Новое исследование, опубликованное в журнале Neurophotonics, показывает, как вирус простого герпеса 1 типа (ВПГ-1) меняет способ производства и использования энергии в человеческих нейронах. Этот вирус, известный прежде всего как причина «простуды на губах», заражает большую часть населения планеты и способен десятилетиями скрываться в нервных клетках в неактивном состоянии.
Загадка герпеса и мозга
В последние годы ученые находили все больше доказательств связи ВПГ-1 с неврологическими заболеваниями, в частности с болезнью Альцгеймера, но механизм этого влияния на мозг до сих пор оставался неясным.
Чтобы разобраться, исследователи вырастили в лаборатории трехмерную модель человеческой мозговой ткани — нейроны выращивали не на плоской поверхности, как в традиционных клеточных культурах, а на объемном каркасе, который повторяет часть структуры настоящего мозга. Ткань заразили небольшой дозой ВПГ-1 и наблюдали за ней 10 дней.
«Наши результаты дают новое понимание того, как устойчивая вирусная инфекция может перестраивать метаболизм нейронов и потенциально способствовать процессам, связанным с неврологическими заболеваниями», — говорит автор исследования Мария Саввиду
Как удалось заглянуть внутрь живых клеток
Чтобы отследить процессы внутри клеток, команда использовала оптическую визуализацию — метод, основанный на естественном свечении молекул, участвующих в производстве энергии. Это позволило многократно наблюдать за одной и той же живой тканью на протяжении всего эксперимента, а не полагаться на единичные замеры в конце.
Вирус постепенно распространялся по ткани, но зараженные нейроны на протяжении всего эксперимента оставались в основном живыми и целыми. Это важная деталь — она показывает, что заметные метаболические изменения могут происходить задолго до серьезного повреждения клеток.
Лактат меняет свою роль
Одно из самых заметных изменений связано с лактатом — молекулой, которая образуется при расщеплении глюкозы для получения энергии. Обычно лактат считают просто побочным продуктом обмена веществ, но исследование говорит о его более активной роли. Вскоре после заражения нейроны начали выделять больше лактата, а позже часть его повторно использовали как альтернативное топливо, чтобы удовлетворить возросшие энергетические потребности инфицированной клетки.
Данные визуализации показали, что уже через сутки после заражения нейроны резко меняли обмен веществ: оба основных способа выработки энергии в клетке начинали работать активнее. Похоже, вирус быстро заставляет клетки тратить больше энергии, чем обычно.
По мере продолжения инфекции признаки клеточного стресса становились все заметнее. К 7 и 10 дню у нейронов появились признаки окислительного стресса — состояния, при котором в клетке накапливаются вредные реактивные молекулы, повреждающие клеточные структуры. Также росло количество липофусцина — пигмента, который обычно накапливается в стареющих или испытывающих стресс клетках.
Митохондрии клеток тоже показали признаки нарушенной работы. Нейроны продолжали производить энергию, но, судя по данным, этот процесс со временем становился все менее сбалансированным и, возможно, менее эффективным.
Чем оборачивается такая адаптация для клеток
Когда исследователи объединили несколько показателей клеточного метаболизма, оказалось, что зараженная и незараженная ткани становились все более непохожими друг на друга по мере развития эксперимента — самые значительные различия проявились именно к 10 дню, что говорит о постепенном, но существенном сдвиге в метаболизме нейронов под действием ВПГ-1.
Похоже, лактат помогает нейронам адаптироваться к нагрузке вирусной инфекции, служа альтернативным источником топлива. Но у этой адаптации есть своя цена — длительная опора на такое измененное метаболическое состояние сопровождалась растущим окислительным стрессом и другими признаками клеточной дисфункции.
По словам исследователей, работа демонстрирует ценность неинвазивной визуализации для изучения того, как вирусы влияют на живую мозговую ткань. Выявляя метаболические изменения еще до появления серьезных повреждений клеток, такой подход может помочь ученым находить ранние признаки неврологических заболеваний и лучше понимать связь между устойчивыми вирусными инфекциями и здоровьем мозга.
В США одобрен препарат от рака на основе вируса герпеса
Новый препарат от герпеса: в России предлагают инновационный способ лечения
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX