När de är två, de flesta barn har haft respiratoriskt syncytialvirus (RSV) och fått symtom som inte är värre än en förkylning. Men för vissa barn, särskilt för tidigt födda barn och de med underliggande hälsotillstånd, RSV kan leda till lunginflammation och bronkit-vilket kan kräva sjukhusvistelse och få långsiktiga konsekvenser.

En ny teknik för att studera strukturen för RSV -virionen och RSV -aktiviteten i levande celler kan hjälpa forskare att låsa upp virusets hemligheter, inklusive hur det kommer in i celler, hur det replikerar, hur många genom det infogar i sina värdar - och kanske varför vissa lungceller slipper infektionen relativt oskadd. Det kan ge forskare den information de behöver för att utveckla nya antivirala läkemedel och kanske till och med ett vaccin för att förhindra allvarliga RSV -infektioner.

"Vi vill utveckla verktyg som gör att vi kan ta reda på hur viruset verkligen fungerar, "sa Philip Santangelo, docent vid Wallace H. Coulter Institutionen för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University. "Vi måste verkligen kunna följa infektionen i en enda levande cell utan att påverka hur viruset infekterar sina värdar, och denna teknik borde göra det möjligt för oss. "

Forskningen stöddes av National Institutes of Health National Institute of General Medical Sciences och publicerades online före tryckning i tidskriften ACS Nano den 30 december, 2013. RSV kommer att vara det första målet för arbetet, forskarna tror att bildtekniken som de utvecklat kan användas för att studera andra RNA -virus, inklusive influensa och ebola.

"Vi har visat att vi kan märka genomet med hjälp av våra sonder, "förklarade Santangelo." Det vi har lärt oss av detta är att genomet inkorporeras i virionen, och att de skapade viruspartiklarna är smittsamma. Vi kunde karakterisera några aspekter av själva viruspartikeln vid superupplösning, ner till 20 nanometer, med direktstokastisk optisk rekonstruktionsmikroskopi (dSTORM) avbildning. "

RSV kan vara svårt att studera. För en sak, den infektiösa partikeln kan ha olika former, allt från 10-mikron filament till vanliga sfärer. Viruset kan sätta in mer än ett genom i värdcellerna och RNA -orienteringen och strukturen är störd, vilket gör det svårt att karaktärisera.

Forskargruppen, som inkluderade forskare från Vanderbilt University och Emory University, använde en sondteknik som snabbt fäster sig till RNA i cellerna. Sonden använder flera fluoroforer för att indikera närvaron av det virala RNA, låta forskarna se var det går i värdceller - och se hur smittsamma partiklar lämnar cellerna för att sprida infektionen.

"Att kunna se genomet och avkomman RNA som kommer från genomet med de sönder vi använder ger oss verkligen mycket mer inblick i replikationscykeln, "Sa Santangelo." Detta ger oss mycket mer information om vad viruset verkligen gör. Om vi ​​kan visualisera posten, montering och replikering av viruset, det skulle göra det möjligt för oss att bestämma vad vi ska gå efter för att bekämpa viruset. "

Forskningen berodde på en ny metod för märkning av RNA-virus med hjälp av multipelmärkta tetravalenta RNA-avbildningssonder (MTRIPS). Sonderna består av en chimär kombination av DNA och RNA -oligonukleotid märkt internt med fluoroforer komplexa komplexa till neutravidin. Den chimära kombinationen användes för att hjälpa sonderna att undvika cellulära försvar.

"Det finns massor av sensorer i cellen som letar efter främmande RNA och främmande DNA, men till cellen, den här sonden ser inte ut som någonting, "Förklarade Santangelo." Cellen ser inte nukleinsyran som främmande. "

Introduceras i celler, sonderna diffunderar snabbt genom en cell infekterad med RSV och binder till virusets RNA. Även om den tätt bindas, sonden påverkar inte virusets normala aktiviteter och tillåter forskare att följa aktiviteten i flera dagar med hjälp av standardmikroskopitekniker. MTRIPS kan användas för att komplettera annan sondteknologi, såsom GFP och guldnanopartiklar.

Arbetet av doktoranden Eric Alonas för att koncentrera viruset var viktigt för projektet, Sa Santangelo. Koncentrationen måste göras utan att det påverkar virusets infektivitet negativt, vilket skulle ha påverkat dess förmåga att komma in i värdceller.

"Det krävdes ganska mycket arbete för att få rätt teknik för att koncentrera RSV, "sa han." Nu kan vi göra massor av smittsamma virus som är märkta och kan lagras så att vi kan använda det när vi vill. "

För att studera infektionens framsteg i enskilda celler, forskarna stod inför en annan utmaning:levande celler rör sig, och att följa dem komplicerar forskningen. För att ta itu med den rörelsen, Thomas Barkers laboratorium-även i Coulter-avdelningen-använde mikromönstrat fibronektin på glas för att skapa 50-mikron "öar" som innehöll cellerna under studien.

Bland de mysterier som forskarna skulle vilja ta itu med är varför vissa lungceller är allvarligt infekterade - medan andra verkar undkomma dåliga effekter.

"Om du tittar på ett cellfält, du ser stora skillnader från cell till cell, och det är något som inte alls förstås, "Sa Santangelo." Om vi ​​kan ta reda på varför vissa celler exploderar med virus medan andra inte är det, kanske vi kan hitta ett sätt att hjälpa de dåliga att se mer ut som de goda. "

Förutom de redan nämnda, forskargruppen inkluderade James Crowe, professor i barnläkare vid Vanderbilt University; Elizabeth Wright, biträdande professor vid School of Medicine vid Emory University; Daryll Vanover, Jeenah Jung, Chiara Zurla, Jonathan Kirschman, Vincent Fiore, och Alison Douglas från Wallace H. Coulter Institutionen för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University; Aaron Lifland och Manasa Gudheti från Vutara Inc. i Salt Lake City, och Hong Yi från Emory University School of Medicine.

En av utmaningarna med att studera RSV är att upprätthålla sin aktivitet i laboratoriet - ett problem som föräldrar till små barn inte delar.

"När du hanterar detta virus i labbet, du måste alltid vara försiktig med att det förlorar smittsamhet, "Santangelo noterade." Men om du tar ett rum fullt av barn som inte har smittats och släpper in ett infekterat barn in i rummet, 15 minuter senare kommer alla barn att smittas. "