Найти тему
ЮФУ | SFEDU

Открытие ученых ЮФУ: вирусы позаимствовали узор для своих оболочек из японского искусства плетения корзин

Ученые Физического факультета ЮФУ предложили новую структурную модель оболочек флавивирусов, вызывающих энцефалит и геморрагическую лихорадку. Полученные результаты о структуре и механизме созревания флавивирусов могут быть полезны при разработке вакцин ми противовирусных лекарств, которые сегодня отсутствуют для вирусов этого семейства.

Вирусным заболеваниям подвержены все формы жизни. Вирусы – внутриклеточные паразиты, занимающие промежуточную область между живой и неживой природой. Они состоят из генома (РНК или ДНК) и защищающей его оболочки – капсида. Попадая в клетку, вирус использует ее «инфраструктуру» для реализации собственной генетической программы. В клетке происходит репликация вирусного генома, синтез вирусных белков капсида, сборка вирусов и их созревание.

По словам ученых ЮФУ, сравнительно небольшой вирусный геном может закодировать всего несколько белков, поэтому капсиды состоят из множества копий одного или нескольких белков, что напоминает детский конструктор с несколькими видами кубиков.

«Чтобы получить желаемую модель, мы следуем инструкции. Инструкция для оболочки вируса закодирована в самой форме белков: соединить их можно лишь определённым способом, почти всегда приводящим к формированию капсида. Как показывают многочисленные эксперименты, даже в отсутствие генома в водном растворе белки многих вирусов могут самособираться в полые вирусные частицы. Аналогично в неживой природе идет кристаллизация в растворе, например, при образовании кристаллов обычной поваренной соли в ее растворе получается периодическая решетка, в которой атомы имеют идентичные окружения, иначе говоря, соединены одинаковым образом», – рассказал руководитель проекта, профессор кафедры «Нанотехнология» Физического факультета ЮФУ Сергей Рошаль.

Профессор кафедры «Нанотехнология» Физического факультета ЮФУ Сергей Рошаль
Профессор кафедры «Нанотехнология» Физического факультета ЮФУ Сергей Рошаль

В новом исследовании, поддержанным грантом Российского научного фонда, ученые из Физического факультета ЮФУ с коллегами из Китая описали принцип сборки сложных оболочек флавивирусов — возбудителей ряда опасных заболеваний человека. Оболочка этих инфекционных агентов состоит из трех слоев: двух белковых — внешнего и внутреннего — и лежащего между ними липидного. Таким образом, помимо одного белкового слоя, характерного для всех вирусных капсидов, флавивирусы имеют два дополнительных, внешних. Они необходимы для защиты генома и взаимодействия с клетками-хозяевами и проникновения в них.

Исследователи определили, что сразу после сборки вирусной частицы внешний и внутренний белковые слои оболочки флавивирусов имеют согласованное друг с другом строение, несмотря на то что между ними располагается препятствие в виде липидного слоя. Вместе они образуют очень плотную сферическую структуру, поверхность которой напоминает кагомэ — традиционный японский узор из треугольников и шестиугольников, который возникает при плетении корзин из стеблей бамбука.

Устройство трехслойной оболочки флавивирусов на примере вируса Зика.
Устройство трехслойной оболочки флавивирусов на примере вируса Зика.

Помимо этого, ученые описали механизм созревания многослойной оболочки флавивирусов. Сразу после процесса сборки отдельные белки внешнего слоя оказываются объединены в тримеры — своеобразные «строительные блоки», состоящие из трех одинаковых молекул. Далее, по мере «путешествия» вновь образовавшихся вирусных частиц в хозяйской клетке, оболочка видоизменяется и становится более плотной. Когда вирус подходит к мембране, чтобы покинуть клетку и отправиться заражать соседние, он сталкивается с увеличивающейся кислотностью. В результате белки в составе его оболочки меняют свои электрические заряды, вследствие чего изменяется взаимодействие между белками и меняется тип их укладки. Понимание механизма таких преобразований поможет ученым разработать вакцины для борьбы с флавивирусами.

«На сегодняшний день не существует противовирусных препаратов и вакцин для борьбы с флавивирусами, вызывающими энцефалит и геморрагическую лихорадку. Однако наши исследования могут помочь сделать шаг к решению этой проблемы. В дальнейшем мы планируем исследовать механизмы сборки других семейств вирусов, вызывающих заболевания у человека», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сергей Рошаль, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Нанотехнология» Физического факультета ЮФУ.

Результаты исследования опубликованы в журнале Biomaterials Science.