Shaw-Wei David Tsen van de Amerikaanse Johns Hopkins universiteit kan een virus onschadelijk maken met ultrakorte laserpulsen. De laserpulsen van Tsen zorgen dat het virus zichzelf aan stukken trilt, ongeveer zoals je een kristallen glas kunt laten springen met de juiste hoge toon. Maar waar een operazangeres haar toon secondenlang aan moet houden om het glas te breken, ontdekte Tsen dat virusmantels juist stukgaan door extreem korte pulsen van nog geen miljoenste miljoenste seconde. Zulke femtolasers bestaan pas een paar jaar.
Een femtoseconde-laser knippert eigenlijk: hij straalt geen continue laserbundel uit, maar schakelt een paar miljoensten van een miljoenste seconde aan en uit. Zulke korte laserpulsen zijn geschikt om kortdurende verschijnselen in de biologie, scheikunde en natuurkunde mee te onderzoeken.
Bacterie-virus
Voorlopig test Tsen zijn laser niet op voor mensen gevaarlijke virussen, maar op een virus dat bacteriën infecteert. Zo’n bacteriofaag of kortweg faag gebruikt bacteriën in plaats van mensen-, dieren- of plantencellen als gastheer. Tsen onderzocht M13, een faag die jaagt op de E. Coli-bacterie. Volgens Tsen kunnen virussen niet immuun worden tegen zijn laserbehandeling. Die zou ideaal zijn om bijvoorbeeld bloed te zuiveren van het AIDS-veroorzakende HIV-virus, of van Hepatitis C.
De onderzoeker gebruikt een femtolaser met een bescheiden vermogen: 40 milliwatt, duizend keer lager dan een kleine gloeilamp. Die energie wordt met lenzen gebundeld in een klein cilindertje van een halve bij een tiende millimeter. De laserbehandeling neemt nu nog tien uur in beslag, maar kan volgens Tsen een stuk worden ingekort. Hij vertelt dat maar één op de duizend virusdeeltjes de behandeling overleeft: ‘ik moest het experiment echt een paar keer opnieuw doen voor ik ervan overtuigd was dat het zo goed werkte’.
De kracht van de laserbehandeling zit hem niet in grof geweld, maar in de korte duur van de laserpulsen. Daardoor krijgt het bestraalde virus een scherpe tik in plaats van een continue trilling te verwerken. Sterkere lasers met een langere puls slaan volgens Tsen’s onderzoek nauwelijks een deuk in de viruspopulatie.
Een bacteriofaag, een virus dat alleen bacteriën infecteert, landt op de celwand van een bacterie en boort er een gaatje in. Daarlangs kan de faag zijn eigen genetische code in de bacterie spuiten.
Vader en zoon
Tsen, student aan de medische faculteit van het Johns Hopkins, bedacht de virusruimende laser samen met zijn vader. Kong-Thon Tsen is laserexpert aan de Arizona State universiteit en adviseerde zijn zoon om een laser in het zichtbare deel van het lichtspectrum te gebruiken. Infraroodstraling wordt namelijk te makkelijk opgenomen door water en bloed, waardoor er minder energie overblijft om virusdeeltjes mee te slopen.
De laserbehandeling werkt omdat een virusstam altijd dezelfde vorm, massa en stijfheid heeft. Daardoor kan een kleine mutatie het virus niet redden. Zulke mutaties zijn de manier waarop virussen telkens ontkomen aan het immuunsysteem van hun gastheren. Als die eenmaal weten wat voor biochemische vingerafdruk een virus heeft, kunnen ze die aanvallen. Minieme mutaties veranderen de vingerafdruk zodat het virus niet meer herkend wordt. Omdat de grootschalige structuur niet verandert, is het nog steeds op dezelfde manier stuk te trillen, denkt Tsen. Hij geeft toe dat er nog veel onderzoek nodig is voor zijn laser wereldwijd op virussen jaagt.
Zie verder
- Origineel artikel (PDF, Engels, technisch)
- Laser blasts viruses in blood (Engels)
- Femtolasers (Kennislinkartikel van Rob Ouwerkerk)
