Mikroskopbilderna av coronavirus avslöjar att de har ellipsoida former. Forskarna modellerade dessa olika former för att se hur det påverkar hastigheten som partiklarna roterar. Kredit:Physics of Fluids .
Sedan starten av covid-19-pandemin har bilder av coronaviruset, SARS-CoV-2, svitsat i våra sinnen. Men hur vi föreställer oss viruset, vanligtvis som en sfär med spikar, är inte helt korrekt. Mikroskopbilder av infekterade vävnader har avslöjat att koronaviruspartiklar faktiskt är ellipsoida och visar en mängd olika sammanpressade och långsträckta former.
Nu har ett globalt forskarlag, inklusive forskare från Queen's University, Kanada och Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Japan, modellerat hur de olika elliptiska formerna påverkar hur dessa viruspartiklar roterar i vätskor, vilket påverkar hur lätt virus kan överföras. Studien publicerades nyligen i Physics of Fluids .
"När koronaviruspartiklar andas in, rör sig dessa partiklar runt i gångarna i näsan och lungorna", säger professor Eliot Fried, som leder enheten för mekanik och material vid OIST. "Vi är intresserade av att studera i vilken utsträckning de är mobila i dessa miljöer."
Den specifika typen av rörelse som forskarna modellerade är känd som rotationsdiffusion, som bestämmer hastigheten med vilken partiklarna roterar när de rör sig genom vätska (i coronavirusets fall, salivdroppar). Partiklar som är jämnare och mer hydrodynamiska möter mindre motstånd från vätskan och roterar snabbare. För coronaviruspartiklar påverkar denna rotationshastighet hur väl viruset kan fästa vid och infektera celler.
"Om partiklarna roterar för mycket, kanske de inte spenderar tillräckligt med tid på att interagera med cellen för att infektera den, och om de roterar för lite, kanske de inte kan interagera på det nödvändiga sättet", förklarade Prof. Fried.
I studien modellerade forskarna både prolat och oblate revolutionsellipsoider. Dessa former skiljer sig från sfärer (som har tre axlar av identisk längd) på bara en av sina axlar, med prolatformer som har en längre axel, medan oblate-former har en kortare axel. Till det yttersta förlängs utbredda former till stavliknande former, medan oblata former squash till myntliknande former. Men för coronaviruspartiklar är skillnaderna mer subtila.
Forskarna gjorde också modellen till den mest realistiska hittills genom att lägga till spikproteinerna på ellipsoidernas yta. Tidigare forskning från Queen's University och OIST visade att närvaron av triangulära spikproteiner sänker hastigheten med vilken coronaviruspartiklarna roterar, vilket potentiellt ökar deras förmåga att infektera celler.
Här modellerade forskarna spikproteinerna på ett enklare sätt - med varje spikprotein representerat av en enda sfär på ellipsoidernas yta.
"Vi räknade sedan ut arrangemanget av spikarna på ytan av varje ellipsoidform genom att anta att de alla innehåller samma laddning", förklarade Dr. Vikash Chaurasia, en postdoktor vid OIST Mechanics and Materials Unit. "Spikar med identiska laddningar stöter bort varandra och föredrar att vara så långt från varandra som möjligt. De hamnar därför jämnt fördelade över partikeln på ett sätt som minimerar denna repulsion."
I sin modell fann forskarna att ju mer en partikel skiljer sig från en sfärisk form, desto långsammare roterar den. Detta kan innebära att partiklarna bättre kan anpassa sig och fästa till celler.
Modellen är fortfarande förenklad, erkänner forskarna, men den tar oss ett steg närmare förståelsen av coronavirusets transportegenskaper och kan hjälpa till att fastställa en av faktorerna som är nyckeln till dess infektiösa framgång. + Utforska vidare
