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.
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.
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.