Virukset Materiaalitieteiden Rakennusaineina Suomalainen Tiedeakatemia Mauri Kostiainen Molekyylimateriaalit-ryhmä Teknillisen fysiikan osasto Aalto-yliopisto
Virukset materiaaleina Virus on isäntäsolussa lisääntyvä loinen Viruksilla on mielenkiintoisia ominaisuuksia: Hyvin määritelty koko ja rakenne Sisus voidaan tyhjentää Pintaa voidaan muokata kemiallisesti (ja geneettisesti) Suuri osa virustutkimuksesta käsittelee virusten roolia infektioiden aiheuttajana ja siihen liityvää solubiologiaa Science, 2006, 873 kemiallista ja fysikaalista virologiaa
Tutkijaksi? 1999-2005: Maisterin tutkinto Pääaine orgaaninen kemia Ohjaaja prof. Mikko Oivanen, Helsingin yliopisto 2005-2008: Jatko-opinnot Pääaine teknillinen fysiikka Ohjaaja prof. Olli Ikkala, Aalto -yliopisto 2011 Akatemian tutkijatohtori Teknillinen fysiikka Molekyylimateriaalit 2003-2004 (6 kk): Erasmus-vaihto Supramolekulaarista kemiaa DNA:ta sitovat ja pakkaavat polymeerit Ohjaaja prof. David Smith, University of York, Englanti 2008-2010: Postdoc Institute for Molecules and Materials Chemical Virology Prof. Roeland Nolten ja prof. Jeroen Cornelissenin ryhmässä, Radboud University Nijmegen, Hollanti
Virus triviaa Viruksia on kaikkialla biomassa lukumäärä Vesistöissä i On arvioitu, että virukset ovat kappalemääräisesti maailman yleisin biologinen järjestelmä (10 31 viruspartikkelia maailmassa). Viruksia tavataan kaikissa ekosysteemeissä Trends Microbiol. 2005, 13, 278 Nature Rev. Microbiol. 2007, 5, 801 Virusten koko ja muoto vaihtelee Virukset koostuvat proteiinikapsidista ja sen sisällä olevasta genomista (DNA tai RNA). Yleisimpiä tyyppejä ovat: kierteiset, sauvamaiset, pallomaiset ja ikosahedriset virukset. Virusten koko vaihtelee n. 15-400 nm alueella ideaalisia rakennuspalikoita nanotieteille
Kasvivirukset 100 nm Tulip Breaking Virus (TBV) Lehmäpavun kloroosiläikkävirus (Cowpea Chlorotic Mottle Virus, CCMV)
CCMV rakenne Rakenne tunnetaan Symmetrinen ikosahedrinen kapsidi, joka koostuu 180 identtisestä proteiinista ( jalkapallo ) 20 heksameeria ja 12 pentameeria Halkaisija 28 nanometriä Dynaaminen: voidaan hajoittaa ja koota useita kertoja
Puutarha laboratoriossa viruksen kasvatus mustasilmäpapuja 60 ruukkua, jokaisessa neljä papua Kymmenen päivää kasvaneet pavut Terveitä lehtiä Infektointi käsin hankaamalla Infektoituneet lehdet
Puhdistus viruksen eristäminen Lehdet pirtelökoneessa papupirtelö Puhdistus saostamalla ultrasentrifugointi - Kaksi viikkoa puutarhatöitä - Neljä kiloa pavunlehtiä - Kaksi päivää puhdistusta 1 gramma puhdasta virusta
Karakterisointi Puhtauden määritys visualisointi Geelisuodatus (erotus koon mukaan) Läpäisyelektronimikroskopia (TEM)
Karakterisointi Läpäisyelektronimikroskooppi antaa 2D projektion 3D kappaleesta Tarvitaan elektronitomografiaa 1. Otetaan useita kuvia eri kulmista 2. Tietokoneella Voidaan rakentaa 3D malli Perus TEM, 2D projektio Elektronitomografia, 3D malli Adv. Mater. 2002, 415
Esimerkki 1. Tyhjä viruskapsidi + RNA 28 nm Yksittäiset proteiinit Normaali Virus ph 7.5 Viruksen sisään? Yksittäiset proteiinit Entsyymit Nanopartikkelit Synteettiset polymeerit ph 5.0 c NaCl > 0.3 M Tyhjä kapsidi (ei genomia sisällä) Marta Comellas Aragonès, Nature Nanotech. 2007, 635 Andrés de la Escosura, Chem. Comm. 2008, 1542 Friso Sikkema, Org. Biomol. Chem., 2007, 54
Esimerkki 2. Nanopartikkelien Synteesi Nanopartikkelien valmistus: Halutaan hyvin määriteltyjä rakenteita mutta partikkeleista syntyy helposti eri kokoisia ja muotoisia Kaikki partikkelit saman kokoisia ja muotoisia Käytetään virusta muottina!
Yhteenveto: Kannattaa ruveta kavereiksi vanhojen vihollisten kanssa Virukset voivat tarjota uusia mahdollisuuksia materiaalitieteille: Nanoreaktorit, lääkekuljetimet etc. Kiitokset: Suomen Akatemia: PostDoc-rahoitus Emil Aaltosen säätiö: projektiapuraha Kolleegat ja ohjaajat (Aalto, RUN, HY) Kiitokset yleisölle!