 60 bar. Ciò equivale a 20 volte la pressione di un pneumatico per auto completamente gonfio, o la pressione a 600 metri sott'acqua. Una volta che la coda del fago penetra nella cellula, la 'valvola' si apre e il DNA viene iniettato nella cellula ad alta velocità. Questo rilascia rapidamente la pressione del DNA all'interno del fago. Una domanda in sospeso per i ricercatori era quindi:cosa costringe l'ultima porzione di DNA ad entrare nella cellula una volta che la pressione è stata rilasciata?

In un esperimento, i ricercatori hanno determinato la velocità del trasporto del DNA da fago a cellula in fagi in cui solo la pressione iniziale era diversa. In entrambi i casi, i ricercatori hanno osservato due passaggi distinti. I calcoli hanno confermato il loro sospetto che la forza trainante nella prima fase sia proprio la pressione, e nient'altro che la pressione.

Però, in entrambi i fagi, il trasporto del DNA nella seconda fase è avvenuto a velocità uguali (lente). Inoltre, la velocità di iniezione sembrava dipendere solo dalla quantità di DNA che era già stata iniettata nella cellula. Ciò ha suggerito che l'unico fattore che potrebbe svolgere un ruolo nella velocità di iniezione, a parte il DNA stesso, erano le caratteristiche del citoplasma della cellula.

Il citoplasma è infatti una soluzione colloidale:le proteine ​​e altre grandi molecole all'interno di una cellula hanno dimensioni colloidali, e si muovono più o meno liberamente in una sostanza acquosa. Kegel ha una notevole esperienza di ricerca con i sistemi colloidali, che ha permesso di tradurre i dati sperimentali in un modello teorico.

Ciò ha permesso ai ricercatori di dimostrare che le velocità di iniezione osservate potevano essere spiegate dallo scenario più semplice immaginabile:diffusione, o il movimento casuale del DNA iniettato attraverso il citoplasma. "La velocità con cui il DNA del fago si muove nel citoplasma dell'ospite può essere determinata in modo semplice utilizzando la fisica dei sistemi colloidali, " disse Kegel.