Observado en directo por primera vez: los fotocatalizadores apagan un virus
El dióxido de titanio, agente blanqueador, mata los virus: ahora los investigadores lo ven en acción a nanoescala
Un equipo internacional de investigación dirigido por científicos del DESY ha podido observar por primera vez cómo el agente blanqueador dióxido de Titanio inactiva los virus. Utilizando varios métodos avanzados, entre ellos las mediciones en la fuente de luz de sincrotrón PETRA III, pudieron reproducir con precisión el proceso de inactivación y comprender los detalles atómicos mediante simulaciones computacionales. La científica del DESY Heshmat Noei y su equipo han publicado ahora los resultados de sus análisis en la revista ACS Applied Materials & Interfaces.
La microscopía de fuerza atómica demuestra la morfología del virus (partículas esféricas en la imagen) y las proteínas de espiga en la estructura del virus.
Mona Kohantorabi, DESY NanoLab
El dióxido de titanio (TiO2) es una sustancia de color blanco brillante que suele utilizarse en pinturas murales o protectores solares. Una propiedad relativamente emocionante de este compuesto es que su fotoactividad le permite destruir los virus que entran en contacto con él. El equipo de investigadores ha logrado ahora descifrar el proceso exacto que tiene lugar en la superficie del dióxido de titanio.
Para sus investigaciones, los investigadores utilizaron partículas similares a virus (VLP), que imitan a los virus SARS-CoV-2 reales pero carecen de material genético (ARN). "Estas VLP tienen la gran ventaja de que poseen proteínas estructurales y morfología similares a las del virus real, sin embargo, no pueden replicarse y, por tanto, pueden manipularse con seguridad sin necesidad de laboratorios especializados", afirma Noei, líder de la investigación en el DESY NanoLab. En este caso, los investigadores disponían de una VLP de Covid (SARS-CoV-2) preparada por el Centro de Investigación Helmholtz de Múnich en los grupos de Wolfgang Hammerschmidt y Reinhard Zeidler con sus características proteínas en espiga en su superficie.
Mediante microscopía de fuerza atómica del DESY NanoLab, el grupo observó que las VLP conservan su forma y tamaño cuando entran en contacto por primera vez con la superficie de dióxido de titanio. A continuación, en la línea de luz P03 de PETRA III, pudieron observar qué le ocurría al virus. "Descubrimos que, mientras que la estructura del virus permanecía intacta bajo atmósfera de nitrógeno y en la oscuridad, las VLP sobre la superficie de dióxido de titanio se desnaturalizaban y sufrían cambios morfológicos en cuanto la luz ultravioleta incidía sobre la muestra en el aire. El aire actúa como fuente de oxígeno. La luz ultravioleta desencadena un proceso de oxidación en los bloques de aminoácidos de la proteína de las VLP, facilitado por el dióxido de titanio como fotocatalizador", explica la primera autora del trabajo, Mona Kohantorabi. Esto aumenta el tamaño de la partícula y, en última instancia, la destruye". La interpretación de los investigadores está corroborada por una modelización teórica mediante cálculos de mecánica cuántica que se realizaron en colaboración con el grupo de Cristiana Di Valentin, de la Universidad de Milano-Bicocca (Italia). Los investigadores suponen que la desnaturalización de las proteínas y la ruptura de la membrana del virus se producen durante el proceso de adsorción y oxidación en la superficie del TiO2. "Utilizando las mediciones en vivo en P03, PETRA III, hemos comprendido por primera vez de forma exhaustiva los cambios morfológicos de las VLP, las proteínas estructurales y los subproductos virales simultáneamente", afirma Noei. "Estos hallazgos son vitales para el desarrollo y la optimización de materiales autolimpiantes, ya que ponen de relieve los mecanismos que garantizan la inactivación completa de virus con envoltura como el SARS-CoV-2".
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Publicación original
Mona Kohantorabi, Aldo Ugolotti, Benedikt Sochor, Johannes Roessler, Michael Wagstaffe, Alexander Meinhardt, E. Erik Beck, Daniel Silvan Dolling,... Reinhard Zeidler, Stephan V. Roth, Cristiana Di Valentin, Andreas Stierle, Heshmat Noei; "Light-Induced Transformation of Virus-Like Particles on TiO2"; ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 16, 2024-7-3
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